Dişli kaplama teknolojisi

PVD biriktirme teknolojisi, yeni bir yüzey modifikasyon teknolojisi olarak uzun yıllardır uygulanmaktadır, özellikle son yıllarda büyük gelişme kaydeden ve artık aletlerin, kalıpların, piston segmanlarının, dişlilerin ve diğer bileşenlerin işlenmesinde yaygın olarak kullanılan vakumlu iyon kaplama teknolojisi .Vakumlu iyon kaplama teknolojisi ile hazırlanan kaplanmış dişliler, sürtünme katsayısını önemli ölçüde azaltabilir, aşınma önleyici ve belirli korozyon önleyici özelliği geliştirebilir ve dişli yüzeyi güçlendirme teknolojisi alanında araştırmanın odak noktası ve sıcak noktası haline gelmiştir.

Dişliler için kullanılan yaygın malzemeler başlıca dövme çelik, dökme çelik, dökme demir, demir dışı metaller (bakır, alüminyum) ve plastiklerdir.Çelik esas olarak 45 çelik, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl'dir.Ağırlıklı olarak 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo'da kullanılan düşük karbonlu çelik.Dövme çelik, daha iyi performansı nedeniyle dişlilerde daha yaygın olarak kullanılırken, dökme çelik genellikle> 400 mm çapında ve karmaşık yapılı dişlilerin üretiminde kullanılır.Dökme demir dişliler yapışmaz ve oyuklanma direncine sahiptir, ancak darbe ve aşınma direnci eksikliği, özellikle kararlı çalışma için, güç düşük hız veya büyük boyut ve karmaşık şekil değildir, yağlama eksikliği durumunda çalışabilir, açık için uygun bulaşma.Yaygın olarak kullanılan demir dışı metaller, türbin veya dişli imalatında yaygın olarak kullanılan kalay bronz, alüminyum-demir bronz ve döküm alüminyum alaşımıdır, ancak kayma ve sürtünme önleme özellikleri, yalnızca hafif, orta yük ve düşük hız için zayıftır. dişliler.Metalik olmayan malzeme dişlileri genellikle yağsız yağlama ve yüksek güvenilirlik gibi özel gereksinimlerin olduğu bazı alanlarda kullanılır.Ev aletleri, tıbbi ekipman, gıda makineleri ve tekstil makineleri gibi düşük kirlilik gibi koşullar alanı.

Dişli kaplama malzemeleri

Mühendislik seramiği malzemeleri, yüksek mukavemet ve sertlik, özellikle mükemmel ısı direnci, düşük ısı iletkenliği ve ısıl genleşme, yüksek aşınma direnci ve oksidasyon direnci ile son derece umut verici malzemelerdir.Çok sayıda çalışma, seramik malzemelerin doğası gereği ısıya dayanıklı olduğunu ve metaller üzerinde düşük aşınmaya sahip olduğunu göstermiştir.Bu nedenle, aşınmaya dayanıklı parçalar için metal malzemeler yerine seramik malzemelerin kullanılması sürtünme tabanının ömrünü artırabilir, bazı yüksek sıcaklık ve yüksek aşınmaya dayanıklı malzemeleri, çok işlevli ve diğer zorlu gereksinimleri karşılayabilir.Şu anda, motor ısıya dayanıklı parçaların imalatında, aşınmaya dayanıklı parçalarda mekanik şanzımanda, korozyona dayanıklı parçalarda kimyasal ekipmanda ve sızdırmazlık parçalarında mühendislik seramik malzemeleri kullanılmış olup, seramik malzeme umutlarının geniş uygulama alanını giderek daha fazla göstermektedir.

Almanya, Japonya, Amerika Birleşik Devletleri, Birleşik Krallık ve diğer ülkeler gibi gelişmiş ülkeler, mühendislik seramik malzemelerinin geliştirilmesine ve uygulanmasına büyük önem vermekte, mühendislik seramiklerinin işleme teorisini ve teknolojisini geliştirmek için çok fazla para ve insan gücüne yatırım yapmaktadır.Almanya, amacı çevreye ve insan vücuduna potansiyel olarak zararlı yağlama ortamını değiştirmek için parçaların yüzeyinde uygun bir film sentezlemek için PVD teknolojisini kullanmak olan “SFB442” adlı bir program başlattı.Almanya'daki PW Gold ve diğerleri, SFB442'den aldığı fonu, PVD teknolojisini kullanarak rulmanların yüzeyinde ince filmler biriktirdi ve rulmanların aşınma önleme performansının önemli ölçüde arttığını ve yüzeyde biriktirilen filmlerin tamamen yerini alabileceğini buldu. aşırı basınç aşınma önleyici katkı maddelerinin işlevi.Joachim, Franz ve ark.Almanya'da PVD teknolojisi, EP katkı maddeleri içeren yağlayıcılardan daha yüksek mükemmel yorulma önleme özellikleri sergileyen WC/C filmleri hazırlamak için kullanıldı; bu da benzer şekilde zararlı katkı maddelerinin kaplamalarla değiştirilmesi olasılığını ortaya çıkarıyor.E. Lugscheider ve ark.Almanya, Aachen Teknik Üniversitesi, Malzeme Bilimi Enstitüsü'nden DFG'nin (Alman Araştırma Komisyonu) finansmanıyla, PVD teknolojisi kullanılarak 100Cr6 çelik üzerine uygun filmler yerleştirildikten sonra yorulma direncinde önemli bir artış olduğunu gösterdi.Ek olarak, Amerika Birleşik Devletleri General Motors, yorulma oyuklanma direncini iyileştirmek için VolvoS80Turbo tipi araba dişli yüzey biriktirme filmine başladı;ünlü Timken şirketi ES200 dişli yüzey filmi adını piyasaya sürdü;MAXIT dişli kaplama tescilli markası Almanya'da göründü;tescilli ticari marka Graphit-iC ve Dymon-iC sırasıyla tescilli ticari markalara sahip Graphit-iC ve Dymon-iC Gear kaplamaları da Birleşik Krallık'ta mevcuttur.

Mekanik transmisyonun önemli bir yedek parçası olan dişliler, endüstride önemli bir rol oynar, bu nedenle seramik malzemelerin dişliler üzerindeki uygulamalarını incelemek çok önemli pratik öneme sahiptir.Şu anda, dişlilere uygulanan mühendislik seramikleri esas olarak aşağıdaki gibidir.

1、TiN kaplama tabakası
1, TiN

İyon kaplama TiN seramik tabakası, yüksek sertlik, yüksek yapışma mukavemeti, düşük sürtünme katsayısı, iyi korozyon direnci vb. ile en yaygın kullanılan yüzey modifiyeli kaplamalardan biridir. Çeşitli alanlarda, özellikle alet ve kalıp endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.Dişlilerde seramik kaplama uygulanmasını etkileyen ana sebep, seramik kaplama ile altlık arasındaki yapışma sorunudur.Dişlilerin çalışma koşulları ve etki faktörleri, alet ve kalıplarınkinden çok daha karmaşık olduğundan, dişli yüzey işleminde tek bir TiN kaplamanın uygulanması büyük ölçüde kısıtlanmıştır.Seramik kaplama, yüksek sertlik, düşük sürtünme katsayısı ve korozyon direnci gibi avantajlara sahip olmasına rağmen, kırılgandır ve daha kalın bir kaplama elde etmek zordur, bu nedenle, özelliklerini oynayabilmesi için kaplamayı desteklemek için yüksek sertlikte ve yüksek mukavemetli bir alt tabakaya ihtiyaç duyar.Bu nedenle seramik kaplama daha çok karbür ve yüksek hız çeliği yüzeyler için kullanılır.Dişli malzemesi seramik malzemeye göre yumuşaktır ve alt tabaka ile kaplama arasındaki fark büyüktür, bu nedenle kaplama ve alt tabaka kombinasyonu zayıftır ve kaplama, kaplamayı desteklemek için yeterli değildir. Kaplamanın kullanım sürecinde düşmesi kolaydır, sadece seramik kaplamanın avantajlarını oynayamaz, aynı zamanda düşen seramik kaplama parçacıkları dişlide aşınmaya neden olarak dişli aşınma kaybını hızlandırır.Mevcut çözüm, seramik ve substrat arasındaki bağı iyileştirmek için kompozit yüzey işleme teknolojisi kullanmaktır.Kompozit yüzey işleme teknolojisi, tek bir yüzey işleme işlemiyle elde edilemeyen kompozit mekanik özellikler elde etmek için alt tabaka malzemesinin yüzeyini değiştirmek üzere iki ayrı yüzey/alt yüzey kullanan fiziksel buhar biriktirme kaplama ve diğer yüzey işleme işlemlerinin veya kaplamalarının kombinasyonunu ifade eder. .İyon nitrürleme ve PVD ile biriktirilen TiN kompozit kaplama, en çok araştırılan kompozit kaplamalardan biridir.Plazma nitrürleme substratı ve TiN seramik kompozit kaplama, güçlü bir bağa sahiptir ve aşınma direnci önemli ölçüde iyileştirilmiştir.

Mükemmel aşınma direncine ve film tabanı bağlantısına sahip TiN film tabakasının optimum kalınlığı yaklaşık 3~4μm'dir.Film tabakasının kalınlığı 2μm'den az ise, aşınma direnci önemli ölçüde iyileştirilmeyecektir.Film tabakasının kalınlığı 5μm'den fazla ise, film taban bağı azalacaktır.

2、Çok katmanlı, çok bileşenli TiN kaplama

TiN kaplamaların kademeli ve yaygın olarak uygulanmasıyla birlikte, TiN kaplamaların nasıl geliştirileceği ve geliştirileceği konusunda giderek daha fazla araştırma yapılmaktadır.Son yıllarda Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN gibi ikili TiN kaplamalara dayalı olarak çok bileşenli kaplamalar ve çok katmanlı kaplamalar geliştirilmiştir. /Al2O3, vb. TiN kaplamalara Al ve Si gibi elementler eklenerek, kaplamaların yüksek sıcaklıkta oksidasyona karşı direnci ve sertliği iyileştirilebilirken, B gibi elementler ilave edilerek kaplamaların sertliği ve yapışma gücü iyileştirilebilir.

Çok bileşenli bileşimin karmaşıklığından dolayı, bu çalışmada birçok tartışma vardır.(Tix,Cr1-x)N çok bileşenli kaplamalar üzerine yapılan çalışmada, araştırma sonuçlarında büyük bir tartışma vardır.Bazı insanlar (Tix,Cr1-x)N kaplamaların TiN bazlı olduğuna ve Cr'nin TiN nokta matrisinde yalnızca ikame katı solüsyonu şeklinde var olabileceğine, ancak ayrı bir CrN fazı olarak bulunamayacağına inanır.Diğer çalışmalar, (Tix,Cr1-x)N kaplamalarda doğrudan Ti atomlarının yerini alan Cr atomlarının sayısının sınırlı olduğunu ve kalan Cr'nin tekli halde var olduğunu veya N ile bileşikler oluşturduğunu göstermektedir. Deneysel sonuçlar, Cr ilavesinin kaplamanın yüzey partikül boyutunu küçülterek sertliğini arttırdığı ve Cr kütle yüzdesi %3l'e ulaştığında kaplamanın sertliği en yüksek değerine ulaşır, ancak kaplamanın iç gerilimi de maksimum değerine ulaşır.

3、Diğer kaplama tabakası

Yaygın olarak kullanılan TiN kaplamaların yanı sıra dişli yüzey güçlendirme için birçok farklı mühendislik seramiği kullanılmaktadır.

(1)Y.Terauchi ve ark.Japonya, buhar biriktirme yöntemiyle bırakılan titanyum karbür veya titanyum nitrür seramik dişlilerin sürtünme aşınmasına karşı direncini inceledi.Dişliler, kaplamadan önce yaklaşık HV720'lik bir yüzey sertliği ve 2,4 μm'lik bir yüzey pürüzlülüğü elde etmek için karbonlandı ve parlatıldı ve seramik kaplamalar, titanyum karbür için kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve fiziksel buhar biriktirme (PVD) ile hazırlandı. yaklaşık 2 μm seramik film kalınlığına sahip titanyum nitrür.Sürtünme aşınması özellikleri, sırasıyla yağ ve kuru sürtünme varlığında incelenmiştir.Dişli mengenesinin sürtünme direncinin ve çizilme direncinin seramikle kaplandıktan sonra önemli ölçüde arttığı bulundu.

(2) Kimyasal olarak kaplanmış Ni-P ve TiN'nin birleşik kaplaması, Ni-P'nin bir geçiş katmanı olarak önceden kaplanması ve ardından TiN'nin biriktirilmesiyle hazırlandı.Çalışma, bu kompozit kaplamanın yüzey sertliğinin bir dereceye kadar iyileştirildiğini ve kaplamanın alt tabaka ile daha iyi bağlandığını ve daha iyi aşınma direncine sahip olduğunu göstermektedir.

(3) WC/C, B4C ince film
M. Murakawa ve diğerleri, Japonya Teknoloji Enstitüsü, Makine Mühendisliği Bölümü, dişlilerin yüzeyinde WC/C ince film biriktirmek için PVD teknolojisini kullandı ve hizmet ömrü, yağ altında normal su verilmiş ve taşlanmış dişlilere göre üç kat daha uzundu. ücretsiz yağlama koşulları.Franz J ve ark.FEZ-A ve FEZ-C dişlilerinin yüzeyinde WC/C ve B4C ince filmi biriktirmek için PVD teknolojisini kullandı ve deney, PVD kaplamanın dişli sürtünmesini önemli ölçüde azalttığını, dişliyi sıcak yapıştırmaya veya yapıştırmaya daha az duyarlı hale getirdiğini gösterdi. ve dişlinin yük taşıma kapasitesini iyileştirdi.

(4) CrN filmler
CrN filmler, daha yüksek sertliğe sahip olmaları bakımından TiN filmlere benzerler ve CrN filmler, yüksek sıcaklıkta oksidasyona TiN'den daha dirençlidir, daha iyi korozyon direncine, TiN filmlere göre daha düşük iç gerilime ve nispeten daha iyi tokluğa sahiptir.Chen Ling ve et, HSS yüzeyinde mükemmel film bazlı bağlanma ile aşınmaya dayanıklı bir TiAlCrN/CrN kompozit film hazırladı ve ayrıca, iki katman arasındaki dislokasyon enerji farkı büyükse, dislokasyon meydana gelen çok katmanlı filmin dislokasyon istifleme teorisini önerdi. Bir katmandaki arayüzünü diğer katmana geçmek zor olacak, böylece arayüzde dislokasyon istifi oluşturacak ve malzemeyi güçlendirme rolü oynayacaktır.Zhong Bin ve et. nitrojen içeriğinin CrNx filmlerin faz yapısı ve sürtünme aşınma özellikleri üzerindeki etkisini inceledi ve çalışma, filmlerdeki Cr2N (211) kırınım zirvesinin kademeli olarak zayıfladığını ve CrN (220) zirvesinin artışla birlikte kademeli olarak arttığını gösterdi. N2 içeriğinin artmasıyla, film yüzeyindeki büyük parçacıklar giderek azaldı ve yüzey düzleşme eğilimi gösterdi.N2 havalandırması 25 ml/dk olduğunda (hedef kaynak ark akımı 75 A idi, N2 havalandırması 25ml/dk olduğunda (hedef kaynak ark akımı 75A, negatif), bırakılan CrN filmi iyi yüzey kalitesine, iyi sertliğe ve mükemmel aşınma direncine sahiptir basınç 100V'dir).

(5) Süper sert film
Superhard film, 40GPa'dan daha yüksek sertliğe, mükemmel aşınma direncine, yüksek sıcaklık direncine ve düşük sürtünme katsayısına ve düşük termal genleşme katsayısına, özellikle amorf elmas film ve CN filme sahip katı filmdir.Amorf elmas filmler, amorf özelliklere sahiptir, uzun menzilli düzenli bir yapıya sahip değildir ve çok sayıda CC tetrahedral bağ içerir, bu nedenle bunlara tetrahedral amorf karbon filmler de denir.Bir tür şekilsiz karbon filmi olarak, elmas benzeri kaplama (DLC), yüksek termal iletkenlik, yüksek sertlik, yüksek elastik modül, düşük termal genleşme katsayısı, iyi kimyasal kararlılık, iyi aşınma direnci gibi elmasa benzer birçok mükemmel özelliğe sahiptir. düşük sürtünme katsayısıDişli yüzeylerine elmas benzeri filmlerin kaplanmasının hizmet ömrünü 6 kat uzatabildiği ve yorulma direncini önemli ölçüde artırabildiği gösterilmiştir.Amorf karbon-azot filmleri olarak da bilinen CN filmleri, β-Si3N4 kovalent bileşiklerininkine benzer bir kristal yapıya sahiptir ve β-C3N4 olarak da bilinir.Liu ve Cohen ve ark.birinci doğa ilkesine göre psödopotansiyel bant hesaplamaları kullanarak titiz teorik hesaplamalar gerçekleştirdi, β-C3N4'ün büyük bir bağlanma enerjisine, kararlı bir mekanik yapıya sahip olduğunu, en az bir alt kararlı durumun var olabileceğini ve elastik modülünün elmasla karşılaştırılabilir olduğunu doğruladı, malzemenin yüzey sertliğini ve aşınma direncini etkili bir şekilde artırabilen ve sürtünme katsayısını azaltabilen iyi özelliklere sahip.

(6) Diğer alaşım aşınmaya dayanıklı kaplama tabakası
Dişlilere bazı alaşım aşınmaya dayanıklı kaplamalar da uygulanmaya çalışılmıştır, örneğin, Ni-P-Co alaşım tabakasının 45 # çelik dişlilerin diş yüzeyinde biriktirilmesi, ultra ince tane organizasyonu elde etmek için bir alaşım tabakasıdır. ömrü 1.144~1.533 kata kadar uzatabilir.Mukavemetini artırmak için Cu-Cr-P alaşımlı dökme demir dişlinin diş yüzeyine Cu metal tabakası ve Ni-W alaşımı kaplamanın uygulandığı da incelenmiştir;Ni-W ve Ni-Co alaşım kaplama, kaplamasız dişliye kıyasla aşınma direncini 4~6 kat artırmak için HT250 dökme demir dişlinin diş yüzeyine uygulanır.