Teknolojia ya mipako ya gia

Teknolojia ya uwekaji wa PVD imekuwa ikitumika kwa miaka mingi kama teknolojia mpya ya kurekebisha uso, haswa teknolojia ya uwekaji wa ioni ya utupu, ambayo imepata maendeleo makubwa katika miaka ya hivi karibuni na sasa inatumika sana katika matibabu ya zana, ukungu, pete za pistoni, gia na vifaa vingine. .Gia zilizofunikwa zilizotayarishwa na teknolojia ya mipako ya ioni ya utupu zinaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa mgawo wa msuguano, kuboresha kinga ya kuvaa na kuzuia kutu, na zimekuwa lengo na mahali pa moto la utafiti katika uwanja wa teknolojia ya kuimarisha uso wa gia.

Nyenzo za kawaida zinazotumiwa kwa gia ni chuma cha kughushi, chuma cha kutupwa, chuma cha kutupwa, metali zisizo na feri (shaba, alumini) na plastiki.Chuma hasa ni chuma 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Chuma cha kaboni ya chini hutumika sana katika 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Chuma cha kughushi hutumika sana katika gia kwa sababu ya utendakazi wake bora, wakati chuma cha kutupwa kwa kawaida hutumiwa kutengeneza gia zenye kipenyo> 400mm na muundo changamano.Gia za chuma za kupambana na gundi na upinzani wa shimo, lakini ukosefu wa athari na upinzani wa kuvaa, hasa kwa kazi imara, nguvu sio kasi ya chini au ukubwa mkubwa na sura tata, inaweza kufanya kazi chini ya hali ya ukosefu wa lubrication , yanafaa kwa ajili ya wazi. uambukizaji.Metali zisizo na feri zinazotumiwa sana ni shaba ya bati, shaba ya alumini-chuma na aloi ya alumini ya kutupwa, ambayo hutumiwa kwa kawaida katika utengenezaji wa turbines au gia, lakini sifa za kuteleza na za kuzuia msuguano ni duni, kwa mwanga, upakiaji wa kati na kasi ya chini. gia.Gia za nyenzo zisizo za metali hutumiwa hasa katika baadhi ya nyanja zenye mahitaji maalum, kama vile ulainishaji usio na mafuta na kutegemewa kwa juu.Sehemu ya hali kama vile uchafuzi wa chini, kama vifaa vya nyumbani, vifaa vya matibabu, mashine za chakula na mashine za nguo.

Vifaa vya mipako ya gear

Nyenzo za kauri za uhandisi ni nyenzo za kuahidi sana na nguvu ya juu na ugumu, hasa upinzani bora wa joto, conductivity ya chini ya mafuta na upanuzi wa joto, upinzani wa kuvaa juu na upinzani wa oxidation.Idadi kubwa ya tafiti zimeonyesha kuwa vifaa vya kauri vinastahimili joto kwa asili na vina uchakavu wa chini kwenye metali.Kwa hiyo, matumizi ya vifaa vya kauri badala ya vifaa vya chuma kwa sehemu zinazostahimili kuvaa inaweza kuboresha maisha ya ndogo ya msuguano, inaweza kukidhi baadhi ya joto la juu na vifaa vya juu vya kuvaa, kazi nyingi na mahitaji mengine magumu.Kwa sasa, vifaa vya kauri vya uhandisi vimetumika katika utengenezaji wa sehemu zinazostahimili joto za injini, usafirishaji wa mitambo katika sehemu za kuvaa, vifaa vya kemikali katika sehemu zinazostahimili kutu na sehemu za kuziba, zinazidi kuonyesha utumiaji mpana wa matarajio ya vifaa vya kauri.

Nchi zilizoendelea kama vile Ujerumani, Japan, Marekani, Uingereza na nchi nyingine zinatilia maanani sana maendeleo na matumizi ya vifaa vya uhandisi vya kauri, kuwekeza fedha nyingi na wafanyakazi ili kuendeleza nadharia ya usindikaji na teknolojia ya keramik ya uhandisi.Ujerumani imezindua mpango unaoitwa “SFB442″, madhumuni yake ni kutumia teknolojia ya PVD kuunganisha filamu inayofaa kwenye uso wa sehemu hizo ili kuchukua nafasi ya chombo kinachoweza kudhuru cha kulainisha kwa mazingira na mwili wa binadamu.PW Gold na wengine nchini Ujerumani walitumia ufadhili kutoka kwa SFB442 kutumia teknolojia ya PVD kuweka filamu nyembamba kwenye uso wa fani zinazoviringika na waligundua kuwa utendaji wa kuzuia uvaaji wa fani zinazozunguka uliboreshwa kwa kiasi kikubwa na filamu zilizowekwa kwenye uso zinaweza kuchukua nafasi ya kazi ya viungio vya kupambana na kuvaa shinikizo kali.Joachim, Franz na wengine.nchini Ujerumani ilitumia teknolojia ya PVD kutayarisha filamu za WC/C zinazoonyesha sifa bora za kuzuia uchovu, za juu zaidi kuliko zile za vilainishi vilivyo na viungio vya EP, tokeo ambalo vile vile hutoa uwezekano wa kuchukua nafasi ya viungio hatari na vipako.E. Lugscheider et al.ya Taasisi ya Sayansi ya Vifaa, Chuo Kikuu cha Ufundi cha Aachen, Ujerumani, kwa ufadhili wa DFG (Tume ya Utafiti ya Ujerumani), ilionyesha ongezeko kubwa la upinzani wa uchovu baada ya kuweka filamu zinazofaa kwenye chuma cha 100Cr6 kwa kutumia teknolojia ya PVD.Aidha, Kampuni ya General Motors ya Marekani imeanza katika filamu yake ya uwekaji gia ya gari aina ya VolvoS80Turbo ili kuboresha uwezo wa kuhimili ugumu wa uchovu;kampuni maarufu ya Timken imezindua filamu ya uso wa gia ya ES200;alama ya biashara iliyosajiliwa mipako ya gia ya MAXIT imeonekana nchini Ujerumani;alama za biashara zilizosajiliwa Graphit-iC na Dymon-iC mtawalia mipako ya Gear yenye chapa za biashara zilizosajiliwa Graphit-iC na Dymon-iC zinapatikana pia nchini Uingereza.

Kama vipuri muhimu vya upitishaji wa mitambo, gia zina jukumu muhimu katika tasnia, kwa hivyo ni muhimu sana kusoma utumiaji wa vifaa vya kauri kwenye gia.Kwa sasa, keramik za uhandisi zinazotumiwa kwa gia ni hasa zifuatazo.

1, safu ya mipako ya TiN
1, TiN

Safu ya kauri ya ion ya TiN ni mojawapo ya mipako iliyobadilishwa zaidi ya uso iliyotumiwa sana na ugumu wa juu, nguvu ya juu ya kujitoa, mgawo wa chini wa msuguano, upinzani mzuri wa kutu, nk Imekuwa ikitumika sana katika nyanja mbalimbali, hasa katika sekta ya zana na mold.Sababu kuu inayoathiri matumizi ya mipako ya kauri kwenye gia ni tatizo la kuunganisha kati ya mipako ya kauri na substrate.Kwa kuwa hali ya kazi na mambo ya ushawishi ya gia ni ngumu zaidi kuliko yale ya zana na molds, uwekaji wa mipako ya TiN moja kwenye matibabu ya uso wa gia umezuiliwa sana.Ingawa mipako ya kauri ina faida za ugumu wa juu, mgawo wa chini wa msuguano na upinzani wa kutu, ni brittle na vigumu kupata mipako yenye nene, kwa hivyo inahitaji ugumu wa juu na substrate ya nguvu ya juu ili kuunga mkono mipako ili kucheza sifa zake.Kwa hiyo, mipako ya kauri hutumiwa zaidi kwa carbudi na uso wa chuma wa kasi.Vifaa vya gear ni laini ikilinganishwa na nyenzo za kauri, na tofauti kati ya asili ya substrate na mipako ni kubwa, hivyo mchanganyiko wa mipako na substrate ni duni, na mipako haitoshi kuunga mkono mipako, na kufanya. mipako rahisi kuanguka mbali katika mchakato wa matumizi, si tu hawezi kucheza faida ya mipako kauri, lakini chembe kauri mipako kwamba kuanguka mbali kusababisha kuvaa abrasive juu ya gear, kuongeza kasi ya kuvaa hasara ya gear.Suluhisho la sasa ni kutumia teknolojia ya matibabu ya uso wa mchanganyiko ili kuboresha dhamana kati ya kauri na substrate.Teknolojia ya matibabu ya uso wa mchanganyiko inarejelea mchanganyiko wa mipako ya uwekaji wa mvuke na michakato mingine ya matibabu ya uso au mipako, kwa kutumia nyuso/nyuso mbili tofauti kurekebisha uso wa nyenzo ndogo ili kupata sifa za kimitambo za mchanganyiko ambazo haziwezi kufikiwa kwa mchakato mmoja wa matibabu ya uso. .Mipako ya mchanganyiko wa TiN iliyowekwa na nitridi ya ioni na PVD ni mojawapo ya mipako yenye mchanganyiko iliyofanyiwa utafiti zaidi.Sehemu ndogo ya nitridi ya plasma na mipako ya kauri ya TiN ina dhamana kali na upinzani wa kuvaa umeboreshwa kwa kiasi kikubwa.

Unene unaofaa wa safu ya filamu ya TiN yenye upinzani bora wa kuvaa na kuunganisha msingi wa filamu ni takriban 3~4μm.Ikiwa unene wa safu ya filamu ni chini ya 2μm, upinzani wa kuvaa hautaboreshwa kwa kiasi kikubwa.Ikiwa unene wa safu ya filamu ni zaidi ya 5μm, kuunganisha msingi wa filamu kutapungua.

2, Mipako ya TiN ya tabaka nyingi, yenye vipengele vingi

Kwa utumizi wa taratibu na ulioenea wa mipako ya TiN, kuna tafiti zaidi na zaidi za jinsi ya kuboresha na kuimarisha mipako ya TiN.Katika miaka ya hivi karibuni, mipako yenye vipengele vingi na mipako ya tabaka nyingi imetengenezwa kwa msingi wa mipako ya TiN ya binary, kama vile Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN. /Al2O3, n.k. Kwa kuongeza vipengee kama vile vipako vya Al na Si kwenye TiN, upinzani dhidi ya uoksidishaji wa halijoto ya juu na ugumu wa mipako unaweza kuboreshwa, huku kuongeza vipengele kama vile B kunaweza kuboresha ugumu na uimara wa mipako.

Kutokana na utata wa utunzi wa vipengele vingi, kuna utata mwingi katika utafiti huu.Katika utafiti wa (Tix,Cr1-x)N mipako ya vipengele vingi, kuna utata mkubwa katika matokeo ya utafiti.Baadhi ya watu wanaamini kuwa mipako ya (Tix,Cr1-x)N inategemea TiN, na Cr inaweza tu kuwepo kwa njia ya uingizwaji suluhu thabiti katika matrix ya TiN ya nukta, lakini si kama awamu tofauti ya CrN.Tafiti zingine zinaonyesha kuwa idadi ya atomi za Cr zinazochukua nafasi ya moja kwa moja ya atomi za Ti katika mipako ya (Tix,Cr1-x)N ni ndogo, na Cr iliyobaki iko katika hali ya singlet au hutengeneza misombo na N. Matokeo ya majaribio yanaonyesha kuwa nyongeza ya Cr kwa mipako hupunguza ukubwa wa chembe ya uso na huongeza ugumu, na ugumu wa mipako hufikia thamani yake ya juu wakati asilimia kubwa ya Cr inafikia 3l%, lakini mkazo wa ndani wa mipako pia hufikia thamani yake ya juu.

3, safu nyingine ya mipako

Mbali na mipako ya kawaida ya TiN, keramik nyingi tofauti za uhandisi hutumiwa kwa kuimarisha uso wa gear.

(1)Y.Terauchi et al.ya Japani ilichunguza ustahimilivu wa kuvaa kwa msuguano wa CARBIDI ya titani au gia za kauri za nitridi za titani zilizowekwa kwa njia ya uwekaji wa mvuke.Gia zilichongwa na kung'aa ili kufikia ugumu wa uso wa takriban HV720 na ukali wa uso wa 2.4 μm kabla ya kupaka, na mipako ya kauri ilitayarishwa kwa uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD) kwa carbide ya titanium na kwa uwekaji wa mvuke halisi (PVD) kwa nitridi ya titani, yenye unene wa filamu ya kauri ya takriban 2 μm.Tabia za kuvaa kwa msuguano zilichunguzwa mbele ya mafuta na msuguano kavu, kwa mtiririko huo.Ilibainika kuwa upinzani wa galling na upinzani scratch ya makamu gear walikuwa kikubwa kuimarishwa baada ya mipako na kauri.

(2)Mipako yenye mchanganyiko wa Ni-P na TiN iliyopakwa kwa kemikali ilitayarishwa kwa kuipaka Ni-P mapema kama safu ya mpito na kisha kuweka TiN.Utafiti unaonyesha kwamba ugumu wa uso wa mipako hii ya mchanganyiko umeboreshwa kwa kiasi fulani, na mipako inaunganishwa vizuri na substrate na ina upinzani bora wa kuvaa.

(3) WC/C, B4C filamu nyembamba
M. Murakawa et al., Idara ya Uhandisi Mitambo, Taasisi ya Teknolojia ya Japani, walitumia teknolojia ya PVD kuweka filamu nyembamba ya WC/C kwenye uso wa gia, na maisha yake ya huduma yalikuwa mara tatu ya yale ya gia za kawaida zilizozimika na chini chini ya mafuta- hali ya lubrication ya bure.Franz J na wengine.ilitumia teknolojia ya PVD kuweka filamu nyembamba ya WC/C na B4C kwenye uso wa gia za FEZ-A na FEZ-C, na jaribio lilionyesha kuwa mipako ya PVD ilipunguza kwa kiasi kikubwa msuguano wa gia, ilifanya gia isiweze kuathiriwa sana na gluing au gluing moto. na kuboresha uwezo wa kubeba mzigo wa gia.

(4) Filamu za CrN
Filamu za CrN ni sawa na filamu za TiN kwa kuwa zina ugumu wa juu zaidi, na filamu za CrN zinastahimili oksidi ya joto la juu kuliko TiN, zina upinzani bora wa kutu, shinikizo la chini la ndani kuliko filamu za TiN, na uimara bora zaidi.Chen Ling et alitayarisha filamu ya mchanganyiko inayostahimili kuvaa ya TiAlCrN/CrN yenye uunganisho bora wa msingi wa filamu kwenye uso wa HSS, na pia alipendekeza nadharia ya uwekaji mrundikano wa filamu zenye safu nyingi, ikiwa tofauti ya nishati ya mtengano kati ya tabaka mbili ni kubwa, mtengano unatokea. katika safu moja itakuwa vigumu kuvuka kiolesura chake ndani ya safu nyingine, hivyo kutengeneza stacking dislocation katika interface na kucheza nafasi ya kuimarisha nyenzo.Zhong Bin et alisoma athari za maudhui ya nitrojeni kwenye muundo wa awamu na sifa za kuvaa kwa msuguano za filamu za CrNx, na utafiti ulionyesha kuwa kilele cha mgawanyiko wa Cr2N (211) katika filamu kilidhoofika polepole na kilele cha CrN (220) kiliimarishwa polepole na ongezeko. ya maudhui ya N2, chembe kubwa kwenye uso wa filamu zilipungua hatua kwa hatua na uso ukaelekea kuwa tambarare.Wakati uingizaji hewa wa N2 ulikuwa 25 ml/min (chanzo lengwa la sasa la arc lilikuwa 75 A, filamu ya CrN iliyowekwa ina ubora mzuri wa uso, ugumu mzuri na upinzani bora wa kuvaa wakati uingizaji hewa wa N2 ni 25ml/min (chanzo kinacholengwa cha arc current ni 75A, hasi. shinikizo ni 100V).

(5) Filamu kali sana
Filamu ya Superhard ni filamu dhabiti yenye ugumu zaidi kuliko 40GPa, upinzani bora wa kuvaa, upinzani wa joto la juu na mgawo wa chini wa msuguano na mgawo wa upanuzi wa chini wa mafuta, hasa filamu ya almasi ya amofasi na filamu ya CN.Filamu za almasi za amofasi zina mali ya amofasi, hakuna muundo ulioagizwa wa muda mrefu, na zina idadi kubwa ya vifungo vya tetrahedral vya CC, hivyo pia huitwa filamu za kaboni za amofasi za tetrahedral.Kama aina ya filamu ya kaboni ya amofasi, mipako ya almasi-kama (DLC) ina mali nyingi bora sawa na almasi, kama vile conductivity ya juu ya mafuta, ugumu wa juu, moduli ya juu ya elastic, mgawo wa chini wa upanuzi wa mafuta, utulivu mzuri wa kemikali, upinzani mzuri wa kuvaa na mgawo wa chini wa msuguano.Imeonyeshwa kuwa mipako ya filamu ya almasi kwenye nyuso za gear inaweza kupanua maisha ya huduma kwa sababu ya 6 na kuboresha kwa kiasi kikubwa upinzani wa uchovu.Filamu za CN, zinazojulikana pia kama filamu za amofasi za kaboni-nitrojeni, zina muundo wa fuwele sawa na ule wa misombo ya β-Si3N4 covalent na pia hujulikana kama β-C3N4.Liu na Cohen et al.ilifanya mahesabu makali ya kinadharia kwa kutumia mahesabu ya bendi ya pseudopotential kutoka kwa kanuni ya asili ya kwanza, ilithibitisha kuwa β-C3N4 ina nishati kubwa ya kumfunga, muundo thabiti wa mitambo, angalau hali moja ndogo inaweza kuwepo, na moduli yake ya elastic inalinganishwa na almasi, na mali nzuri, ambayo inaweza kuboresha kwa ufanisi ugumu wa uso na upinzani wa kuvaa wa nyenzo na kupunguza mgawo wa msuguano.

(6) safu nyingine ya mipako inayostahimili aloi
Baadhi ya mipako ya aloi isiyoweza kuvaa pia imejaribiwa kutumika kwa gia, kwa mfano, uwekaji wa safu ya aloi ya Ni-P-Co kwenye uso wa jino la gia 45 # za chuma ni safu ya aloi ili kupata shirika la nafaka bora zaidi. ambayo inaweza kupanua maisha hadi mara 1.144 ~ 1.533.Pia imesomwa kuwa safu ya chuma ya Cu na mipako ya aloi ya Ni-W hutumiwa kwenye uso wa jino la gia ya chuma ya aloi ya Cu-Cr-P ili kuboresha nguvu zake;Mipako ya aloi ya Ni-W na Ni-Co hutumiwa kwenye uso wa jino wa gia ya chuma ya kutupwa ya HT250 ili kuboresha upinzani wa kuvaa kwa mara 4~6 ikilinganishwa na gia isiyofunikwa.