שימוש ב-Nanoטכנולוגיה כדי לשפר את ה-Gear Surface Properties
מבוא ל-Nanoטכנולוגיה ב-Gears
ננוטכנולוגיה, מניפולציה של החומר בקנה מידה אטומי או המולקולרי (בדרך כלל 1 עד 100 ננומטרים), התפתחה ככלי רב עוצמה בהנדסה מכנית. גיר הם מרכיבים בסיסיים באינספור מכונות - ממכשירי רכב ומנועי מטוסים ועד רובוטים תעשייתיים וטורפות רוח.תכונות פני השטח שלהם השפעה ישירה, רעש, רטט, וחיי שירות.על ידי החלת ננוטכנולוגיה על פני השטח, מהנדסים יכולים להשיג חומרים שהיו בעבר חיכוך פתוח וטכניקות מתקדמות, תוך כדי שינוי יעיל יותר, או שינוי יעיל של ציוד מתכתי חשמל ושיקום, תוך כדי שינוי יעיל.
מפתח Nanomaterials עבור Gear Surface Enhancement
מגוון של ננו-חומרים נחקרו ונפרסו על מנת לשפר את מאפייני פני השטח של ציוד.כל אחד מביא יתרונות כימיים ומכניים נפרדים:
- (FLT:0)Diamond-כמו פחמן (DLC): ציפוי DLC מציג משככי חיכוך אולטרה-נמוך (נמוך כמו 0.02) וקשות קיצונית.כאשר הוא מיושם כסרט דק ננוקל, DLC מפחית באופן משמעותי את ללבוש מזחלות ונפיחות במגעים הילוך טעון מאוד.
- (ב) ⁇ :0 (Metal Disulfides (MoS2, WS2): FLT:1 חומרים מעוכבים אלה מספקים סיכה מוצקה מעולה. nanoparticles של deulfide molybdenum או tungsten disulfide מוטבע משטחים הילוכים או lubricants ליצור מטוסים דלת-sherics ליצור חיכוך נמוך ולמנוע מגע מתכת-tometal.
- (FLT:0Graphene ו- Carbon Nanotubes (CNTs): 1FLT:1 של Graphene כוח רב הפין גבוה ו מוליכות תרמית להפוך אותו אידיאלי עבור משטחים של שן הילוכים מחדש. CNTs ניתן להוסיף ציפויים או lubricants כדי לשפר את יכולת החישה ואת הניתוק חום.
- (FLT:0Ceramic Nanoparticles (אל2O3, Si3N4, TiO2):FLT:1 Dispersing ננו חלקיקים קרמיקה לתוך מפלקסים מתכת (למשל, ניקל אלקטרו-less או נחושת) יוצר ציפויים מורכבים עם התנגדות לביש מעולה והגנה על קורוזיה.
- (ב) ,0) ,Nano Structured Hard Coatings (TiN, CrN, TiAlN): פיתויים פיזיים 1 (PVD) של ניטרידס ננו-שכבות מספק שכבות משטח קשיחות, נמוך-פריון, אשר מתנגדות ללבוש חיסיבי ודבק.
היתרונות של Nanoטכנולוגיה עבור Gear Surfaces
חיים מוגברים ושומן
ננווטים ומשטחים nanostructured להפחית באופן דרמטי את ההקדשה וההפצה של microcracks. לדוגמה, ציפוי 2-3 μm DLC יכול להאריך את החיים על ידי כמה מאות אחוזים תחת לחץ מגע גבוה.גבולות דגנים דגנים מזהמים תנועה פירוק, ובכך להעלות את הקשב האפקטיבי של משחת השיניים ההילוך מטופל.
צמצום אובדן אנרגיה ואנרגיה
הפסדים פריצה בתיבת הילוכים מהווים חלק משמעותי של פסולת אנרגיה במערכות מכניות.ננו משטחים מבנים, במיוחד אלה עם תכונות מחוסנות עצמית כמו MoS2 או גרפן-enhanced ציפויים, יכולים להפחית את האפקטיביות של חיכוך עד 30-50% בהשוואה לפלדה לא מחוספסת.זה מתורגם ישירות לדור חום מופחת, טמפרטורות תפעול נמוכות, וחיסכון דלק או חשמל.
קורוזיה ו-Oxidation Resistance
Gears הפועלים בלחיות, ימיות או חריפות כימית הם נוטים חלודה ובורך.Nanocomposite ציפויים המבוססים על אלומיניום או סיליקה לספק מחסומים צפופים, לארטיים המונעים סוכנים קורוזיים להגיע למצע.בנוסף, ננו-חומרים מסוימים (למשל, ננו חלקיקים cerium) יכולים לנפץ רדיקלים חופשיים להאט את החמצן החמצן והאט של המתכת.
משטר לבריונות משופר
חלקיקים הוסיפו לשמן או ל-Gils לתפקד כ"נביחים אננו", מתגלגל בין asperities ו- חלק ממשק מגע.הם גם להפקיד על משטחי מתכת, ויצרו משולש מגן המהדהד את עצמו במהלך המבצע.אפקט הלוברי המואר הזה בעל עוצמה מוצקה-מיושבת הוא מועיל במיוחד בגבולות ומשטרי סיכה מעורבים במהלך הסטארט-אפ, הסטארט-אפ, או הסגורים, או ברגעים.
טכניקות ליישום ננוטכנולוגיה ל-Gears
המונחים: Vapor Deposition
פיזור נפיחות פיזית (PVD) ותהליכים כימיים של vapor (CVD) משמשים נרחב להפקיד דק (0.5-5 μm) nanocomposite ציפויים. PVD תהליכים כגון מגנטיון sputtering או קטוודי arcarcevaporation ליצור שכבות מתוחכמות, היטב של DLC, TiN, CN או CN על פני משטחים, כולל סוללות פנימיות, כולל ריצוף פנימי, כולל ריצוף, כולל פלסמה (DVDVDlines).
המונחים: Surface Texturing
לייזר משטח טקסטing (LST) והצצה הצצה יכול ליצור דפוסים ננומטריים רגילים (דגים, grooves או עמודות) על חוטי הילוכים.מרקמים אלה פועלים כמו מאגרי שמן ומלכודת ללבוש פסולת, הפחתת החיכוך ולמנוע חרטות גוף שלישי. כאשר בשילוב עם ננוקוטינג לאחר מכן, היתרונות הם תוספים - טקסט ואביזרים מעוגלים יכול להראות עד 60 אחוזים פחות מאשר אלה שאינם מטופלים.
Embedding Nanoparticles ב Lubricants ו- Surface Layers
תוספת ישירה של חלקיקים לשמן הילוכים היא גישה פשוטה וידידותית רטרופיט. MoS2, WS2, גרפן תחמוצת, ו- CuO nanoparticles זמינים מסחרית כמו תוספי שמן. טכניקות מתקדמות יותר משטחים ציוד מזהמים עם חלקיקים nanoparticles באמצעות אלקטרודה (למשל, ניקל-diamond plating) או על ידי תכונות חמות הוא לחץ על ידי תרכובות עצמית גבוהה (HIP של חלקיקים עצמיים מוטבעת ארוך-מפוסטומטיים).
סול-גל ו-Spray Sticking Methods
עבור הילוכים גדולים או תיקונים שדה, ציפוי סולמות מציע מסלול נוזל-phase לייצר סרטים קרמיקה nanoscale.פתרון מבשר הוא ריסוס, מחוספס, או ספין-קוע על הציוד, ולאחר מכן יבשה תרמית כדי ליצור שכבת תחמוצת קשה (למשל, TiO2 או ZrO2). בעוד עובי הוא פחות מדויק מ PVD, סולמות יכול להיות מיושם עלות ביצועים קלים עבור ביצועים קלים.
אתגרים ומגבלות
למרות ההבטחה, שילוב ננוטכנולוגיה לייצור ציוד עומד בפני כמה מכשולים:
- (FLT:0) Cost ו Scalability:FLT:1ציוד PVD / CVD ו חלקיקים באיכות גבוהה נשאר יקר ייצור המוני כלכלי של ציוד ננו-מקודש עבור רכב או יישומים צרכניים דורש חדשנות נוספת תהליך.
- (FLT:0) הפעלת Adhesion ו Consistency:BuildFLT) 1:1 ננו-coatings צריך לעמוד בלחץ מגע הרץ גבוה (עד כמה GPa) ו cending אופניים. דבקות גרועה יכול להוביל דלמנטום וכישלון קטסטרופלי.
- (FLT:0) חששות לבריאות ובריאות: אנדרל 1 (Nanoparticles) יכול להיות רעיל אם נשפים או משוחררים במהלך הייצור או לרשות.
- (FLT:0) ארוך-דורות של ננו מבנים:Builds:BuildFLT:1) כמה משטחים nanostructured מתכווץ לאורך זמן כמו nano-textures ללבוש או חלקיקים להיות מרוקן.
- (FLT:0)Standardization and Testing:FLT:1) יש מחסור בסטנדרטים בתעשייה עבור ביצועים ננו-קוטינג על הילוכים. בדיקות חיים תחת עומסים ריאליים, מהירויות וטמפרטורות הן זמן-consuming אבל הכרחי עבור הסמכה ביישומים קריטיים כגון אווירוקל או מכשירים רפואיים.
כיוונים עתידיים ומחקרים עתידיים
מהדורות של עצמנו עם ננו-Reservoirs
החוקרים מפתחים הילוכים עם משטחים מיקרו או ננו- ⁇ שפועלים כמאגרים עבור חלקיקים מוצקים סיכה.תחת עומס, הנקבוביות משחררות lubricant על אזור מגע; במהלך תקופות של idle, כוחות capillary re-absorb עודף חומר.זה מחק מערכות סיכה ביולוגית יכול לחסל את הצורך עבור שמן בתיבת הילוכים נמוכה מסוימים.
כוונון חכם עם מוגבלות
ציפוי ננוקום עם חלקיקים מוליכים (למשל, צינורות פחמן) יכול להכפיל כמו חיישני ללבוש. על ידי ניטור שינויים בהתנגדות חשמלית על פני שן הילוכים, מהנדסים יכולים לזהות ספיגה או מתפתל בזמן אמת.
מערכות לבריונות היברידיות
שילוב של הילוכים ננו-קויים עם שמנים nanoparticle-enhanced מציע הטבות סינרגיסטיות.הציפוי מספק ביצועי בסיס קבוע, בעוד החבילה מתאימה לתנאי הפעלה שונים.מבחנים מוקדמים מראים כי ציוד DLC-קוד פועל עם השעיה של גרפן-נפט להשיג חיכוך coefficients מתחת 0.01 תחת סיכה גבול.
ה-Biomimetic Nanostructuring
בהשראת עלים טיטוס עור כריש, מהנדסים מעצבים משטחים עם מרקמים ננו-מיקרו-מיקרו היררכיים הדוחים contaminants ולקדם הפצת שמן.מבנים משטחים תקופתיים המושרה לייזר (LIPSS) ניתן לייצר במהירות גבוהה על ציוד פלדה, יצירת דפוסים המפחיתים את החיכוך ו מעכבים צמיחה חיידקית בציוד לעיבוד מזון.
מסקנה
ננוטכנולוגיה מציעה מסלול טרנספורמטיבי לשיפור תכונות פני השטח של ציוד - גמישות, צמצום החיכוך, ומאפשר פונקציונליות חדשה לחלוטין.מ-DLC ו-MoS2 ננו-מדבקות ל-Geman-inated lubricants ומשטחי לייזר, הכלים הזמינים כיום כבר משפרים את יעילות תיבת הילוכים על ידי שולי מדידה, יכולת, בטיחות סביבתית להישאר אזורי מחקר פעיל, אך ורקד יעיל יותר של תהליכים מכניים מתקדמים יותר, ייצור, יהיה מסוגל יותר, כמו גם יותר, כמו גם פיתוח יעיל יותר, יעיל יותר, ייצור תעשייתי של טכניקות תעשייתי של טכניקות ייצור תעשייתיות, יהיה, וחדשנות תעשייתית יעילה יותר, יהיה, כמו גם יותר, כמו גם יותר, כמו גם יותר, פיתוח רכב תחרותי יותר, יהיה, פיתוח יעיל יותר, פיתוח תעשייתית יעילה יותר, יעיל יותר, וחדשנות תעשייתית יעילה יותר, אך יעיל יותר, פיתוח תעשייתית יעילה יותר, יהיה, פיתוח יעיל יותר, שילוב של טכניקות מתקדמות יותר, שילוב של טכניקות ייצור יעיל יותר, שילוב של טכניקות ייצור תעשייתית יעילה יותר, פיתוח יעיל יותר, פיתוח יעיל יותר, כמו גם על ידי מעצבי רכב יציב של טכניקות מתקדמות יותר, יהיה, כמו גם שיטות ייצור תעשייתית יעילה יותר, יהיה, יהיה, פיתוח יעיל יותר, פיתוח יעיל יותר
(הופנה מהדף ננו-קוינגס לטריבולוגיה, מתייחס למדריך של AZOM ליהלומים דמויי פחמן ציפויFLT:1 ו-FLT:2ScienceDirect של ננו-מסלולים בהנדסת חשמלFLT:3 לסקירה טכנית של תוספי חלקיקים 7GLT:4 חומרים אלה בכתב העת של ננו-FLT5 מחקרים טכנולוגיים זמינים על ידי ננו-FERP: