Pavarų dengimo technologija

PVD nusodinimo technologija daugelį metų buvo praktikuojama kaip nauja paviršiaus modifikavimo technologija, ypač vakuuminio jonų dengimo technologija, kuri pastaraisiais metais smarkiai išaugo ir dabar plačiai naudojama apdorojant įrankius, formas, stūmoklio žiedus, krumpliaračius ir kitus komponentus. .Dengtos krumpliaračiai, paruošti naudojant vakuuminio jonų dengimo technologiją, gali žymiai sumažinti trinties koeficientą, pagerinti atsparumą dilimui ir tam tikrą antikoroziją, tapo krumpliaračio paviršiaus stiprinimo technologijos tyrimų centru ir karštuoju tašku.

Įprastos krumpliaračių medžiagos yra kaltas plienas, lietinis plienas, ketus, spalvotieji metalai (varis, aliuminis) ir plastikai.Plieną daugiausia sudaro 45 plienas, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Mažai anglies turintis plienas daugiausia naudojamas 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Kaltas plienas yra plačiau naudojamas krumpliaračiuose dėl geresnių eksploatacinių savybių, o lietinis plienas dažniausiai naudojamas krumpliaračiams, kurių skersmuo > 400 mm ir sudėtinga konstrukcija, gaminti.Ketaus krumpliaračiai atsparūs klijavimui ir įdubimui, tačiau atsparumo smūgiams ir dilimui stoka, daugiausia stabiliam darbui, galia nėra mažo greičio ar didelio dydžio ir sudėtingos formos, gali veikti, jei trūksta tepimo, tinka atviram. užkrato pernešimas.Spalvotieji metalai dažniausiai naudojami alavo bronza, aliuminio-geležies bronza ir aliuminio lydinys, dažniausiai naudojamas turbinų ar krumpliaračių gamyboje, tačiau slydimo ir antifrikcinės savybės yra prastos, tik esant lengvai, vidutinei apkrovai ir mažam greičiui. krumpliaračiais.Nemetalinės pavaros dažniausiai naudojamos kai kuriose srityse, kurioms taikomi specialūs reikalavimai, pavyzdžiui, tepimas be alyvos ir didelis patikimumas.Sąlygų, tokių kaip maža tarša, sritis, pavyzdžiui, buitinė technika, medicinos įranga, maisto mašinos ir tekstilės mašinos.

Pavarų dengimo medžiagos

Inžinerinės keraminės medžiagos yra itin perspektyvios medžiagos, pasižyminčios dideliu stiprumu ir kietumu, ypač puikiu atsparumu karščiui, mažu šilumos laidumu ir šilumos plėtimu, dideliu atsparumu dilimui ir atsparumu oksidacijai.Daugybė tyrimų parodė, kad keraminės medžiagos iš prigimties yra atsparios karščiui ir mažai nusidėvi metalai.Todėl keraminių medžiagų, o ne metalinių medžiagų naudojimas nusidėvėjimui atsparioms dalims gali pagerinti trinties posūkio tarnavimo laiką, gali atitikti kai kurias aukštai temperatūrai ir aukštai dilimui atsparias medžiagas, daugiafunkcinius ir kitus griežtus reikalavimus.Šiuo metu inžinerinės keraminės medžiagos naudojamos variklių karščiui atsparių dalių gamyboje, mechaninė pavarų dėžė susidėvinčiose dalyse, cheminė įranga korozijai atspariose dalyse ir sandarinimo dalyse, o tai vis labiau rodo platų keraminių medžiagų pritaikymo perspektyvą.

Tokios išsivysčiusios šalys kaip Vokietija, Japonija, JAV, Jungtinė Karalystė ir kitos šalys didelę reikšmę skiria inžinerinių keraminių medžiagų kūrimui ir pritaikymui, investuodamos daug pinigų ir darbo jėgos inžinerinės keramikos apdirbimo teorijai ir technologijoms plėtoti.Vokietija pradėjo programą „SFB442“, kurios tikslas – naudojant PVD technologiją, kad ant dalių paviršiaus būtų susintetinta tinkama plėvelė, kuri pakeistų aplinkai ir žmogaus organizmui potencialiai kenksmingą tepimo terpę.PW Gold ir kiti Vokietijoje pasinaudojo SFB442 finansavimu, kad pritaikytų PVD technologiją plonoms plėvelėms nusodinti ant riedėjimo guolių paviršiaus ir nustatė, kad riedėjimo guolių atsparumas dilimui buvo žymiai pagerintas, o ant paviršiaus nusodintos plėvelės gali visiškai pakeisti didelio slėgio dėvėjimosi priedų funkcija.Joachimas, Franzas ir kt.Vokietijoje naudojo PVD technologiją, kad paruoštų WC/C plėveles, pasižyminčias puikiomis nuovargio savybėmis, aukštesnėmis nei tepalų, kurių sudėtyje yra EP priedų, o tai taip pat suteikia galimybę kenksmingus priedus pakeisti dangomis.E. Lugscheider ir kt.Medžiagų mokslo instituto, Acheno technikos universiteto (Vokietija), finansavimo iš DFG (Vokietijos tyrimų komisijos), įrodyta, kad, naudojant PVD technologiją, ant 100Cr6 plieno nusodinus atitinkamas plėveles, žymiai padidėjo atsparumas nuovargiui.Be to, Jungtinių Valstijų „General Motors“ pradėjo savo „VolvoS80Turbo“ tipo automobilio pavarų paviršiaus nusodinimo plėvelę, kad pagerintų atsparumą nuovargiui įdubimams;garsioji Timken kompanija pristatė ES200 pavarų paviršiaus plėvelę;Vokietijoje pasirodė registruotas prekės ženklas MAXIT gear coating;registruotasis prekės ženklas „Graphit-iC“ ir „Dymon-iC“, atitinkamai, „Gear“ dangos su registruotais prekių ženklais „Graphit-iC“ ir „Dymon-iC“ taip pat prieinamos JK.

Krumpliaračiai, kaip svarbios mechaninės transmisijos atsarginės dalys, atlieka svarbų vaidmenį pramonėje, todėl labai svarbi praktinė reikšmė yra keraminių medžiagų pritaikymo krumpliaračiams tyrimas.Šiuo metu pavarų dėžėms naudojama inžinerinė keramika daugiausia yra tokia.

1、TiN dangos sluoksnis
1, alavas

Jonų dangos TiN keraminis sluoksnis yra viena iš plačiausiai naudojamų paviršiaus modifikuotų dangų, pasižyminčių dideliu kietumu, dideliu sukibimo stiprumu, mažu trinties koeficientu, geru atsparumu korozijai ir kt. Jis buvo plačiai naudojamas įvairiose srityse, ypač įrankių ir formų pramonėje.Pagrindinė priežastis, dėl kurios dengiama keraminė pavarų danga, yra keraminės dangos ir pagrindo sukibimo problema.Kadangi krumpliaračių darbo sąlygos ir įtakojantys veiksniai yra daug sudėtingesni nei įrankių ir formų, vienos TiN dangos naudojimas ant krumpliaračio paviršiaus yra labai apribotas.Nors keraminės dangos privalumai yra didelis kietumas, mažas trinties koeficientas ir atsparumas korozijai, ji yra trapi ir sunku gauti storesnę dangą, todėl jai reikia didelio kietumo ir didelio stiprumo pagrindo, kad būtų palaikoma danga, kad ji veiktų.Todėl keraminė danga dažniausiai naudojama karbido ir greitaeigio plieno paviršiams.Pavarų medžiaga yra minkšta, palyginti su keramine medžiaga, o skirtumas tarp pagrindo ir dangos pobūdžio yra didelis, todėl dangos ir pagrindo derinys yra prastas, o dangos nepakanka dangai palaikyti, todėl dangą lengva nukristi naudojimo metu, ji ne tik negali turėti keraminės dangos pranašumų, bet ir nukritusios keraminės dangos dalelės sukels abrazyvinį krumpliaračio nusidėvėjimą, pagreitins pavaros nusidėvėjimą.Dabartinis sprendimas yra naudoti kompozicinio paviršiaus apdorojimo technologiją, kad būtų pagerintas keramikos ir pagrindo sukibimas.Sudėtinė paviršiaus apdorojimo technologija reiškia fizinio garų nusodinimo dangos ir kitų paviršiaus apdorojimo procesų ar dangų derinį, naudojant du atskirus paviršius/paviršius, kad būtų modifikuojamas pagrindo medžiagos paviršius, kad būtų gautos sudėtinės mechaninės savybės, kurių neįmanoma pasiekti vienu paviršiaus apdorojimo procesu. .TiN kompozitinė danga, nusodinta jonų nitridavimu ir PVD, yra viena iš labiausiai ištirtų kompozitinių dangų.Plazmos azotinimo substratas ir TiN keraminė kompozitinė danga turi tvirtą sukibimą ir žymiai pagerina atsparumą dilimui.

Optimalus TiN plėvelės sluoksnio storis su puikiu atsparumu dilimui ir plėvelės pagrindo sukibimui yra apie 3 ~ 4 μm.Jei plėvelės sluoksnio storis yra mažesnis nei 2 μm, atsparumas dilimui žymiai nepagerės.Jei plėvelės sluoksnio storis yra didesnis nei 5 μm, plėvelės pagrindo sukibimas bus sumažintas.

2、 Daugiasluoksnė, daugiakomponentė TiN danga

Palaipsniui ir plačiai naudojant TiN dangas, atsiranda vis daugiau tyrimų, kaip patobulinti ir patobulinti TiN dangas.Pastaraisiais metais buvo sukurtos daugiakomponentės dangos ir daugiasluoksnės dangos, pagrįstos dvejetainėmis TiN dangomis, tokiomis kaip Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix, Cr1-x)N, TiN. /Al2O3 ir kt. Į TiN dangą pridedant tokių elementų kaip Al ir Si, galima pagerinti dangų atsparumą oksidacijai aukštoje temperatūroje ir kietumą, o pridedant tokių elementų kaip B galima pagerinti dangų kietumą ir sukibimo stiprumą.

Dėl daugiakomponentės sudėties sudėtingumo šiame tyrime kyla daug prieštaravimų.Tiriant (Tix,Cr1-x)N daugiakomponentes dangas, kyla didelis prieštaravimas dėl tyrimų rezultatų.Kai kurie žmonės mano, kad (Tix,Cr1-x)N dangos yra pagrįstos TiN, o Cr gali egzistuoti tik pakaitinio kieto tirpalo pavidalu TiN taškinėje matricoje, bet ne kaip atskira CrN fazė.Kiti tyrimai rodo, kad Cr atomų, tiesiogiai pakeičiančių Ti atomus (Tix,Cr1-x)N dangose, skaičius yra ribotas, o likęs Cr yra singletinėje būsenoje arba sudaro junginius su N. Eksperimento rezultatai rodo, kad pridėjus Cr į dangą sumažina paviršiaus dalelių dydį ir padidina kietumą, o dangos kietumas pasiekia didžiausią vertę, kai Cr masės procentas pasiekia 3l%, tačiau dangos vidinis įtempis taip pat pasiekia maksimalią reikšmę.

3、Kitas dangos sluoksnis

Be dažniausiai naudojamų TiN dangų, krumpliaračio paviršiaus stiprinimui naudojama daug įvairios inžinerinės keramikos.

(1)Y.Terauchi ir kt.Japonija ištyrė titano karbido arba titano nitrido keramikos krumpliaračių, nusodintų garų nusodinimo metodu, atsparumą trinties dilimui.Prieš dengimą krumpliaračiai buvo karbonizuoti ir poliruoti, kad paviršiaus kietumas būtų maždaug HV720, o paviršiaus šiurkštumas – 2,4 μm, o keraminės dangos buvo paruoštos cheminiu nusodinimu garais (CVD) titano karbidui ir fiziniu garų nusodinimu (PVD). titano nitrido, kurio keraminės plėvelės storis apie 2 μm.Trinties nusidėvėjimo savybės buvo tiriamos atitinkamai esant alyvai ir sausai trinčiai.Nustatyta, kad pavaros veržlės atsparumas dilimui ir įbrėžimams iš esmės padidėjo po dengimo keramika.

(2) Kompozicinė danga iš chemiškai padengtų Ni-P ir TiN buvo paruošta iš anksto padengiant Ni-P kaip pereinamąjį sluoksnį ir tada nusodinant TiN.Tyrimas rodo, kad šios kompozitinės dangos paviršiaus kietumas tam tikru mastu pagerėjo, danga geriau sukimba su pagrindu ir turi didesnį atsparumą dilimui.

(3) WC/C, B4C plona plėvelė
M. Murakawa ir kt., Japonijos technologijos instituto Mechanikos inžinerijos katedra, naudojo PVD technologiją WC/C plonos plėvelės nusodinimui ant krumpliaračių paviršiaus, o jos tarnavimo laikas tris kartus viršijo įprastų gesinamų ir šlifuotų krumpliaračių po alyva. nemokamos tepimo sąlygos.Franz J ir kt.naudojo PVD technologiją, kad ant FEZ-A ir FEZ-C krumpliaračių paviršiaus padengtų ploną WC/C ir B4C plėvelę, o eksperimentas parodė, kad PVD danga žymiai sumažino krumpliaračio trintį, padaro krumpliaratį mažiau jautrų karštam klijavimui ar klijavimui, ir pagerino krumpliaračio laikomąją galią.

(4) CrN plėvelės
CrN plėvelės yra panašios į TiN plėveles, nes jos turi didesnį kietumą, o CrN plėvelės yra atsparesnės oksidacijai aukštoje temperatūroje nei TiN, turi geresnį atsparumą korozijai, mažesnį vidinį įtempį nei TiN plėvelės ir santykinai geresnį kietumą.Chen Ling et paruošė dilimui atsparią TiAlCrN/CrN kompozicinę plėvelę su puikiu plėvelės sukibimu ant HSS paviršiaus, taip pat pasiūlė daugiasluoksnės plėvelės dislokacijos sukrovimo teoriją, jei dislokacijos energijos skirtumas tarp dviejų sluoksnių yra didelis, atsiranda dislokacija. Viename sluoksnyje bus sunku pereiti jo sąsają į kitą sluoksnį, todėl sąsajoje susidaro dislokacijos krūva ir atlieka medžiagos stiprinimo vaidmenį.Zhong Bin et tyrė azoto kiekio poveikį CrNx plėvelių fazinei struktūrai ir trinties dilimo savybėms, ir tyrimas parodė, kad Cr2N (211) difrakcijos smailė plėvelėse palaipsniui silpnėjo, o CrN (220) smailė palaipsniui didėjo didėjant. N2 kiekis, didelės dalelės ant plėvelės paviršiaus palaipsniui mažėjo ir paviršius buvo lygus.Kai N2 aeracija buvo 25 ml/min (tikslinio šaltinio lanko srovė buvo 75 A, nusodinta CrN plėvelė turi gerą paviršiaus kokybę, gerą kietumą ir puikų atsparumą dilimui, kai N2 aeracija yra 25 ml/min (tikslinio šaltinio lanko srovė yra 75 A, neigiama). slėgis yra 100 V).

(5) Superhard filmas
Superhard plėvelė yra kieta plėvelė, kurios kietumas didesnis nei 40GPa, puikus atsparumas dilimui, atsparumas aukštai temperatūrai ir mažas trinties koeficientas bei žemas šiluminio plėtimosi koeficientas, daugiausia amorfinė deimantinė plėvelė ir CN plėvelė.Amorfinės deimantinės plėvelės turi amorfinių savybių, neturi ilgo nuotolio sutvarkytos struktūros ir turi daug CC tetraedrinių ryšių, todėl jos dar vadinamos tetraedrinėmis amorfinėmis anglies plėvelėmis.Kaip tam tikra amorfinė anglies plėvelė, į deimantą panaši danga (DLC) turi daug puikių savybių, panašių į deimantą, tokių kaip didelis šilumos laidumas, didelis kietumas, didelis elastingumo modulis, mažas šiluminio plėtimosi koeficientas, geras cheminis stabilumas, geras atsparumas dilimui ir mažas trinties koeficientas.Įrodyta, kad deimantų tipo plėvelių padengimas ant krumpliaračių paviršių gali pailginti tarnavimo laiką 6 kartus ir žymiai pagerinti atsparumą nuovargiui.CN plėvelės, taip pat žinomos kaip amorfinės anglies-azoto plėvelės, turi panašią į β-Si3N4 kovalentinių junginių kristalinę struktūrą ir taip pat žinomos kaip β-C3N4.Liu ir Cohen ir kt.atliko griežtus teorinius skaičiavimus, naudodamiesi pseudopotencialų juostos skaičiavimais pagal pirmosios prigimties principą, patvirtino, kad β-C3N4 turi didelę surišimo energiją, stabilią mechaninę struktūrą, gali egzistuoti bent viena substabili būsena, o jo tamprumo modulis yra panašus į deimantą, su geromis savybėmis, kurios gali efektyviai pagerinti medžiagos paviršiaus kietumą ir atsparumą dilimui bei sumažinti trinties koeficientą.

(6) Kitas lydinio dilimui atsparus dangos sluoksnis
Kai kurias lydinio nusidėvėjimui atsparias dangas taip pat buvo bandoma padengti krumpliaračiais, pavyzdžiui, Ni-P-Co lydinio sluoksnio nusodinimas ant 45# plieninių krumpliaračių danties paviršiaus yra lydinio sluoksnis, užtikrinantis itin smulkių grūdelių struktūrą. kuris gali pailginti tarnavimo laiką iki 1,144–1,533 karto.Taip pat ištirta, kad Cu-Cr-P lydinio ketaus krumpliaračio danties paviršius padengiamas Cu metalo sluoksniu ir Ni-W lydinio danga, siekiant pagerinti jo stiprumą;Ni-W ir Ni-Co lydinio danga yra padengta ant HT250 ketaus krumpliaračio danties paviršiaus, kad padidėtų atsparumas dilimui 4–6 kartus, palyginti su nepadengta pavara.