Teknolohiya ng patong ng gear

Ang teknolohiya ng PVD deposition ay isinagawa sa loob ng maraming taon bilang isang bagong teknolohiya sa pagbabago sa ibabaw, lalo na ang teknolohiya ng vacuum ion coating, na nakakuha ng mahusay na pag-unlad sa mga nakaraang taon at ngayon ay malawakang ginagamit sa paggamot ng mga tool, molds, piston ring, gears at iba pang mga bahagi .Ang mga coated gear na inihanda ng vacuum ion coating na teknolohiya ay maaaring makabuluhang bawasan ang friction coefficient, mapabuti ang anti-wear at ilang anti-corrosion, at naging focus at hot spot ng pananaliksik sa larangan ng gear surface strengthening technology.

Ang mga karaniwang materyales na ginagamit para sa mga gear ay higit sa lahat na huwad na bakal, cast steel, cast iron, non-ferrous na metal (tanso, aluminyo) at plastik.Ang bakal ay pangunahing 45 bakal, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Mababang carbon steel pangunahing ginagamit sa 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Ang forged steel ay mas malawak na ginagamit sa mga gears dahil sa mas mahusay na pagganap nito, habang ang cast steel ay karaniwang ginagamit sa paggawa ng mga gear na may diameter > 400mm at kumplikadong istraktura.Cast iron gears anti-glue at pitting resistance, ngunit ang kakulangan ng epekto at wear resistance, higit sa lahat para sa matatag na trabaho, kapangyarihan ay hindi mababa ang bilis o malaking sukat at kumplikadong hugis, ay maaaring gumana sa ilalim ng kondisyon ng kakulangan ng pagpapadulas , na angkop para sa bukas paghawa.Ang mga non-ferrous na metal na karaniwang ginagamit ay tin bronze, aluminum-iron bronze at casting aluminum alloy, na karaniwang ginagamit sa paggawa ng mga turbine o gears, ngunit ang sliding at anti-friction properties ay mahirap, para lamang sa magaan, katamtamang pagkarga at mababang bilis. mga gears.Ang mga non-metallic na materyal na gear ay pangunahing ginagamit sa ilang mga larangan na may mga espesyal na kinakailangan, tulad ng walang langis na pagpapadulas at mataas na pagiging maaasahan.Ang larangan ng mga kondisyon tulad ng mababang polusyon, tulad ng mga gamit sa bahay, kagamitang medikal, makinarya ng pagkain at makinarya sa tela.

Mga materyales sa patong ng gear

Ang mga ceramic na materyales sa engineering ay napaka-promising na mga materyales na may mataas na lakas at tigas, lalo na mahusay na paglaban sa init, mababang thermal conductivity at thermal expansion, mataas na wear resistance at oxidation resistance.Ang isang malaking bilang ng mga pag-aaral ay nagpakita na ang mga ceramic na materyales ay likas na lumalaban sa init at may mababang pagsusuot sa mga metal.Samakatuwid, ang paggamit ng mga ceramic na materyales sa halip na mga metal na materyales para sa wear-resistant na mga bahagi ay maaaring mapabuti ang buhay ng friction sub, maaaring matugunan ang ilan sa mga mataas na temperatura at mataas na wear-resistant na materyales, multi-functional at iba pang mahihirap na kinakailangan.Sa kasalukuyan, ang engineering ceramic na materyales ay ginagamit sa paggawa ng engine heat-resistant parts, mechanical transmission sa wear parts, chemical equipment sa corrosion-resistant parts at sealing parts, lalong nagpapakita ng malawak na aplikasyon ng ceramic materials prospects.

Ang mga maunlad na bansa tulad ng Germany, Japan, United States, United Kingdom at iba pang mga bansa ay nagbibigay ng malaking kahalagahan sa pagpapaunlad at paggamit ng engineering ceramic na materyales, pamumuhunan ng maraming pera at lakas-tao upang bumuo ng teorya ng pagproseso at teknolohiya ng engineering ceramics.Inilunsad ng Germany ang isang programa na tinatawag na "SFB442", ang layunin nito ay gamitin ang teknolohiya ng PVD upang mag-synthesize ng angkop na pelikula sa ibabaw ng mga bahagi upang palitan ang potensyal na nakakapinsalang lubricating medium sa kapaligiran at katawan ng tao.Ginamit ng PW Gold at ng iba pa sa Germany ang pagpopondo mula sa SFB442 upang ilapat ang teknolohiya ng PVD upang magdeposito ng mga manipis na pelikula sa ibabaw ng rolling bearings at nalaman na ang pagganap laban sa pagsusuot ng rolling bearings ay makabuluhang napabuti at ang mga pelikulang nakadeposito sa ibabaw ay maaaring ganap na palitan ang function ng matinding presyon ng anti-wear additives.Joachim, Franz et al.sa Germany ay gumamit ng teknolohiyang PVD para maghanda ng mga pelikulang WC/C na nagpapakita ng mahusay na mga katangian ng anti-fatigue, mas mataas kaysa sa mga lubricant na naglalaman ng mga EP additives, isang resulta na katulad na nagbubunga ng posibilidad na palitan ang mga nakakapinsalang additives ng mga coatings.E. Lugscheider et al.ng Institute of Materials Science, Technical University of Aachen, Germany, na may pagpopondo mula sa DFG (GermanResearch Commission), ay nagpakita ng makabuluhang pagtaas sa paglaban sa pagkapagod pagkatapos magdeposito ng mga naaangkop na pelikula sa 100Cr6 steel gamit ang PVD technology.Bilang karagdagan, ang United States General Motors ay nagsimula sa kanyang VolvoS80Turbo type na car gear surface deposition film upang pahusayin ang fatigue pitting resistance;inilunsad ng sikat na kumpanya ng Timken ang pangalang ES200 gear surface film;ang rehistradong trademark na MAXIT gear coating ay lumitaw sa Germany;ang nakarehistrong trademark na Graphit-iC at Dymon-iC ayon sa pagkakabanggit, Gear coatings na may mga nakarehistrong trademark na Graphit-iC at Dymon-iC ay available din sa UK.

Bilang isang mahalagang ekstrang bahagi ng mekanikal na paghahatid, ang mga gears ay may mahalagang papel sa industriya, kaya napakahalagang praktikal na kabuluhan na pag-aralan ang aplikasyon ng mga ceramic na materyales sa mga gears.Sa kasalukuyan, ang mga engineering ceramics na inilapat sa mga gears ay pangunahing ang mga sumusunod.

1, TiN coating layer
1, TiN

Ang Ion coating na TiN ceramic layer ay isa sa pinakamalawak na ginagamit na surface modified coatings na may mataas na tigas, mataas na lakas ng adhesion, mababang friction coefficient, magandang corrosion resistance, atbp. Ito ay malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan, lalo na sa industriya ng kasangkapan at amag.Ang pangunahing dahilan na nakakaapekto sa aplikasyon ng ceramic coating sa mga gears ay ang problema sa pagbubuklod sa pagitan ng ceramic coating at substrate.Dahil ang mga kondisyon sa pagtatrabaho at mga salik na nakakaimpluwensya ng mga gear ay mas kumplikado kaysa sa mga kasangkapan at amag, ang paggamit ng isang solong coating ng TiN sa paggamot sa ibabaw ng gear ay lubos na pinaghihigpitan.Kahit na ang ceramic coating ay may mga pakinabang ng mataas na tigas, mababang friction coefficient at corrosion resistance, ito ay malutong at mahirap makakuha ng mas makapal na patong, kaya kailangan nito ng mataas na tigas at mataas na lakas na substrate upang suportahan ang patong upang maglaro ng mga katangian nito.Samakatuwid, ang ceramic coating ay kadalasang ginagamit para sa carbide at high-speed steel surface.Ang materyal ng gear ay malambot kumpara sa ceramic na materyal, at ang pagkakaiba sa pagitan ng likas na katangian ng substrate at ang patong ay malaki, kaya ang kumbinasyon ng patong at ang substrate ay mahirap, at ang patong ay hindi sapat upang suportahan ang patong, na ginagawa ang patong ay madaling mahulog sa proseso ng paggamit, hindi lamang hindi maaaring i-play ang mga pakinabang ng ceramic coating, ngunit ang mga ceramic coating particle na nahuhulog ay magiging sanhi ng nakasasakit na pagkasira sa gear, na nagpapabilis sa pagkawala ng pagkasira ng gear.Ang kasalukuyang solusyon ay ang paggamit ng composite surface treatment technology upang mapabuti ang bono sa pagitan ng ceramic at substrate.Ang teknolohiya ng composite surface treatment ay tumutukoy sa kumbinasyon ng physical vapor deposition coating at iba pang mga surface treatment process o coatings, gamit ang dalawang magkahiwalay na surface/subsurfaces para baguhin ang surface ng substrate material para makakuha ng composite mechanical properties na hindi makakamit ng iisang surface treatment process. .Ang TiN composite coating na idineposito ng ion nitriding at ang PVD ay isa sa pinaka sinaliksik na composite coating.Ang plasma nitriding substrate at TiN ceramic composite coating ay may matibay na bono at ang wear resistance ay makabuluhang napabuti.

Ang pinakamainam na kapal ng layer ng TiN film na may mahusay na wear resistance at film base bonding ay humigit-kumulang 3~4μm.Kung ang kapal ng layer ng pelikula ay mas mababa sa 2μm, ang wear resistance ay hindi mapapabuti nang malaki.Kung ang kapal ng layer ng pelikula ay higit sa 5μm, ang film base bonding ay mababawasan.

2、Multi-layer, multi-component na TiN coating

Sa unti-unti at malawakang paggamit ng mga coatings ng TiN, parami nang parami ang mga pagsasaliksik sa kung paano pagpapabuti at pagpapahusay ng mga coatings ng TiN.Sa mga nagdaang taon, ang mga multi-component coating at multilayer coatings ay binuo batay sa binary TiN coatings, tulad ng Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN /Al2O3, atbp. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga elemento tulad ng Al at Si sa TiN coatings, ang paglaban sa mataas na temperatura na oksihenasyon at katigasan ng mga coatings ay maaaring mapabuti, habang ang pagdaragdag ng mga elemento tulad ng B ay maaaring mapabuti ang katigasan at lakas ng adhesion ng mga coatings.

Dahil sa pagiging kumplikado ng multicomponent na komposisyon, maraming mga kontrobersya sa pag-aaral na ito.Sa pag-aaral ng (Tix,Cr1-x)N multicomponent coatings, mayroong isang malaking kontrobersya sa mga resulta ng pananaliksik.Ang ilang mga tao ay naniniwala na ang (Tix,Cr1-x)N coatings ay batay sa TiN, at ang Cr ay maaari lamang umiral sa anyo ng kapalit na solidong solusyon sa TiN dot matrix, ngunit hindi bilang isang hiwalay na CrN phase.Ipinapakita ng iba pang mga pag-aaral na ang bilang ng mga atomo ng Cr na direktang pinapalitan ang mga atomo ng Ti sa (Tix,Cr1-x)N coatings ay limitado, at ang natitirang Cr ay umiiral sa estado ng singlet o bumubuo ng mga compound na may N. Ipinapakita ng mga eksperimentong resulta na ang pagdaragdag ng Cr sa patong binabawasan ang laki ng particle sa ibabaw at pinatataas ang katigasan, at ang katigasan ng patong ay umabot sa pinakamataas na halaga nito kapag ang porsyento ng masa ng Cr ay umabot sa 3l%, ngunit ang panloob na diin ng patong ay umabot din sa pinakamataas na halaga nito.

3, Iba pang patong na patong

Bilang karagdagan sa mga karaniwang ginagamit na TiN coatings, maraming iba't ibang engineering ceramics ang ginagamit para sa pagpapalakas ng ibabaw ng gear.

(1)Y.Terauchi et al.ng Japan ang paglaban sa frictional wear ng titanium carbide o titanium nitride ceramic gears na idineposito ng vapor deposition method.Ang mga gear ay na-carburize at pinakintab upang makamit ang katigasan ng ibabaw na humigit-kumulang HV720 at isang pagkamagaspang sa ibabaw na 2.4 μm bago ang patong, at ang mga ceramic coating ay inihanda ng chemical vapor deposition (CVD) para sa titanium carbide at ng physical vapor deposition (PVD) para sa titanium nitride, na may kapal ng ceramic film na humigit-kumulang 2 μm.Ang frictional wear properties ay inimbestigahan sa pagkakaroon ng oil at dry friction, ayon sa pagkakabanggit.Napag-alaman na ang galling resistance at scratch resistance ng gear vice ay lubos na pinahusay pagkatapos ng coating na may ceramic.

(2) Ang pinagsama-samang patong ng Ni-P at TiN na pinahiran ng kemikal ay inihanda sa pamamagitan ng pre-coating na Ni-P bilang isang layer ng paglipat at pagkatapos ay pagdedeposito ng TiN.Ang pag-aaral ay nagpapakita na ang katigasan ng ibabaw ng pinagsama-samang patong na ito ay napabuti sa isang tiyak na lawak, at ang patong ay mas nakagapos sa substrate at may mas mahusay na wear resistance.

(3) WC/C, B4C thin film
M. Murakawa et al., Department of Mechanical Engineering, Japan Institute of Technology, ay gumamit ng PVD na teknolohiya upang magdeposito ng WC/C thin film sa ibabaw ng mga gears, at ang buhay ng serbisyo nito ay tatlong beses kaysa sa ordinaryong na-quenched at ground gears sa ilalim ng langis- libreng kondisyon ng pagpapadulas.Franz J et al.gumamit ng teknolohiyang PVD upang magdeposito ng manipis na pelikula ng WC/C at B4C sa ibabaw ng mga gear ng FEZ-A at FEZ-C, at ipinakita ng eksperimento na ang PVD coating ay makabuluhang nabawasan ang friction ng gear, na ginawang mas madaling kapitan ang gear sa mainit na gluing o gluing, at pinahusay ang kapasidad na nagdadala ng pagkarga ng gear.

(4) Mga pelikulang CrN
Ang mga pelikulang CrN ay katulad ng mga pelikulang TiN dahil mayroon silang mas mataas na tigas, at ang mga pelikulang CrN ay mas lumalaban sa mataas na temperatura na oksihenasyon kaysa sa TiN, may mas mahusay na resistensya sa kaagnasan, mas mababa ang panloob na stress kaysa sa mga pelikulang TiN, at medyo mas mahusay na tibay.Naghanda si Chen Ling et ng wear-resistant na TiAlCrN/CrN composite film na may mahusay na film-based bonding sa ibabaw ng HSS, at iminungkahi din ang dislocation stacking theory ng multilayer film, kung malaki ang dislocation energy difference sa pagitan ng dalawang layer, ang dislokasyon ay nagaganap. sa isang layer ay magiging mahirap na i-cross ang interface nito sa kabilang layer, kaya nabubuo ang dislocation stacking sa interface at gumaganap ang papel ng pagpapalakas ng materyal.Pinag-aralan ni Zhong Bin et ang epekto ng nitrogen content sa phase structure at frictional wear properties ng CrNx films, at ipinakita ng pag-aaral na ang Cr2N (211) diffraction peak sa mga pelikula ay unti-unting humina at ang CrN (220) peak ay unti-unting tumaas sa pagtaas ng nilalaman ng N2, ang malalaking particle sa ibabaw ng pelikula ay unti-unting bumababa at ang ibabaw ay naging patag.Kapag ang N2 aeration ay 25 ml/min (target source arc current ay 75 A, ang nakadeposito na CrN film ay may magandang surface quality, good hardness at mahusay na wear resistance kapag ang N2 aeration ay 25ml/min (target source arc current ay 75A, negative ang presyon ay 100V).

(5) Superhard na pelikula
Ang superhard film ay ang solidong film na may katigasan na higit sa 40GPa, mahusay na wear resistance, mataas na temperatura resistance at mababang friction coefficient at mababang thermal expansion coefficient, higit sa lahat amorphous diamond film at CN film.Ang mga amorphous diamond film ay may amorphous properties, walang long-range ordered structure, at naglalaman ng malaking bilang ng CC tetrahedral bonds, kaya tinatawag din silang tetrahedral amorphous carbon films.Bilang isang uri ng amorphous carbon film, ang diamond-like coating (DLC) ay may maraming mahusay na katangian na katulad ng brilyante, tulad ng mataas na thermal conductivity, mataas na tigas, mataas na elastic modulus, mababang koepisyent ng thermal expansion, magandang kemikal na katatagan, magandang wear resistance at mababang friction coefficient.Ipinakita na ang mga coating na mala-brilyante na pelikula sa mga ibabaw ng gear ay maaaring pahabain ang buhay ng serbisyo sa pamamagitan ng isang factor na 6 at makabuluhang mapabuti ang paglaban sa pagkapagod.Ang mga pelikulang CN, na kilala rin bilang amorphous carbon-nitrogen films, ay may kristal na istraktura na katulad ng sa β-Si3N4 covalent compound at kilala rin bilang β-C3N4.Liu at Cohen et al.nagsagawa ng mahigpit na teoretikal na mga kalkulasyon gamit ang mga kalkulasyon ng pseudopotential band mula sa unang-kalikasan na prinsipyo , nakumpirma na ang β-C3N4 ay may malaking nagbubuklod na enerhiya, isang matatag na mekanikal na istraktura, hindi bababa sa isang sub-stable na estado ay maaaring umiral, at ang nababanat na modulus nito ay maihahambing sa brilyante, na may magagandang katangian, na maaaring epektibong mapabuti ang katigasan ng ibabaw at pagsusuot ng resistensya ng materyal at bawasan ang koepisyent ng friction.

(6) Iba pang haluang metal wear-resistant coating layer
Ang ilang mga alloy wear-resistant coatings ay sinubukan ding ilapat sa mga gear, halimbawa, ang pagtitiwalag ng Ni-P-Co alloy layer sa ibabaw ng ngipin ng 45# steel gears ay isang alloy layer upang makakuha ng ultra-fine grain organization, na maaaring pahabain ang buhay ng hanggang 1.144~1.533 beses.Napag-aralan din na ang Cu metal layer at Ni-W alloy coating ay inilapat sa ibabaw ng ngipin ng Cu-Cr-P alloy cast iron gear upang mapabuti ang lakas nito;Ang Ni-W at Ni-Co alloy coating ay inilalapat sa ibabaw ng ngipin ng HT250 cast iron gear upang mapabuti ang wear resistance ng 4~6 na beses kumpara sa uncoated gear.