معرفی نانو تکنولوژی در Gears

فناوری نانو، دستکاری ماده در مقیاس اتمی یا مولکولی (معمولا 1 تا 100 نانومتر) به عنوان یک ابزار قدرتمند در مهندسی مکانیک ظهور کرده است. Gears اجزای اساسی در ماشین های بی شمار هستند - از انتقال خودرو و موتورهای هواپیما به منظور توسعه خواص صنعتی و توربین های بادی آنها به طور مستقیم بر کارایی، صدا، لرزش و خدمات زندگی با استفاده از نانو برای سطوح باز کردن، مهندسان تجهیزات پیشرفته و یا کاهش مواد شیمیایی و یا کاهش عملکرد های سنتی، می تواند به بررسی چگونگی عملکرد مواد مخدر و یا مواد اولیه و یا مواد افزودنی و یا مواد اولیه، کاهش دهد.

دانلود بازی های کلیدی Nano Materials for Gear Surface

انواع نانو مواد برای بهبود ویژگی های سطح دنده مورد بررسی و استقرار قرار گرفته اند.هر کدام مزایای شیمیایی و مکانیکی متمایز را به ارمغان می آورد:

  • الماس مانند کربن (DLC): پوشش های بسته بندی نشان می دهد ضریب اصطکاک فوق العاده کم (به عنوان پایین 0.02) و سختی شدید هنگامی که به عنوان یک فیلم نازک نانو مقیاسی اعمال می شود، به طور قابل توجهی کاهش سایش کشویی و مقیاس در تماس های به شدت بارگذاری شده است.
  • سولفیدهای فلزی (MoS2، WS2): این مواد لایه ای روانکاری عالی را فراهم می کند. نانوذرات از گوگرد یا سولفات تنگستن در سطوح دنده جاسازی شده یا روان کننده ها هواپیماهای کم شنوایی ایجاد می کنند که اصطکاک پایین تر و جلوگیری از تماس فلزی را کاهش می دهند.
  • [Graphene و نانولوله های کربنی نانو] (CNTs): قدرت کششی و هدایت حرارتی آن را برای تقویت سطوح دندان دنده ایده آل می کند. CNTs می تواند به پوشش یا روان کننده اضافه شود تا ظرفیت بار و تخلیه گرما را بهبود بخشد.
  • ] نانوذرات نانوپیک (Al2O3 ، Si3N4 ، TiO2) : ] پراکنده کردن نانوذرات سرامیک به ماریک فلزی (به عنوان مثال ، نیکل بی برق یا مس) پوشش کامپوزیت با مقاومت و محافظت از خوردگی عالی ایجاد می کند.
  • Nanostructured Hard Coverage (TiN, CrN, TiAlN: رسوب بخار فیزیکی (PVD) نیتیدیدهای نانو لایه سخت، لایه های سطح کم نمکی است که مقاومت در برابر ساینده و چسب.

مزایای فناوری نانو برای Gear Surfaces

افزایش قابلیت های زندگی و خستگی

نانوپوش ها و سطوح نانوساختار به طور چشمگیری شروع و انتشار میکروکترها را کاهش می دهند، به عنوان مثال، یک بسته پوشش 2-3 μm می تواند زندگی سوراخ سازی دنده را با چند صد درصد تحت فشار تماس بالا گسترش دهد.

کاهش فرار و کاهش از دست دادن انرژی

زیان های ناشی از تخلیه انرژی در سیستم های مکانیکی. Nanostructured سطوح، به ویژه آنهایی که دارای خواص روانکاری مانند MoS2 یا پوشش های گرافن-enhanced هستند، می توانند ضریب اصطکاک را تا 30 تا 50 درصد کاهش دهند در مقایسه با فولاد بدون پوشش، این به طور مستقیم به کاهش تولید گرما، دما پایین تر، و صرفه جویی در سوخت یا صرفه جویی در برق ترجمه می شود.

مقاومت در برابر خوردگی و Oxidation

Gears که در محیط های مرطوب، دریایی یا شیمیایی تهاجمی فعالیت می کنند، مستعد زنگ زدن و سوراخ کردن هستند. پوشش های نانوکومی بر اساس آلومینا یا سیلیکا، موانع فشرده، بی نظیری را فراهم می کنند که از رسیدن به زیر لایه جلوگیری می کنند. علاوه بر این، برخی از نانو مواد (به عنوان مثال، نانوذرات اکسید cerium) می توانند رادیکال های اکسیداتیو آزاد را تحریک کنند و تخریب هر دو روان کننده فلزی و آهسته و مواد شیمیایی را کند.

رژیم پیشرفته تر

نانوذرات اضافه شده به روغن یا گریس به عنوان "نا تحمل کننده"، نورد بین آسترات و صاف کردن رابط تماس، آنها همچنین بر روی سطوح فلزی سپرده گذاری می شوند، ایجاد یک سهبوم محافظ که خود را در طول عمل دوباره منفجر می کند، این اثر روانکاری جامد به ویژه در مرز و رژیم های مخلوط رایج در طول راه اندازی، خاموش کردن یا زمان اضافه بار مفید است.

تکنیک های کاربردی برای استفاده از فناوری نانو به Gears

نانوپوش ها از طریق Vapor Deposition

رسوب بخار فیزیکی (PVD) و رسوب بخار شیمیایی (CVD) به طور گسترده ای برای رسوب نازک (0.5-5 μm) پوشش نانو کامپوزیتی استفاده می شود. فرایندهای PVD مانند sputterron یا قوس کاتودی باعث ایجاد لایه های متراکم، به خوبی پیشرفته از بسته های افزودنی، TiN، یا Cr بر روی سطوح دندان.

نانوساختاری Surface Texturing

لیزر سطح موجینگ (LST) و ضرب گلوله می تواند الگوهای منظم نانومقیاس (dimples، شیارها یا ستون ها) را در سمت دنده ایجاد کند، این بافت ها به عنوان مخازن روغن عمل می کنند و زباله های سایش را به دام می کشند، کاهش اصطکاک و جلوگیری از دفع آبریز سوم بدن، هنگامی که با یک نانوپوش بعدی ترکیب شده اند، مزایای آن ها افزودنی هستند - متن و مواد پوشیده شده می توانند اصطکاک های کمتری نسبت به 60٪ کاهش یابند.

جذب نانوذرات در لوبریک ها و لایه های سطحی

اضافه مستقیم از نانوذرات به روغن های گیربکس یک رویکرد ساده و مناسب است. MoS2، WS2، گرافن اکسید و نانوذرات CuO به عنوان مواد افزودنی روغن در دسترس هستند. تکنیک های پیشرفته تر سطوح دنده با نانوذرات را از طریق الکترود قرار می دهند (به عنوان مثال، نیکل مخلوط کامپوزیت) یا توسط گرم استو فشار (HIP) از مخلوط نانو باروت ذرات قدیمی.

روش های پوشش اسپری و سول-گل

برای دنده های بزرگ یا تعمیرات میدانی، پوشش سونا یک مسیر فاز مایع برای تولید فیلم های سرامیک نانومقیاس ارائه می دهد. محلول پیش نویس اسپری، برش داده شده یا پوشیده شده بر روی دنده، سپس حرارتی درمان شده برای تشکیل یک لایه اکسید سخت (به عنوان مثال TiO2 یا ZrO2) در حالی که کنترل ضخامت دقیق تر از PVD است، بنابراین پوشش متوسط می تواند برای دستیابی به هزینه های موثر باشد.

چالش ها و محدودیت ها

علی رغم وعده های آن، ادغام فناوری نانو در تولید دنده با موانع متعددی مواجه است:

  • هزینه و مقیاس پذیری: تجهیزات PVD / CVD و نانوذرات با تراکم بالا همچنان گران هستند.تولید انبوه تجهیزات پوشش نانو اقتصادی برای کاربردهای خودرو یا مصرف کننده نیاز به نوآوری بیشتر فرایند.
  • ادغام Adhession و Consistency: نانوپوشان نازک باید در برابر فشارهای تماس هرتزیان بالا (تا چندین GPa) و خم شدن چرخه ای مقاومت کنند.
  • نگرانی های بهداشتی و بهداشتی: نانوذرات می توانند سمی باشند اگر در طول تولید یا دفع فرآیندهای حلقه بسته و مدیریت زباله مناسب برای اطمینان از ایمنی کارگران و حفاظت از محیط زیست ضروری است.
  • ] مدت طولانی مدت قابلیت نانوساختارها: برخی از سطوح نانوساختار شده در طول زمان به عنوان سایش نانو متن یا نانوذرات تخلیه می شود. تحقیقات مداوم بر روی پوشش های نسلی تمرکز می کند که نانوذرات تازه را در طول عمل آزاد می کنند (به عنوان مثال، از طریق مخازن جاسازی شده).
  • استاندارد سازی و آزمایش: کمبود استانداردهای صنعت برای عملکرد نانوپوش در دنده ها وجود دارد. تست عمر تحت بارهای واقع بینانه، سرعت و دما زمان بر است اما برای واجد شرایط در برنامه های حیاتی مانند هوافضا یا دستگاه های پزشکی ضروری است.

مسیر های آینده و تحقیقات نوظهور

خود-ترکیب Gears با Nano-Reservoirs

محققان در حال توسعه دنده با سطوح میکرو یا نانو متخلخل هستند که به عنوان مخازن برای نانوذرات روان کننده جامد عمل می کنند، تحت بار، منافذ روان کننده را بر روی منطقه تماس آزاد می کنند؛ در طول دوره های بیکار، نیروهای کاپیتال دوباره مواد اضافی اضافی را دفع می کنند.این سیستم های روانکاری بیولوژیکی را تقلید می کند و می تواند نیاز به روغن را در گیربکس های کم و کم از بین ببرد.

پوشش های هوشمند با قابلیت های Sensing

پوشش های نانوکومی جاسازی شده با نانوذرات رسانا (به عنوان مثال، نانولوله های کربنی) می توانند به عنوان سنسور های سایش دو برابر شوند، با نظارت بر تغییرات مقاومت الکتریکی در سراسر دندان دنده، مهندسان می توانند در زمان واقعی، کم کردن یا کم کردن آب در زمان واقعی را تشخیص دهند.

سیستم های Dynamicbloion Systems

ترکیب دنده های پوشش نانو با روغن های نانو ذرات مزایای هم افزایی را ارائه می دهد.این پوشش یک عملکرد پایه دائمی را فراهم می کند، در حالی که بسته افزودنی با شرایط مختلف عملیاتی سازگار است. تست های اولیه نشان می دهد که دنده های پوشش بسته الحاقی با تعلیق گرافن روغن به ضریب اصطکاک زیر 0.01 زیر مرز روانکاری دست می یابند.

نانوساختارهای Biomimetic Nanostructing

با الهام از برگ های لوتوس و پوست کوسه، مهندسان در حال طراحی سطوح دنده با بافت های نانو میکروبی سلسله مراتبی هستند که آلاینده ها را دفع می کنند و ساختارهای سطحی دوره ای (LIPSS) را ترویج می کنند که می توانند با سرعت بالا در دنده های فولادی تولید شوند، الگوهایی ایجاد کنند که اصطکاک را کاهش می دهد و مانع رشد باکتری در تجهیزات پردازش مواد غذایی می شود.

نتیجه گیری

فناوری نانو یک مسیر تحول آمیز برای افزایش خواص سطح دنده ارائه می دهد - تقویت دوام، کاهش اصطکاک، و فعال کردن کاملاً توابع جدید از بسته بندی و نانوپوشان MoS2 برای روان کننده های پیوند خورده گرافن و سطوح ابزار لیزر، ابزار موجود در حال حاضر بهبود بهره وری یکپارچه با حاشیه های قابل اندازه گیری، مقیاس پذیری، و ایمنی زیست محیطی قوی تر، توسعه سریع تر از روش های تولید مکانیک، به عنوان سیستم های تولید صنعتی، به خوبی تنظیم شده است.

برای مطالعه بیشتر در نانوپوش ها برای تریبولوژی، به AZoM] راهنمای نانوپوشان مانند پوشش های کربن الماس مراجعه کنید و [FLTScienceDirect] از نانوپوشان در مهندسی [FLT3] برای بررسی فنی از مواد افزودنی نانو ذرات، مطالعه کنید [FLT] این مواد در مجله نانو کامپوزیتی موجود است.