Технологија премазивања зупчаника

Технологија ПВД таложења се практикује дуги низ година као нова технологија модификације површине, посебно технологија вакуумског јонског премаза, која је добила велики развој последњих година и сада се широко користи у третману алата, калупа, клипних прстенова, зупчаника и других компоненти. .Обложени зупчаници припремљени технологијом вакуумског јонског премаза могу значајно смањити коефицијент трења, побољшати заштиту од хабања и одређену антикорозивну заштиту, и постали су фокус и жариште истраживања у области технологије ојачања површине зупчаника.

Уобичајени материјали који се користе за зупчанике су углавном ковани челик, ливени челик, ливено гвожђе, обојени метали (бакар, алуминијум) и пластика.Челик је углавном челик 45, 35СиМн, 40Цр, 40ЦрНи, 40МнБ, 38ЦрМоАл.Нискоугљенични челик се углавном користи у 20Цр, 20ЦрМнТи, 20МнБ, 20ЦрМнТо.Ковани челик се више користи у зупчаницима због својих бољих перформанси, док се ливени челик обично користи за израду зупчаника пречника > 400 мм и сложене структуре.Зупчаници од ливеног гвожђа против лепљења и отпорности на ломљење, али недостатак отпорности на ударце и хабање, углавном за стабилан рад, снага није мала брзина или велика величина и сложен облик, може радити под условом недостатка подмазивања, погодно за отворене преношење.Обојени метали који се обично користе је калајна бронза, алуминијум-гвожђе бронза и легура алуминијума за ливење, који се обично користе у производњи турбина или зупчаника, али својства клизања и против трења су лоша, само за мала, средња оптерећења и ниске брзине зупчаници.Зупчаници од неметалних материјала се углавном користе у неким областима са посебним захтевима, као што су подмазивање без уља и висока поузданост.Област услова као што је ниско загађење, као што су кућни апарати, медицинска опрема, машине за храну и текстилне машине.

Материјали за премазивање зупчаника

Инжењерски керамички материјали су изузетно обећавајући материјали високе чврстоће и тврдоће, посебно одличне отпорности на топлоту, ниске топлотне проводљивости и топлотног ширења, високе отпорности на хабање и отпорности на оксидацију.Велики број студија је показао да су керамички материјали инхерентно отпорни на топлоту и да имају мало хабање метала.Стога, употреба керамичких материјала уместо металних материјала за делове отпорне на хабање може побољшати животни век фрикционе подлоге, може задовољити неке од материјала високе температуре и високе отпорности на хабање, мултифункционалне и друге тешке захтеве.Тренутно, инжењерски керамички материјали се користе у производњи делова мотора отпорних на топлоту, механичког преноса у деловима који се троше, хемијске опреме у деловима отпорним на корозију и деловима за заптивање, све више показују изгледе за широку примену керамичких материјала.

Развијене земље као што су Немачка, Јапан, Сједињене Америчке Државе, Велика Британија и друге земље придају велики значај развоју и примени инжењерских керамичких материјала, улажући много новца и радне снаге за развој теорије обраде и технологије инжењерске керамике.Немачка је покренула програм под називом „СФБ442″, чија је сврха да се помоћу ПВД технологије синтетише одговарајући филм на површини делова који би заменио потенцијално штетни медијум за подмазивање по животну средину и људско тело.ПВ Голд и други у Немачкој су користили средства из СФБ442 да примене ПВД технологију за таложење танких филмова на површину котрљајућих лежајева и открили да су перформансе против хабања котрљајућих лежајева значајно побољшане и да филмови нанесени на површину могу у потпуности да замене функција адитива против хабања при екстремном притиску.Јоаким, Франц и др.у Немачкој је користила ПВД технологију за припрему ВЦ/Ц филмова који показују одлична својства против замора, већа од оних код мазива који садрже ЕП адитиве, резултат који на сличан начин даје могућност замене штетних адитива премазима.Е. Лугсцхеидер ет ал.Института за науку о материјалима, Техничког универзитета у Ахену, Немачка, уз финансирање ДФГ (Немачка комисија за истраживање), показао је значајно повећање отпорности на замор након наношења одговарајућих филмова на 100Цр6 челик коришћењем ПВД технологије.Поред тога, Џенерал моторс Сједињених Држава је почео са филмом за површинско таложење зупчаника типа ВолвоС80Турбо ради побољшања отпорности на замор;чувена компанија Тимкен лансирала је назив ЕС200 филм површине зупчаника;регистровани заштитни знак МАКСИТ геар цоатинг појавио се у Немачкој;регистровани заштитни знаци Грапхит-иЦ и Димон-иЦ, односно Геар цоатингс са регистрованим заштитним знаковима Грапхит-иЦ и Димон-иЦ су такође доступни у УК.

Као важан резервни део механичког преноса, зупчаници имају значајну улогу у индустрији, па је од изузетног практичног значаја проучавање примене керамичких материјала на зупчаницима.Тренутно је инжењерска керамика која се примењује на зупчаницима углавном следећа.

1、ТиН слој премаза
1、ТиН

Јонски премаз ТиН керамички слој је један од најчешће коришћених површински модификованих премаза са високом тврдоћом, високом чврстоћом адхезије, ниским коефицијентом трења, добром отпорношћу на корозију, итд. Има широку примену у различитим областима, посебно у индустрији алата и калупа.Главни разлог који утиче на наношење керамичког премаза на зупчанике је проблем везивања између керамичког премаза и подлоге.Пошто су услови рада и фактори утицаја зупчаника далеко компликованији од оних код алата и калупа, примена једног ТиН премаза на површинску обраду зупчаника је у великој мери ограничена.Иако керамички премаз има предности високе тврдоће, ниског коефицијента трења и отпорности на корозију, он је крхак и тешко се добија дебљи премаз, тако да му је потребна висока тврдоћа и подлога високе чврстоће да подржи премаз како би играо своје карактеристике.Због тога се керамички премаз углавном користи за површине од карбида и брзорезног челика.Материјал зупчаника је мекан у поређењу са керамичким материјалом, а разлика између природе подлоге и премаза је велика, тако да је комбинација премаза и подлоге лоша, а премаз није довољан да подржи премаз, чинећи премаз лако пада у процесу употребе, не само да не може играти предности керамичког премаза, већ ће честице керамичког премаза које отпадају узроковати абразивно хабање зупчаника, убрзавајући губитак зупчаника.Тренутно решење је коришћење композитне технологије површинске обраде за побољшање везе између керамике и подлоге.Технологија обраде композитне површине односи се на комбинацију физичког премаза наношења паре и других процеса површинске обраде или премаза, користећи две одвојене површине/подповршине за модификовање површине материјала супстрата да би се добила композитна механичка својства која се не могу постићи једним процесом површинске обраде .ТиН композитни премаз депонован јонским нитрирањем и ПВД ​​је један од најистраженијих композитних премаза.Подлога за нитрирање плазмом и ТиН керамички композитни премаз имају јаку везу и отпорност на хабање је значајно побољшана.

Оптимална дебљина слоја ТиН филма са одличном отпорношћу на хабање и везивањем на бази филма је око 3 ~ 4 μм.Ако је дебљина слоја филма мања од 2 μм, отпорност на хабање неће бити значајно побољшана.Ако је дебљина слоја филма већа од 5 μм, везивање основе филма ће се смањити.

2、Вишеслојни, вишекомпонентни ТиН премаз

Са постепеном и широком применом ТиН премаза, све је више истраживања о томе како побољшати и побољшати ТиН премазе.Последњих година развијени су вишекомпонентни премази и вишеслојни премази на бази бинарних ТиН премаза, као што су Ти-ЦН, Ти-ЦНБ, Ти-Ал-Н, Ти-БН, (Тик,Цр1-к)Н, ТиН /Ал2О3, итд. Додавањем елемената као што су Ал и Си у ТиН превлаке, може се побољшати отпорност на високотемпературну оксидацију и тврдоћа премаза, док додавање елемената као што је Б може побољшати тврдоћу и чврстоћу пријањања премаза.

Због сложености вишекомпонентног састава, у овој студији има много контроверзи.У проучавању (Тик,Цр1-к)Н вишекомпонентних премаза постоји велика контроверза у резултатима истраживања.Неки људи верују да су (Тик,Цр1-к)Н превлаке засноване на ТиН, а Цр може постојати само у облику заменског чврстог раствора у ТиН тачкастој матрици, али не и као посебна ЦрН фаза.Друге студије показују да је број атома Цр који директно замењују атоме Ти у (Тик,Цр1-к)Н превлакама ограничен, а преостали Цр постоји у синглетном стању или формира једињења са Н. Експериментални резултати показују да додавање Цр према премазу смањује величину површинских честица и повећава тврдоћу, а тврдоћа премаза достиже највећу вредност када масени проценат Цр достигне 3л%, али и унутрашњи напон премаза достиже своју максималну вредност.

3、Други слој премаза

Поред уобичајених ТиН премаза, за ојачавање површине зупчаника користи се много различитих инжењерских керамика.

(1)И.Терауцхи ет ал.Јапана проучавао је отпорност на трење керамичких зупчаника од титанијум карбида или титанијум нитрида депонованих методом таложења паром.Зупчаници су карбуризовани и полирани да би се постигла површинска тврдоћа од око ХВ720 и храпавост површине од 2,4 μм пре наношења премаза, а керамичке превлаке су припремљене хемијским таложењем паре (ЦВД) за титанијум карбид и физичким таложењем паре (ПВД) за титанијум нитрида, са дебљином керамичког филма од око 2 μм.Особине хабања због трења су испитиване у присуству уља и сувог трења, респективно.Утврђено је да су отпорност на хабање и гребање стеге зупчаника значајно побољшане након премазивања керамиком.

(2) Композитни премаз од хемијски обложених Ни-П и ТиН припремљен је претходним премазивањем Ни-П као прелазног слоја, а затим наношењем ТиН.Студија показује да је површинска тврдоћа овог композитног премаза у извесној мери побољшана, а премаз се боље везује за подлогу и има бољу отпорност на хабање.

(3) ВЦ/Ц, Б4Ц танки филм
М. Муракава ет ал., Департман за машинство, Јапански институт за технологију, користили су ПВД технологију за таложење ВЦ/Ц танког филма на површину зупчаника, а његов радни век је био три пута дужи од обичних каљених и брушених зупчаника под уљем. услови бесплатног подмазивања.Франц Ј и др.користио ПВД технологију за таложење ВЦ/Ц и Б4Ц танког филма на површину ФЕЗ-А и ФЕЗ-Ц зупчаника, а експеримент је показао да ПВД премаз значајно смањује трење зупчаника, чини зупчаник мање подложним врућем лепљењу или лепљењу, и побољшао носивост зупчаника.

(4) ЦрН филмови
ЦрН филмови су слични ТиН филмовима по томе што имају већу тврдоћу, а ЦрН филмови су отпорнији на оксидацију при високим температурама од ТиН, имају бољу отпорност на корозију, мањи унутрашњи напон од ТиН филмова и релативно бољу жилавост.Цхен Линг ет је припремио композитни филм ТиАлЦрН/ЦрН отпоран на хабање са одличним везивањем заснованим на филму на површини ХСС-а, а такође је предложио теорију слагања дислокација вишеслојног филма, ако је разлика у енергији дислокације између два слоја велика, до дислокације долази у једном слоју ће бити тешко прећи његов интерфејс у ​​други слој, формирајући тако слагање дислокација на интерфејсу и играјући улогу јачања материјала.Зхонг Бин и др проучавали су утицај садржаја азота на фазну структуру и својства трошења ЦрНк филмова, а студија је показала да је Цр2Н (211) дифракциони пик у филмовима постепено ослабио, а ЦрН (220) врх постепено повећавао са повећањем садржаја Н2, велике честице на површини филма су се постепено смањивале и површина је тежила да буде равна.Када је аерација Н2 била 25 мл/мин (струја циљаног извора лука је била 75 А, депоновани ЦрН филм има добар квалитет површине, добру тврдоћу и одличну отпорност на хабање када је аерација Н2 25 мл/мин (струја циљаног извора лука је 75 А, негативна притисак је 100В).

(5) Супертврд филм
Супертврди филм је чврсти филм са тврдоћом већом од 40 ГПа, одличном отпорношћу на хабање, отпорношћу на високе температуре и ниским коефицијентом трења и ниским коефицијентом топлотног ширења, углавном аморфног дијамантског филма и ЦН филма.Аморфни дијамантски филмови имају аморфна својства, немају уређену структуру дугог домета и садрже велики број ЦЦ тетраедарских веза, па се називају и тетраедарски аморфни угљенични филмови.Као врста аморфног угљеничног филма, премаз налик дијаманту (ДЛЦ) има многа одлична својства слична дијаманту, као што су висока топлотна проводљивост, висока тврдоћа, висок модул еластичности, низак коефицијент термичке експанзије, добра хемијска стабилност, добра отпорност на хабање и низак коефицијент трења.Показало се да облагање дијамантским филмовима на површинама зупчаника може продужити век трајања за фактор 6 и значајно побољшати отпорност на замор.ЦН филмови, такође познати као аморфни филмови угљеник-азот, имају кристалну структуру сличну оној ковалентних једињења β-Си3Н4 и такође су познати као β-Ц3Н4.Лиу и Цохен ет ал.извршио ригорозне теоријске прорачуне користећи прорачуне псеудопотенцијалног појаса из принципа прве природе, потврдио да β-Ц3Н4 има велику енергију везивања, стабилну механичку структуру, може постојати најмање једно подстабилно стање, а његов модул еластичности је упоредив са дијамантом, са добрим својствима, што може ефикасно побољшати површинску тврдоћу и отпорност на хабање материјала и смањити коефицијент трења.

(6) Други слој премаза отпоран на хабање
Неки премази отпорни на хабање су такође покушани да се нанесу на зупчанике, на пример, наношење слоја легуре Ни-П-Цо на површину зуба зупчаника од 45# челика је слој легуре за добијање ултра-фине организације зрна, који може продужити животни век до 1.144~1.533 пута.Такође је проучавано да се слој метала Цу и премаз од легуре Ни-В наносе на површину зуба зупчаника од ливеног гвожђа од легуре Цу-Цр-П да би се побољшала његова чврстоћа;Ни-В и Ни-Цо премаз од легуре се наноси на површину зуба зупчаника од ливеног гвожђа ХТ250 да би се побољшала отпорност на хабање за 4 ~ 6 пута у поређењу са необложеним зупчаником.