Gear coating teknologi

PVD-avsetningsteknologi har blitt praktisert i mange år som en ny overflatemodifikasjonsteknologi, spesielt vakuumionbeleggingsteknologi, som har fått stor utvikling de siste årene og er nå mye brukt i behandling av verktøy, støpeformer, stempelringer, gir og andre komponenter .De belagte girene tilberedt av vakuumionbeleggsteknologi kan redusere friksjonskoeffisienten betydelig, forbedre antislitasje og viss anti-korrosjon, og har blitt fokus og hot spot for forskning innen utstyrsoverflateforsterkende teknologi.

De vanlige materialene som brukes til tannhjul er hovedsakelig smidd stål, støpestål, støpejern, ikke-jernholdige metaller (kobber, aluminium) og plast.Stål er hovedsakelig 45 stål, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Lavkarbonstål brukes hovedsakelig i 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Smidd stål er mer utbredt i tannhjul på grunn av dets bedre ytelse, mens støpt stål vanligvis brukes til å produsere tannhjul med diameter > 400 mm og kompleks struktur.Støpejernsgir anti-lim og gropmotstand, men mangelen på slag- og slitestyrke, hovedsakelig for stabilt arbeid, kraften er ikke lav hastighet eller stor størrelse og kompleks form, kan fungere under betingelse av mangel på smøring, egnet for åpen overføring.Ikke-jernholdige metaller som vanligvis brukes er tinnbronse, aluminium-jernbronse og støping av aluminiumslegering, vanligvis brukt i produksjon av turbiner eller gir, men glide- og antifriksjonsegenskapene er dårlige, bare for lett, middels belastning og lav hastighet gir.Ikke-metalliske tannhjul brukes hovedsakelig i noen felt med spesielle krav, som oljefri smøring og høy pålitelighet.Feltet av forhold som lav forurensning, som husholdningsapparater, medisinsk utstyr, matmaskiner og tekstilmaskiner.

Gear belegg materialer

Engineering keramiske materialer er ekstremt lovende materialer med høy styrke og hardhet, spesielt utmerket varmebestandighet, lav termisk ledningsevne og termisk ekspansjon, høy slitestyrke og oksidasjonsmotstand.Et stort antall studier har vist at keramiske materialer i seg selv er varmebestandige og har lav slitasje på metaller.Derfor kan bruken av keramiske materialer i stedet for metallmaterialer for slitesterke deler forbedre levetiden til friksjonsunderlaget, kan møte noen av de høytemperatur- og høye slitebestandige materialene, multifunksjonelle og andre tøffe krav.For tiden har tekniske keramiske materialer blitt brukt til fremstilling av varmebestandige motordeler, mekanisk overføring i slitedeler, kjemisk utstyr i korrosjonsbestandige deler og tetningsdeler, viser i økende grad den brede anvendelsen av keramiske materialer.

Utviklede land som Tyskland, Japan, USA, Storbritannia og andre land legger stor vekt på utvikling og anvendelse av tekniske keramiske materialer, og investerer mye penger og arbeidskraft for å utvikle prosesseringsteori og teknologi for ingeniørkeramikk.Tyskland har lansert et program kalt "SFB442", hvis formål er å bruke PVD-teknologi for å syntetisere en passende film på overflaten av delene for å erstatte det potensielt skadelige smøremediet for miljøet og menneskekroppen.PW Gold og andre i Tyskland brukte finansieringen fra SFB442 til å bruke PVD-teknologi for å avsette tynne filmer på overflaten av rullelagre og fant ut at anti-slitasjeytelsen til rullelagre ble betydelig forbedret og filmene som ble avsatt på overflaten kunne erstatte funksjon av ekstremt trykk anti-slitasje additiver.Joachim, Franz et al.i Tyskland brukte PVD-teknologi for å fremstille WC/C-filmer som viser utmerkede anti-tretthetsegenskaper, høyere enn de for smøremidler som inneholder EP-tilsetningsstoffer, et resultat som på samme måte gir muligheten for å erstatte skadelige tilsetningsstoffer med belegg.E. Lugscheider et al.ved Institute of Materials Science, Technical University of Aachen, Tyskland, med finansiering fra DFG (GermanResearch Commission), demonstrerte en betydelig økning i utmattelsesmotstand etter avsetning av passende filmer på 100Cr6 stål ved bruk av PVD-teknologi.I tillegg har General Motors i USA begynt med sin VolvoS80Turbo-type bilgiroverflateavsetningsfilm for å forbedre motstand mot tretthet.det berømte Timken-selskapet har lansert navnet ES200 giroverflatefilm;registrert varemerke MAXIT girbelegg har dukket opp i Tyskland;registrert varemerke henholdsvis Graphit-iC og Dymon-iC Gearbelegg med de registrerte varemerkene Graphit-iC og Dymon-iC er også tilgjengelig i Storbritannia.

Som en viktig reservedel av mekanisk overføring spiller gir en viktig rolle i industrien, så det er av svært viktig praktisk betydning å studere bruken av keramiske materialer på gir.For tiden er den tekniske keramikken brukt på girene hovedsakelig følgende.

1, TiN belegglag
1, TiN

Ionebelegg TiN keramisk lag er et av de mest brukte overflatemodifiserte beleggene med høy hardhet, høy heftstyrke, lav friksjonskoeffisient, god korrosjonsbestandighet, etc. Det har vært mye brukt i ulike felt, spesielt i verktøy- og formindustrien.Hovedårsaken til påføring av keramisk belegg på tannhjul er bindingsproblemet mellom keramisk belegg og underlag.Siden arbeidsforholdene og påvirkningsfaktorene til gir er langt mer kompliserte enn for verktøy og støpeformer, er påføringen av et enkelt TiN-belegg på tannhjulets overflatebehandling sterkt begrenset.Selv om keramisk belegg har fordelene med høy hardhet, lav friksjonskoeffisient og korrosjonsmotstand, er det sprøtt og vanskelig å få et tykkere belegg, så det trenger et substrat med høy hardhet og høy styrke for å støtte belegget for å spille dets egenskaper.Derfor brukes keramisk belegg for det meste for overflate av hardmetall og høyhastighetsstål.Girmaterialet er mykt sammenlignet med det keramiske materialet, og forskjellen mellom substratets og beleggets natur er stor, så kombinasjonen av belegget og substratet er dårlig, og belegget er ikke nok til å støtte belegget, noe som gjør belegget lett å falle av i bruksprosessen, ikke bare kan ikke spille fordelene med det keramiske belegget, men de keramiske beleggpartiklene som faller av vil forårsake slitasje på utstyret, noe som øker slitasjetapet til utstyret.Den nåværende løsningen er å bruke kompositt overflatebehandlingsteknologi for å forbedre bindingen mellom keramikken og underlaget.Kompositt overflatebehandlingsteknologi refererer til kombinasjonen av fysisk dampavsetningsbelegg og andre overflatebehandlingsprosesser eller belegg, ved bruk av to separate overflater/underoverflater for å modifisere overflaten av substratmaterialet for å oppnå komposittmekaniske egenskaper som ikke kan oppnås med en enkelt overflatebehandlingsprosess. .TiN komposittbelegg avsatt ved ionitrering og PVD er et av de mest undersøkte komposittbeleggene.Plasmanitreringssubstratet og TiN keramisk komposittbelegg har en sterk binding og slitestyrken er betydelig forbedret.

Den optimale tykkelsen på TiN-filmlaget med utmerket slitestyrke og filmbasebinding er omtrent 3 ~ 4μm.Hvis tykkelsen på filmlaget er mindre enn 2μm, vil ikke slitasjemotstanden bli vesentlig forbedret.Hvis tykkelsen på filmlaget er mer enn 5μm, vil filmbasebindingen reduseres.

2、Flerlags, flerkomponent TiN-belegg

Med den gradvise og utbredte påføringen av TiN-belegg, er det mer og mer forskning på hvordan man kan forbedre og forbedre TiN-belegg.De siste årene har flerkomponentbelegg og flerlagsbelegg blitt utviklet basert på binære TiN-belegg, som Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN /Al2O3 osv. Ved å tilsette elementer som Al og Si til TiN-belegg kan motstanden mot høytemperatur-oksidasjon og hardheten til beleggene forbedres, mens tilsetning av elementer som B kan forbedre hardheten og heftstyrken til beleggene.

På grunn av kompleksiteten til flerkomponentsammensetningen er det mange kontroverser i denne studien.I studiet av (Tix,Cr1-x)N flerkomponentbelegg er det en stor kontrovers i forskningsresultatene.Noen tror at (Tix,Cr1-x)N-belegg er basert på TiN, og Cr kan bare eksistere i form av erstatningsfast løsning i TiN-punktmatrisen, men ikke som en separat CrN-fase.Andre studier viser at antallet Cr-atomer som direkte erstatter Ti-atomer i (Tix,Cr1-x)N-belegg er begrenset, og gjenværende Cr eksisterer i singlett-tilstand eller danner forbindelser med N. De eksperimentelle resultatene viser at tilsetning av Cr til belegget reduserer overflatepartikkelstørrelsen og øker hardheten, og hardheten til belegget når sin høyeste verdi når masseprosenten av Cr når 3l%, men den indre spenningen til belegget når også sin maksimale verdi.

3、 Annet belegglag

I tillegg til de ofte brukte TiN-beleggene, brukes mange forskjellige tekniske keramikk for forsterkning av giroverflater.

(1) Y.Terauchi et al.of Japan studerte motstanden mot friksjonsslitasje av titankarbid eller titannitrid keramiske tannhjul avsatt ved dampavsetningsmetoden.Tannhjulene ble karburert og polert for å oppnå en overflatehardhet på ca. HV720 og en overflateruhet på 2,4 μm før belegging, og de keramiske beleggene ble fremstilt ved kjemisk dampavsetning (CVD) for titankarbid og ved fysisk dampavsetning (PVD) for titannitrid, med en keramisk filmtykkelse på ca. 2 μm.Friksjonsslitasjeegenskapene ble undersøkt i nærvær av henholdsvis olje og tørrfriksjon.Det ble funnet at gnistmotstanden og ripemotstanden til skrustikket ble vesentlig forbedret etter belegging med keramikk.

(2) Komposittbelegg av kjemisk belagt Ni-P og TiN ble fremstilt ved å forhåndsbelegge Ni-P som et overgangslag og deretter avsette TiN.Studien viser at overflatehardheten til dette komposittbelegget er forbedret til en viss grad, og belegget er bedre festet til underlaget og har bedre slitestyrke.

(3) WC/C, B4C tynn film
M. Murakawa et al., Department of Mechanical Engineering, Japan Institute of Technology, brukte PVD-teknologi til å avsette WC/C-tynnfilm på overflaten av gir, og levetiden var tre ganger så lang som for vanlige bråkjølte og slipte gir under olje- frie smøreforhold.Franz J et al.brukte PVD-teknologi for å avsette WC/C og B4C tynn film på overflaten av FEZ-A og FEZ-C gir, og eksperimentet viste at PVD-belegget reduserte girfriksjonen betydelig, gjorde giret mindre utsatt for varmliming eller liming, og forbedret girets bæreevne.

(4) CrN-filmer
CrN-filmer ligner på TiN-filmer ved at de har høyere hardhet, og CrN-filmer er mer motstandsdyktige mot høytemperaturoksidasjon enn TiN, har bedre korrosjonsmotstand, lavere indre stress enn TiN-filmer og relativt bedre seighet.Chen Ling et forberedte en slitesterk TiAlCrN/CrN-komposittfilm med utmerket filmbasert binding på overflaten av HSS, og foreslo også dislokasjonsstablingsteorien for flerlagsfilm, hvis dislokasjonsenergiforskjellen mellom to lag er stor, oppstår dislokasjonen i ett lag vil det være vanskelig å krysse grensesnittet inn i det andre laget, og dermed danne dislokasjonsstablingen ved grensesnittet og spille rollen som å styrke materialet.Zhong Bin et studerte effekten av nitrogeninnhold på fasestrukturen og friksjonsslitasjeegenskapene til CrNx-filmer, og studien viste at Cr2N (211) diffraksjonstoppen i filmene gradvis ble svekket og CrN (220)-toppen gradvis forsterket med økningen av N2-innhold, avtok de store partiklene på filmoverflaten gradvis og overflaten hadde en tendens til å være flat.Når N2-luftingen var 25 ml/min (målkildens lysbuestrøm var 75 A, har den avsatte CrN-filmen god overflatekvalitet, god hardhet og utmerket slitestyrke når N2-luftingen er 25ml/min (målkildens lysbuestrøm er 75A, negativ trykket er 100V).

(5) Superhard film
Superhard film er den solide filmen med hardhet større enn 40GPa, utmerket slitestyrke, høy temperaturbestandighet og lav friksjonskoeffisient og lav termisk ekspansjonskoeffisient, hovedsakelig amorf diamantfilm og CN-film.Amorfe diamantfilmer har amorfe egenskaper, ingen lang rekkevidde ordnet struktur, og inneholder et stort antall CC tetraedriske bindinger, så de kalles også tetraedriske amorfe karbonfilmer.Som en slags amorf karbonfilm har diamantlignende belegg (DLC) mange utmerkede egenskaper som ligner på diamant, som høy varmeledningsevne, høy hardhet, høy elastisitetsmodul, lav termisk ekspansjonskoeffisient, god kjemisk stabilitet, god slitestyrke og lav friksjonskoeffisient.Det er vist at belegging av diamantlignende filmer på giroverflater kan forlenge levetiden med en faktor på 6 og forbedre utmattelsesmotstanden betydelig.CN-filmer, også kjent som amorfe karbon-nitrogenfilmer, har en krystallstruktur som ligner på β-Si3N4 kovalente forbindelser og er også kjent som β-C3N4.Liu og Cohen et al.utført strenge teoretiske beregninger ved bruk av pseudopotensialbåndberegninger fra førstenaturprinsippet, bekreftet at β-C3N4 har en stor bindingsenergi, en stabil mekanisk struktur, minst en substabil tilstand kan eksistere, og dens elastisitetsmodul er sammenlignbar med diamant, med gode egenskaper, som effektivt kan forbedre overflatehardheten og slitestyrken til materialet og redusere friksjonskoeffisienten.

(6) Slitebestandig belegg av andre legeringer
Noen slitasjebestandige belegg av legeringer har også blitt forsøkt påført på tannhjul, for eksempel er avsetningen av Ni-P-Co-legeringslag på tannoverflaten til 45# stålgir et legeringslag for å oppnå ultrafin kornorganisering, som kan forlenge levetiden opp til 1.144~1.533 ganger.Det har også blitt studert at Cu-metalllag og Ni-W-legeringsbelegg påføres på tannoverflaten til Cu-Cr-P-legert støpejernsutstyr for å forbedre styrken;Ni-W og Ni-Co legeringsbelegg påføres på tannoverflaten til HT250 støpejernsutstyr for å forbedre slitestyrken med 4 ~ 6 ganger sammenlignet med det ubelagte giret.