Teknologjia e veshjes së ingranazheve

Teknologjia e depozitimit PVD është praktikuar për shumë vite si një teknologji e re e modifikimit të sipërfaqes, veçanërisht teknologjia e veshjes së joneve me vakum, e cila ka marrë zhvillim të madh vitet e fundit dhe tani përdoret gjerësisht në trajtimin e veglave, kallëpeve, unazave të pistonit, ingranazheve dhe komponentëve të tjerë. .Ingranazhet e veshura të përgatitura nga teknologjia e veshjes së joneve vakum mund të zvogëlojnë ndjeshëm koeficientin e fërkimit, të përmirësojnë kundër konsumit dhe anti-korrozioni të caktuar dhe janë bërë fokusi dhe pika e nxehtë e kërkimit në fushën e teknologjisë së forcimit të sipërfaqes së ingranazheve.

Materialet e zakonshme të përdorura për ingranazhet janë kryesisht çeliku i farkëtuar, çeliku i derdhur, gize, metalet me ngjyra (bakër, alumin) dhe plastika.Çeliku është kryesisht çelik 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Çeliku me karbon të ulët i përdorur kryesisht në 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Çeliku i farkëtuar përdoret më gjerësisht në ingranazhe për shkak të performancës së tij më të mirë, ndërsa çeliku i derdhur zakonisht përdoret për të prodhuar ingranazhe me diametër > 400 mm dhe strukturë komplekse.Ingranazhet prej gize kundër ngjitjes dhe rezistencës ndaj gropave, por mungesa e ndikimit dhe rezistencës ndaj konsumit, kryesisht për punë të qëndrueshme, fuqia nuk është me shpejtësi të ulët ose madhësi të madhe dhe formë komplekse, mund të funksionojë në kushtet e mungesës së lubrifikimit, të përshtatshme për të hapur transmetim.Metalet me ngjyra të përdorura zakonisht janë bronzi prej kallaji, bronzi alumin-hekur dhe aliazh alumini i derdhjes, që përdoren zakonisht në prodhimin e turbinave ose ingranazheve, por vetitë rrëshqitëse dhe kundër fërkimit janë të dobëta, vetëm për ngarkesë të lehtë, mesatare dhe shpejtësi të ulët. ingranazhet.Ingranazhet me materiale jo metalike përdoren kryesisht në disa fusha me kërkesa të veçanta, si lubrifikimi pa vaj dhe besueshmëria e lartë.Fusha e kushteve të tilla si ndotja e ulët, si pajisje shtëpiake, pajisje mjekësore, makineri ushqimore dhe makineri tekstile.

Materialet e veshjes së ingranazheve

Materialet qeramike inxhinierike janë materiale jashtëzakonisht premtuese me forcë dhe fortësi të lartë, veçanërisht rezistencë të shkëlqyer ndaj nxehtësisë, përçueshmëri të ulët termike dhe zgjerim termik, rezistencë të lartë ndaj konsumit dhe rezistencë ndaj oksidimit.Një numër i madh studimesh kanë treguar se materialet qeramike janë në thelb rezistente ndaj nxehtësisë dhe kanë konsum të ulët në metale.Prandaj, përdorimi i materialeve qeramike në vend të materialeve metalike për pjesët rezistente ndaj konsumit mund të përmirësojë jetën e nën fërkimit, mund të plotësojë disa nga materialet rezistente ndaj temperaturës së lartë dhe konsumit të lartë, kërkesave shumëfunksionale dhe të tjera të vështira.Aktualisht, materialet inxhinierike qeramike janë përdorur në prodhimin e pjesëve rezistente ndaj nxehtësisë së motorit, transmetimin mekanik në pjesët e konsumit, pajisjet kimike në pjesët rezistente ndaj korrozionit dhe pjesët e vulosjes, duke treguar gjithnjë e më shumë perspektivat e aplikimit të gjerë të materialeve qeramike.

Vendet e zhvilluara si Gjermania, Japonia, Shtetet e Bashkuara, Mbretëria e Bashkuar dhe vende të tjera i kushtojnë rëndësi të madhe zhvillimit dhe aplikimit të materialeve inxhinierike qeramike, duke investuar shumë para dhe fuqi punëtore për të zhvilluar teorinë e përpunimit dhe teknologjinë e qeramikës inxhinierike.Gjermania ka nisur një program të quajtur "SFB442", qëllimi i të cilit është të përdorë teknologjinë PVD për të sintetizuar një film të përshtatshëm në sipërfaqen e pjesëve për të zëvendësuar mediumin lubrifikues potencialisht të dëmshëm për mjedisin dhe trupin e njeriut.PW Gold dhe të tjerët në Gjermani përdorën fondet nga SFB442 për të aplikuar teknologjinë PVD për të depozituar filma të hollë në sipërfaqen e kushinetave rrotulluese dhe zbuluan se performanca kundër konsumit të kushinetave rrotulluese ishte përmirësuar ndjeshëm dhe filmat e depozituar në sipërfaqe mund të zëvendësonin plotësisht funksioni i aditivëve kundër konsumit me presion ekstrem.Joachim, Franz et al.në Gjermani përdori teknologjinë PVD për të përgatitur filma WC/C që demonstronin veti të shkëlqyera kundër lodhjes, më të larta se ato të lubrifikantëve që përmbajnë aditivë EP, një rezultat që në mënyrë të ngjashme jep mundësinë e zëvendësimit të aditivëve të dëmshëm me veshje.E. Lugscheider et al.i Institutit të Shkencës së Materialeve, Universiteti Teknik i Aachen, Gjermani, me financim nga DFG (Komisioni Gjerman i Kërkimeve), demonstroi një rritje të konsiderueshme të rezistencës ndaj lodhjes pas depozitimit të filmave të duhur në çelik 100Cr6 duke përdorur teknologjinë PVD.Për më tepër, General Motors i Shteteve të Bashkuara ka filluar të krijojë filmin e depozitimit të sipërfaqes së marsheve të veturës së tipit VolvoS80Turbo për të përmirësuar rezistencën ndaj gropave të lodhjes;kompania e famshme Timken ka lançuar emrin filmi i sipërfaqes së ingranazheve ES200;Veshja e ingranazheve të markës së regjistruar MAXIT është shfaqur në Gjermani;marka e regjistruar tregtare Graphit-iC dhe Dymon-iC përkatësisht Veshjet e Gear me markat e regjistruara Graphit-iC dhe Dymon-iC janë gjithashtu të disponueshme në MB.

Si pjesë rezervë e rëndësishme e transmisionit mekanik, ingranazhet luajnë një rol të rëndësishëm në industri, kështu që është me rëndësi praktike shumë të rëndësishme të studiohet aplikimi i materialeve qeramike në ingranazhe.Aktualisht, qeramika inxhinierike e aplikuar në ingranazhet janë kryesisht si më poshtë.

1, Shtresa e veshjes me kallaj
1, TiN

Veshje jonike Shtresa qeramike TiN është një nga veshjet më të përdorura të modifikuara sipërfaqësore me fortësi të lartë, forcë ngjitjeje të lartë, koeficient të ulët fërkimi, rezistencë të mirë ndaj korrozionit etj. Është përdorur gjerësisht në fusha të ndryshme, veçanërisht në industrinë e veglave dhe mykut.Arsyeja kryesore që ndikon në aplikimin e veshjes qeramike në ingranazhe është problemi i lidhjes midis veshjes qeramike dhe nënshtresës.Meqenëse kushtet e punës dhe faktorët ndikues të ingranazheve janë shumë më të ndërlikuara se ato të veglave dhe kallëpeve, aplikimi i një shtrese të vetme TN në trajtimin e sipërfaqes së ingranazheve është shumë i kufizuar.Megjithëse veshja qeramike ka avantazhet e fortësisë së lartë, koeficientit të ulët të fërkimit dhe rezistencës ndaj korrozionit, është e brishtë dhe e vështirë për të marrë një shtresë më të trashë, kështu që ka nevojë për një substrat me fortësi të lartë dhe forcë të lartë për të mbështetur veshjen në mënyrë që të luajë karakteristikat e saj.Prandaj, veshja qeramike përdoret kryesisht për karabit dhe sipërfaqe çeliku me shpejtësi të lartë.Materiali i marsheve është i butë në krahasim me materialin qeramik, dhe ndryshimi midis natyrës së nënshtresës dhe veshjes është i madh, kështu që kombinimi i veshjes dhe nënshtresës është i dobët, dhe veshja nuk mjafton për të mbështetur veshjen, duke bërë që veshja e lehtë për t'u bie në procesin e përdorimit, jo vetëm që nuk mund të luajë avantazhet e veshjes qeramike, por grimcat e veshjes qeramike që bien do të shkaktojnë konsum gërryes në ingranazh, duke përshpejtuar humbjen e veshjes së ingranazhit.Zgjidhja aktuale është përdorimi i teknologjisë së trajtimit të sipërfaqes së përbërë për të përmirësuar lidhjen midis qeramikës dhe nënshtresës.Teknologjia e përpunimit të sipërfaqes së përbërë i referohet kombinimit të veshjes së depozitimit fizik të avullit dhe proceseve ose veshjeve të tjera të trajtimit sipërfaqësor, duke përdorur dy sipërfaqe/nënsipërfaqe të veçanta për të modifikuar sipërfaqen e materialit të nënshtresës për të marrë vetitë mekanike të përbërë që nuk mund të arrihen nga një proces i vetëm trajtimi sipërfaqësor. .Veshja e përbërë nga TiN e depozituar nga nitridimi i joneve dhe PVD është një nga veshjet kompozite më të hulumtuara.Substrati i nitridimit të plazmës dhe veshja e përbërë prej qeramike TiN kanë një lidhje të fortë dhe rezistenca ndaj konsumit është përmirësuar ndjeshëm.

Trashësia optimale e shtresës së filmit TiN me rezistencë të shkëlqyer ndaj konsumit dhe lidhjes së bazës së filmit është rreth 3~4μm.Nëse trashësia e shtresës së filmit është më e vogël se 2μm, rezistenca ndaj konsumit nuk do të përmirësohet ndjeshëm.Nëse trashësia e shtresës së filmit është më shumë se 5μm, lidhja e bazës së filmit do të zvogëlohet.

2, Veshje TiN me shumë shtresa, me shumë përbërës

Me aplikimin gradual dhe të përhapur të veshjeve me TiN, ka gjithnjë e më shumë kërkime se si të përmirësohen dhe përmirësohen veshjet me TiN.Vitet e fundit, veshjet me shumë komponentë dhe veshjet me shumë shtresa janë zhvilluar bazuar në veshjet binare të TiN, si Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN /Al2O3, etj. Duke shtuar elementë të tillë si Al dhe Si në veshjet me TiN, mund të përmirësohet rezistenca ndaj oksidimit në temperaturë të lartë dhe fortësia e veshjeve, ndërsa shtimi i elementeve të tillë si B mund të përmirësojë fortësinë dhe forcën ngjitëse të veshjeve.

Për shkak të kompleksitetit të përbërjes shumëkomponente, ka shumë polemika në këtë studim.Në studimin e veshjeve me shumë përbërës (Tix,Cr1-x)N, ka një polemikë të madhe në rezultatet e kërkimit.Disa njerëz besojnë se veshjet (Tix,Cr1-x)N bazohen në TiN, dhe Cr mund të ekzistojë vetëm në formën e tretësirës së ngurtë zëvendësuese në matricën e pikave TiN, por jo si një fazë e veçantë CrN.Studime të tjera tregojnë se numri i atomeve të Cr që zëvendësojnë drejtpërdrejt atomet Ti në veshjet (Tix,Cr1-x)N është i kufizuar, dhe Cr e mbetur ekziston në gjendjen e vetme ose formon komponime me N. Rezultatet eksperimentale tregojnë se shtimi i Cr ndaj veshjes zvogëlon madhësinë e grimcave të sipërfaqes dhe rrit fortësinë, dhe fortësia e veshjes arrin vlerën më të lartë kur përqindja e masës së Cr arrin 3l%, por stresi i brendshëm i veshjes gjithashtu arrin vlerën maksimale.

3, Shtresa tjetër e veshjes

Përveç veshjeve të zakonshme të TiN, shumë qeramika të ndryshme inxhinierike përdoren për forcimin e sipërfaqes së ingranazheve.

(1) Y.Terauchi et al.e Japonisë studioi rezistencën ndaj konsumit të fërkimit të ingranazheve qeramike të karbitit të titanit ose nitridit të titanit të depozituara me metodën e depozitimit të avullit.Ingranazhet u karburizuan dhe u lëmuan për të arritur një fortësi sipërfaqësore prej rreth HV720 dhe një vrazhdësi të sipërfaqes prej 2.4 μm përpara veshjes, dhe veshjet qeramike u përgatitën nga depozitimi kimik i avullit (CVD) për karbitin e titanit dhe nga depozitimi fizik i avullit (PVD) për nitrid titani, me trashësi filmi qeramik rreth 2 μm.Vetitë e veshjes së fërkimit u hetuan në prani të vajit dhe fërkimit të thatë, përkatësisht.U zbulua se rezistenca ndaj gërvishtjes dhe rezistenca ndaj gërvishtjeve të vesit të ingranazhit u rritën ndjeshëm pas veshjes me qeramikë.

(2) Veshja e përbërë e Ni-P dhe TiN të veshura kimikisht u përgatit duke e veshur paraprakisht Ni-P si një shtresë tranzicioni dhe më pas duke depozituar TiN.Studimi tregon se ngurtësia e sipërfaqes së kësaj veshjeje të përbërë është përmirësuar në një masë të caktuar, dhe veshja lidhet më mirë me nënshtresën dhe ka rezistencë më të mirë ndaj konsumit.

(3) WC/C, film i hollë B4C
M. Murakawa et al., Departamenti i Inxhinierisë Mekanike, Instituti i Teknologjisë në Japoni, përdori teknologjinë PVD për të depozituar një film të hollë WC/C në sipërfaqen e ingranazheve dhe jetëgjatësia e tij e shërbimit ishte tre herë më e madhe se ajo e marsheve të zakonshme të shuara dhe të bluara nën vaj. kushtet e lubrifikimit falas.Franz J etj.përdori teknologjinë PVD për të depozituar një film të hollë WC/C dhe B4C në sipërfaqen e ingranazheve FEZ-A dhe FEZ-C, dhe eksperimenti tregoi se veshja PVD uli ndjeshëm fërkimin e marsheve, e bëri ingranazhin më pak të ndjeshëm ndaj ngjitjes ose ngjitjes së nxehtë, dhe përmirësoi kapacitetin mbajtës të ingranazhit.

(4) filma CrN
Filmat CrN janë të ngjashëm me filmat TiN në atë që kanë fortësi më të lartë dhe filmat CrN janë më rezistent ndaj oksidimit të temperaturës së lartë sesa TiN, kanë rezistencë më të mirë ndaj korrozionit, stres të brendshëm më të ulët se filmat TiN dhe rezistencë relativisht më të mirë.Chen Ling et përgatiti një film të përbërë TiAlCrN/CrN rezistent ndaj konsumit me lidhje të shkëlqyer të bazuar në film në sipërfaqen e HSS, dhe gjithashtu propozoi teorinë e grumbullimit të dislokimit të filmit shumështresor, nëse diferenca e energjisë së dislokimit midis dy shtresave është e madhe, dislokimi ndodh në njërën shtresë do të jetë e vështirë të kalohet ndërfaqja e saj në shtresën tjetër, duke formuar kështu grumbullimin e dislokimit në ndërfaqe dhe duke luajtur rolin e forcimit të materialit.Zhong Bin et studioi efektin e përmbajtjes së azotit në strukturën fazore dhe vetitë e konsumimit të fërkimit të filmave CrNx, dhe studimi tregoi se kulmi i difraksionit Cr2N (211) në filma u dobësua gradualisht dhe maja CrN (220) u rrit gradualisht me rritjen. me përmbajtje N2, grimcat e mëdha në sipërfaqen e filmit u zvogëluan gradualisht dhe sipërfaqja priret të jetë e sheshtë.Kur ajrimi N2 ishte 25 ml/min (rryma e harkut të burimit të synuar ishte 75 A, filmi CrN i depozituar ka cilësi të mirë sipërfaqësore, fortësi të mirë dhe rezistencë të shkëlqyer ndaj konsumit kur ajrimi N2 është 25 ml/min (rryma e harkut të burimit të synuar është 75A, negative presioni është 100 V).

(5) Film super i fortë
Filmi super i fortë është film i ngurtë me fortësi më të madhe se 40 GPa, rezistencë e shkëlqyer ndaj konsumit, rezistencë ndaj temperaturës së lartë dhe koeficient të ulët të fërkimit dhe koeficient të ulët të zgjerimit termik, kryesisht film diamanti amorf dhe film CN.Filmat e diamantit amorf kanë veti amorfe, nuk kanë strukturë të renditur me rreze të gjatë dhe përmbajnë një numër të madh lidhjesh tetraedrale CC, kështu që quhen edhe filma amorfë të karbonit tetraedral.Si një lloj filmi amorf karboni, veshja në formë diamanti (DLC) ka shumë veti të shkëlqyera të ngjashme me diamantin, të tilla si përçueshmëri e lartë termike, fortësi e lartë, modul i lartë elastik, koeficient i ulët i zgjerimit termik, stabilitet i mirë kimik, rezistencë e mirë ndaj konsumit dhe koeficienti i ulët i fërkimit.Është treguar se veshja e filmave të ngjashëm me diamantin në sipërfaqet e ingranazheve mund të zgjasë jetën e shërbimit me një faktor prej 6 dhe të përmirësojë ndjeshëm rezistencën ndaj lodhjes.Filmat CN, të njohur gjithashtu si filma amorfë karbon-azoti, kanë një strukturë kristalore të ngjashme me atë të përbërjeve kovalente β-Si3N4 dhe njihen gjithashtu si β-C3N4.Liu dhe Cohen et al.kryer llogaritjet rigoroze teorike duke përdorur llogaritjet e brezit pseudopotencial nga parimi i natyrës së parë, konfirmoi se β-C3N4 ka një energji të madhe lidhëse, një strukturë mekanike të qëndrueshme, të paktën një gjendje nënstabile mund të ekzistojë dhe moduli i tij elastik është i krahasueshëm me diamantin, me veti të mira, të cilat mund të përmirësojnë në mënyrë efektive fortësinë e sipërfaqes dhe rezistencën ndaj konsumit të materialit dhe të zvogëlojnë koeficientin e fërkimit.

(6) Shtresa e veshjes rezistente ndaj konsumit të aliazhit
Disa veshje rezistente ndaj konsumit të aliazhit janë provuar gjithashtu të aplikohen në ingranazhe, për shembull, depozitimi i shtresës së aliazhit Ni-P-Co në sipërfaqen e dhëmbit të ingranazheve prej çeliku 45# është një shtresë aliazhi për të marrë një organizim të kokrrizës ultra të imët. e cila mund të zgjasë jetën deri në 1,144~1,533 herë.Është studiuar gjithashtu se shtresa metalike Cu dhe veshja e aliazhit Ni-W aplikohen në sipërfaqen e dhëmbit të ingranazheve prej gize të aliazhit Cu-Cr-P për të përmirësuar forcën e tij;Veshja e aliazhit Ni-W dhe Ni-Co aplikohen në sipërfaqen e dhëmbëve të veshjeve prej gize HT250 për të përmirësuar rezistencën ndaj konsumit me 4 ~ 6 herë krahasuar me veshjen e pa veshur.