Gírhúðunartækni

PVD útfellingartækni hefur verið stunduð í mörg ár sem ný yfirborðsbreytingartækni, sérstaklega tómarúmjónahúðunartækni, sem hefur náð mikilli þróun á undanförnum árum og er nú mikið notuð við meðhöndlun á verkfærum, mótum, stimplahringum, gírum og öðrum íhlutum. .Húðuðu gírin sem eru unnin með tómarúmjónahúðunartækni geta dregið verulega úr núningsstuðlinum, bætt slitvörn og ákveðna tæringarvörn og hafa orðið áhersla og heitur reitur rannsókna á sviði styrkingartækni gíryfirborðs.

Algeng efni sem notuð eru í gír eru aðallega smíðað stál, steypt stál, steypujárn, járnlausir málmar (kopar, ál) og plast.Stál er aðallega 45 stál, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Lágt kolefnisstál aðallega notað í 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Falsað stál er meira notað í gíra vegna betri frammistöðu þess, en steypt stál er venjulega notað til að framleiða gír með þvermál > 400 mm og flókna uppbyggingu.Steypujárnsgír gegn lím og gryfjuþol, en skortur á högg- og slitþol, aðallega fyrir stöðuga vinnu, kraftur er ekki lítill hraði eða stór stærð og flókin lögun, getur virkað við skort á smurningu, hentugur fyrir opið smit.Ekki járn málmar sem almennt eru notaðir eru tin brons, ál-járn brons og steypu ál málmblöndur, almennt notaðir við framleiðslu á hverflum eða gírum, en renni- og núningseiginleikar eru lélegir, aðeins fyrir létt, miðlungs álag og lághraða gír.Gír sem ekki eru úr málmi eru aðallega notuð á sumum sviðum með sérstakar kröfur, svo sem olíulausa smurningu og mikla áreiðanleika.Aðstæður eins og lítil mengun, eins og heimilistæki, lækningatæki, matvælavélar og textílvélar.

Gírhúðunarefni

Verkfræðikeramik efni eru afar efnileg efni með mikinn styrk og hörku, sérstaklega framúrskarandi hitaþol, lága hitaleiðni og varmaþenslu, mikla slitþol og oxunarþol.Mikill fjöldi rannsókna hefur sýnt að keramik efni eru í eðli sínu hitaþolin og hafa lítið slit á málmum.Þess vegna getur notkun keramikefna í stað málmefna fyrir slitþolna hluta bætt endingartíma núningsins, getur mætt sumum háhita- og slitþolnum efnum, fjölvirkum og öðrum erfiðum kröfum.Sem stendur hafa verkfræðileg keramik efni verið notuð við framleiðslu á hitaþolnum hlutum vélarinnar, vélrænni sending í slithlutum, efnabúnaður í tæringarþolnum hlutum og þéttingarhlutum, sýnir í auknum mæli víðtæka notkun keramikefna.

Þróuð lönd eins og Þýskaland, Japan, Bandaríkin, Bretland og önnur lönd leggja mikla áherslu á þróun og beitingu verkfræðilegra keramikefna, fjárfesta mikið fé og mannafla til að þróa vinnslukenningu og tækni verkfræðikeramik.Þýskaland hefur hleypt af stokkunum forriti sem kallast „SFB442″, en tilgangur þess er að nota PVD tækni til að búa til viðeigandi filmu á yfirborði hlutanna til að skipta um hugsanlega skaðlegan smurefni fyrir umhverfið og mannslíkamann.PW Gold og aðrir í Þýskalandi notuðu fjármögnunina frá SFB442 til að beita PVD tækni til að setja þunna filmur á yfirborð rúllulegra og komust að því að slitvörn rúllulaga var verulega bætt og filmurnar sem settar voru á yfirborðið gætu alveg komið í stað virkni aukaefna gegn sliti gegn miklum þrýstingi.Joachim, Franz o.fl.í Þýskalandi notaði PVD tækni til að útbúa WC/C filmur sem sýna framúrskarandi þreytueyðandi eiginleika, hærri en smurolíu sem innihalda EP aukefni, niðurstaða sem á sama hátt gefur möguleika á að skipta skaðlegum aukefnum út fyrir húðun.E. Lugscheider o.fl.frá Institute of Materials Science, Tækniháskólanum í Aachen, Þýskalandi, með fjármögnun frá DFG (GermanResearch Commission), sýndi fram á verulega aukningu á þreytuþol eftir að hafa sett viðeigandi filmur á 100Cr6 stál með PVD tækni.Þar að auki hefur General Motors í Bandaríkjunum byrjað að framleiða VolvoS80Turbo gerð bílgír yfirborðsútfellingarfilmu til að bæta þreytumótstöðu;hið fræga Timken fyrirtæki hefur hleypt af stokkunum nafninu ES200 gír yfirborðsfilmu;skráð vörumerki MAXIT gírhúðun hefur birst í Þýskalandi;skráð vörumerki Graphit-iC og Dymon-iC í sömu röð Gearhúðun með skráðum vörumerkjum Graphit-iC og Dymon-iC eru einnig fáanlegar í Bretlandi.

Sem mikilvægur varahlutur í vélrænni gírskiptingu gegna gír mikilvægu hlutverki í iðnaði, svo það er mjög mikilvæg hagnýt þýðingu að rannsaka notkun keramikefna á gír.Sem stendur er verkfræðikeramikið sem er notað á gírin aðallega eftirfarandi.

1、 TiN húðunarlag
1, TiN

Ion húðun TiN keramik lag er einn af mest notaður yfirborðsbreytt húðun með mikilli hörku, hár viðloðun styrk, lágan núningsstuðul, góða tæringarþol, o.fl. Það hefur verið mikið notað á ýmsum sviðum, sérstaklega í verkfæra- og moldiðnaði.Helsta ástæða þess að hafa áhrif á notkun keramikhúðunar á gír er tengingarvandamálið milli keramikhúðunar og undirlags.Þar sem vinnuaðstæður og áhrifaþættir gíra eru mun flóknari en verkfæra og móta, er notkun einni TiN-húð á yfirborðsmeðferð gíra mjög takmörkuð.Þrátt fyrir að keramikhúð hafi kosti mikillar hörku, lágs núningsstuðuls og tæringarþols, þá er það brothætt og erfitt að fá þykkari húðun, þannig að það þarf mikla hörku og mikinn styrk undirlag til að styðja við húðina til að geta spilað eiginleika þess.Þess vegna er keramikhúð aðallega notað fyrir karbíð og háhraða stályfirborð.Gírefnið er mjúkt miðað við keramikefnið og munurinn á eðli undirlagsins og húðunarinnar er mikill, þannig að samsetning lagsins og undirlagsins er léleg og húðunin er ekki nóg til að styðja við húðina, sem gerir Húðin sem auðvelt er að falla af í notkunarferlinu, getur ekki aðeins leikið kosti keramikhúðarinnar, heldur munu keramikhúðagnirnar sem falla af valda slípiefni slit á gírnum og flýta fyrir slittapi gírsins.Núverandi lausnin er að nota samsett yfirborðsmeðferðartækni til að bæta tengslin milli keramiksins og undirlagsins.Samsett yfirborðsmeðferðartækni vísar til samsetningar eðlisfræðilegrar gufuútfellingarhúðunar og annarra yfirborðsmeðferðarferla eða húðunar, með því að nota tvö aðskilin yfirborð/undirborð til að breyta yfirborði undirlagsefnisins til að fá samsetta vélræna eiginleika sem ekki er hægt að ná með einu yfirborðsmeðferðarferli. .TiN samsett húðun sem er afhent með jónnitríði og PVD er ein mest rannsakaða samsett húðun.Plasma nitriding hvarfefni og TiN keramik samsett húð hafa sterka tengingu og slitþolið er verulega bætt.

Ákjósanlegur þykkt TiN filmulags með framúrskarandi slitþol og filmugrunntengingu er um 3 ~ 4μm.Ef þykkt filmulagsins er minni en 2μm mun slitþolið ekki batna verulega.Ef þykkt filmulagsins er meira en 5μm minnkar binding filmugrunnsins.

2、Marglaga, fjölþátta TiN húðun

Með hægfara og útbreiddri notkun TiN húðunar eru fleiri og fleiri rannsóknir á því hvernig á að bæta og bæta TiN húðun.Á undanförnum árum hefur fjölþátta húðun og fjöllaga húðun verið þróuð byggð á tvíundar TiN húðun, svo sem Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN /Al2O3, o.s.frv. Með því að bæta þáttum eins og Al og Si við TiN húðun er hægt að bæta viðnám gegn háhitaoxun og hörku húðunar, en að bæta við þáttum eins og B getur bætt hörku og viðloðunstyrk húðunar.

Vegna þess hve fjölþátta samsetningin er flókin eru margar deilur í þessari rannsókn.Í rannsókninni á (Tix,Cr1-x)N fjölþátta húðun er mikill ágreiningur um niðurstöður rannsókna.Sumir telja að (Tix,Cr1-x)N húðun sé byggð á TiN og Cr geti aðeins verið til í formi uppbótarlausnar á föstu formi í TiN punktafylki, en ekki sem sérstakur CrN fasa.Aðrar rannsóknir sýna að fjöldi Cr atóma sem koma beint í stað Ti atóma í (Tix,Cr1-x)N húðun er takmörkuð og Cr sem eftir eru er til í einliða ástandi eða myndar efnasambönd með N. Tilraunaniðurstöðurnar sýna að viðbót Cr við húðun dregur úr kornastærð yfirborðsins og eykur hörku, og hörku lagsins nær hæsta gildi þegar massahlutfall Cr nær 3l%, en innra álag lagsins nær einnig hámarksgildi.

3、 Annað húðunarlag

Til viðbótar við almennt notaða TiN húðun, eru mörg mismunandi verkfræðikeramik notuð til að styrkja gíryfirborð.

(1) Y.Terauchi o.fl.Japans rannsakaði viðnám gegn núningssliti títankarbíðs eða títanítríðs keramikgíra sem sett eru með gufuútfellingaraðferðinni.Gírin voru karbur og pússuð til að ná yfirborðshörku upp á um HV720 og yfirborðsgrófleika upp á 2,4 μm fyrir húðun og keramikhúðin var undirbúin með efnagufuútfellingu (CVD) fyrir títankarbíð og með eðlisfræðilegri gufuútfellingu (PVD) fyrir títanítríð, með keramikfilmuþykkt um það bil 2 μm.Eiginleikar núningsslits voru rannsakaðir í nærveru olíu og þurrnunar, í sömu röð.Í ljós kom að slitþol og rispumótstöðu gírskífunnar voru aukin verulega eftir húðun með keramik.

(2) Samsett húðun af efnahúðuðu Ni-P og TiN var útbúin með því að forhúða Ni-P sem umbreytingarlag og setja síðan TiN.Rannsóknin sýnir að yfirborðshörku þessa samsettu lags hefur verið bætt að vissu marki og húðunin er betur tengd við undirlagið og hefur betri slitþol.

(3) WC/C, B4C þunn filma
M. Murakawa o.fl., vélaverkfræðideild, Japan Technology Institute of Technology, notuðu PVD tækni til að setja WC/C þunnt filmu á yfirborð gíra og endingartími hennar var þrefalt lengri en venjuleg slökkt og slípuð gír undir olíu- ókeypis smurskilyrði.Franz J o.fl.notaði PVD tækni til að setja WC/C og B4C þunnt filmu á yfirborð FEZ-A og FEZ-C gíra, og tilraunin sýndi að PVD húðunin minnkaði verulega núning gírsins, gerði gírinn minna viðkvæman fyrir heitlímingu eða límingu, og bætti burðargetu gírsins.

(4) CrN kvikmyndir
CrN kvikmyndir eru svipaðar TiN kvikmyndum að því leyti að þær hafa meiri hörku og CrN kvikmyndir eru ónæmari fyrir háhitaoxun en TiN, hafa betri tæringarþol, lægri innri streitu en TiN kvikmyndir og tiltölulega betri seigju.Chen Ling et útbjó slitþolna TiAlCrN/CrN samsetta filmu með framúrskarandi filmubundinni tengingu á yfirborði HSS, og lagði einnig til kenningu um stafsetningarflögnun á fjöllaga filmu, ef sundrunarorkumunurinn á milli tveggja laga er mikill, verður flutningurinn á sér stað. í einu lagi verður erfitt að fara yfir viðmót þess yfir í hitt lag, þannig að mynda losunarstafla við viðmótið og gegna því hlutverki að styrkja efnið.Zhong Bin et rannsakaði áhrif köfnunarefnisinnihalds á fasabyggingu og núningssliteiginleika CrNx filma, og rannsóknin sýndi að Cr2N (211) diffraction toppurinn í filmunum veiktist smám saman og CrN (220) toppurinn jókst smám saman með aukningu af N2 innihaldi minnkaði stóru agnirnar á yfirborði filmunnar smám saman og yfirborðið hafði tilhneigingu til að vera flatt.Þegar N2 loftunin var 25 ml/mín (markbogastraumur var 75 A, hefur útfellda CrN filman góð yfirborðsgæði, góða hörku og framúrskarandi slitþol þegar N2 loftunin er 25ml/mín (markbogastraumur er 75A, neikvæður þrýstingur er 100V).

(5) Ofurharð mynd
Ofurhörð filma er solid kvikmyndin með hörku sem er meiri en 40GPa, framúrskarandi slitþol, háhitaþol og lágt núningstuðull og lágt varmaþenslustuðull, aðallega myndlaus demanturfilmur og CN filmur.Formlausar demantarfilmar hafa formlausa eiginleika, ekki langdræga skipaða uppbyggingu og innihalda mikinn fjölda CC-fjórlaga tetrahedral bindiefni, svo þær eru einnig kallaðar tetrahedral formlausar kolefnisfilmur.Sem eins konar formlaus kolefnisfilma hefur demanturslík húðun (DLC) marga framúrskarandi eiginleika sem líkjast demanti, svo sem hár hitaleiðni, hár hörku, hár mýktarstuðull, lágur varmaþenslustuðull, góður efnafræðilegur stöðugleiki, gott slitþol og lágur núningsstuðull.Sýnt hefur verið fram á að húðun á demantslíkum filmum á gírflötum getur lengt endingartímann um 6 og bætt þreytuþol verulega.CN kvikmyndir, einnig þekktar sem formlausar kolefnis-köfnunarefnisfilmur, hafa kristalbyggingu svipað og β-Si3N4 samgild efnasambönd og eru einnig þekkt sem β-C3N4.Liu og Cohen o.fl.framkvæmt stranga fræðilega útreikninga með því að nota gervimöguleikabandsútreikninga út frá fyrstu eðlisreglunni, staðfesti að β-C3N4 hefur mikla bindiorku, stöðuga vélrænni uppbyggingu, að minnsta kosti eitt undirstöðugt ástand getur verið til og teygjustuðull hans er sambærilegur við demantur, með góða eiginleika, sem geta í raun bætt yfirborðshörku og slitþol efnisins og dregið úr núningsstuðlinum.

(6) Annað slitþolið lag úr álfelgur
Einnig hefur verið reynt að bera á suma slitþolna húðun á gír, til dæmis er útfelling Ni-P-Co állags á tannyfirborði 45# stálgíra állag til að fá ofurfínt kornaskipulag, sem getur lengt líftíma allt að 1.144 ~ 1.533 sinnum.Það hefur einnig verið rannsakað að Cu málmlag og Ni-W álhúð er borið á tannyfirborð Cu-Cr-P steypujárnsbúnaðar til að bæta styrk þess;Ni-W og Ni-Co álhúð er borið á tannyfirborð HT250 steypujárnsbúnaðar til að bæta slitþol um 4 ~ 6 sinnum samanborið við óhúðaða gírinn.