תפקידה של הקואטינגס ב-Reducing פריצה ואנרגיה ב-Mechans Systems

במערכות מכניות מודרניות, צמצום החיכוך חיוני לשיפור היעילות והרחבת תוחלת החיים של רכיבים.אחת השיטות היעילות ביותר להשיג זאת היא באמצעות יישום של ציפויים מיוחדים.שכבות דקות אלה של חומר מונדסים כדי לשנות את תכונות פני השטח, יצירת מחסום הממזער התנגדות בין חלקים נעים, מגן מפני ללבוש, ומפחית את האנרגיה הנדרשת כדי לקיים תנועה.

הפיזיקה של פריצה ואנרגיה אובדן במערכות מכניות

פריצה היא הכוח הנגדי המתנגד לתנועות יחסית בין שני משטחים במגע. במערכות מכניות, חיכוך מתבטא במספר צורות: חיכוך בין רכיבים כמו טבעות פיסטון וקירות גליל, חיכוך מתגלגל במשבים, וחיכוך מולקו בממשקים נוזליים-מפרקים, ולכן האנרגיה שאבדה לחיכוך, מוזנחת כחום, מה שמוביל ליעילות מופחתת, דלק או לצריכת חשמל, עד 40% בלבד, הוא לא פחות מצריכת אנרגיה מתקדמת, אלא רק ל- 30 אחוזים, עד ל-4% מהחומרים, עד ל-4% מהחומרים, עד ל-4% בלבד.

עקומת Stribeck היא מושג בסיסי בטריבולוגיה המתארת כיצד חיכוך coefficient משתנה עם משטר סיכה, עומס, מהירות סלפטינג יכול לשנות את נקודת התפעול על עקומה זו על ידי צמצום חיכוך הגבול וקידום תערובת או הידרודינמיקה מעורבבת. על ידי הורדת החיכוך coefficient מערכים אופייניים של 0.1 עד 0.2 עבור משטחים לא ממונעים עד 0.001 ל-05 עבור פני השטח, במיוחד, 000 גבוה, 000, 000, 000 גבוה, 000, 000, 000, 000, 000 גבוה, 000.

סוגים של חיפוי נמוך

מגוון רחב של חומרי ציפוי וטכנולוגיות מחיקה פותח כדי לטפל בחיכוך הספציפי ולעוס אתגרים של מערכות מכניות שונות.הבחירה של ציפוי תלויה בגורמים כגון טמפרטורה הפעלה, עומס, מהירות, תנאים סביבתיים, ואת החומר substrate.

פלדה דמוי פחמן (DLC)

ציפוי פחמן דמוי יהלום הם בין הפתרונות המאומץים ביותר להפחתה באפליקציות ביצועים גבוהים. DLC הוא צורה מטבולית של פחמן אמורפי שמשלבת את הקשיות של היהלום עם החיכוך הנמוך של גרפיט.ציפוי אלה מציגים חיכוך נמוך מאוד, לעתים קרובות מתחת ל-0 בתנאים יבשים, וניתן להתאים אותם על ידי התאמת יחס פחמן כפול / קיבולת מימן ותכנים של DLCFicial (כגון מחסנים) באמצעות צינורות חשמליים (DLC) באמצעות ריצוף חשמלי).

Graphene and Two-Dimensional Materials

Graphene, שכבת פחמן אטומית יחידה מסודרים בלחיצת hexagonal, צמח כחומר מהפכני עבור יישומים מיקרובולוגיים.שילוב ייחודי של כוח מכני גבוה, אינרציה כימית, ו lubricity טבועה הופכת אותו למועמד אידיאלי עבור ציפויים אולטרה-תמאטים (Gatephene ציפויים חשמליים) אשר ניתן ליישם באמצעות ציפויים כימיים (CVD), נוזל הפחתה יעילה במיוחד על ידי ציפוי מתכתי גרף נמוך, 000 גרף נמוך.

PTFE ו- Polymer-based Coatings

Polytetrafluoroethylene (PTFE), הידוע ביותר על ידי שם המותג Teflon, הוא סיבים סינתטיים מול נחושת אולטרה-פולמוריד עם תכונות חריגות non- מקלות ו-PTFE מציג תווך נמוך מאוד של חיכוך, בדרך כלל בטווח של 0.04 עד 0.10, והם בעלי אינרציה כימית, מה שהופך אותם מתאימים לסביבות corrosive.

Molybdenum Disulfide (MoS ⁇ ) ו Solid Lubricant Coatings

Molybdenum disulfide הוא סיכה מוצק קלאסי כי כבר בשימוש במשך עשרות שנים ביישומים תובעניים.מבנה גבישי lamellar, דומה גרפיט, המאפשר שכבות בודדות להחליק בקלות על אחד תחת כוחות Shear. MoS ⁇ s מוחלים על ידי sputtering, כוויות, או כמו סרט קשר עם resingas ⁇ s גבוה, שבו ציפויים גבוהים יותר, 000 ⁇ nbungsives.

מנגנוני חנינה

קידודים מפחיתים את החיכוך באמצעות כמה מנגנונים מקושרים שמשנים את ממשק המגע בין משטחים נעים.המנגנון הישיר ביותר הוא יצירת שכבת שחרור נמוכה, אשר שומרת על תנועה יחסית עם התנגדות מינימלית.זהו העיקרון מאחורי lubricants מוצקות lamellar כמו MoS ⁇ וגרף- מצופה ממשטח חזק יותר, כמו גם ציפויים מבוססי פולימרניים, אשר מחלחלים באופן מפלסטיק על פני השטח.

הטופוגרפיה של הציפוי גם ממלא תפקיד קריטי.קאטים ניתן ליישם כדי למלא את עמקי פני השטח ולהקטין את החוספס שורש-mean-square, אשר מוריד ישירות את החיכוך coefficient על ידי צמצום שילוב של אספרנסים. יתר על כן, תאימות כימית של הציפוי עם lubricants משפרת את היווצרות של tribofilms יציב, שיפור הגבול lubrit.

צריכת אנרגיה ויציבות צוברים כמות

היחסים בין הפחתה חיכוך וחיסכון באנרגיה מתועדים היטב על פני מגזרים רבים.במנועי בעירה פנימית, למשל, ציפוי DLC על טבעות פיסטון וקווירי גליל הוכח להפחית את צריכת הדלק ב-2 עד 5 אחוזים מתחת מחזורי נהיגה סטנדרטיים.במנועי דיזל כבדים, החיסכון יכול להיות אפילו גדול יותר, עם שיפורים של עד 10% בתנאים תפעוליים מסוימים.

מעבר לתחבורה, מכונות תעשייתיות מרוויחות יעילות הנגרמות על ידי ציפוי, משאבות, דחוסים ומעריצים אחראים על נתח גדול של שימוש בחשמל תעשייתי.על ידי צמצום החיכוך בחיתולים, נושאים ורכיבי שסתום, ציפויים יכולים להוריד את הכוח הדרוש כדי להניע את המכונות הללו ב-3 עד 8 אחוזים, בהתאם ליישום, לתהליכי ייצור כגון הטמעת השקעות, חדירה, ציפויים, מת ויצרו כלי אנרגיה מופחתים ולהפחית את כוח האדם, כלומר, להפחית את מספר שבועות: 0 חודשים של כוח האדם, כלומר, כלומר, ירידה של כוחם של עלויות הכוח של כוח האדם, ירידה של כוח האדם, ירידה של כוח האדם, ירידה של 1 עד 8 חודשים, ירידה של צריכת החשמל או ירידה של 1 עד 8 חודשים, כלומר, ירידה של עלויות הייצור, ירידה של 1 חודשים.

יישומים בתעשייה

רכב

תעשיית הרכב היא הצרכן הגדול ביותר של ציפויים נמוכים. יישומי מפתח כוללים טבעות piston, cylinder קורס, דפי יד, רכיבי רכבת שסתום, ו הילוכים שידור. ציפוי DLC הם עכשיו סטנדרטיים רבים ביצועים גבוהים וכלי רכב יוקרה, והשימוש שלהם הוא מתרחב לתוך מנועים הזרם המרכזי כדי לעמוד בתקנות כלכלת דלק.בנוסף להפחתה חיכוך, ציפויים מפני חנק, מימן קורוזי, ודרישות חשמליות נמוכה, כלומר, לחץ חשמליות, כלומר, לחץ דם, לחץ על מנת להתאים טמפרטורות חשמליות, כמו גם דרישות טמפרטורות חשמליות.

חללי תעופה

יישומים אוויריים דורשים אמינות קיצונית וביצועים תחת טווחי טמפרטורה רחבים, ואקום גבוה ועומסים גבוהים. MoS ⁇ ו- WS ⁇ משמשים על ציוד נחיתה, מתעמלים מפלים ורכיבי מנוע טורבינות. ציפוי DLC מוחלים על מערכות דלק, משאבות הידראוליות, ו- Fasteners כדי להפחית את החיכוך ולמנוע מנגנוני לווייניבה, דלות גזים להבטיח את הציפויות הרגישות וחיסכון של כלי רכב רגישים ממנועי דלק מופחתים.

ייצור תעשייתי

בייצור, ציפויים מוחלים על יצירת כלים, חיתוך כלים, מת, ותבניות. ציפויים קשים כמו titanium nitride (TiN), chromium nitride (CrN), ואלומיניום chromium nitride (אלקר) משמשים כדי להפחית את החיכוך וללבוש בפעילות מאצ'ינג, המאפשר מהירויות גבוהות יותר ושיפור פני השטח.

מכשירים רפואיים

מכשירים רפואיים עם חלקים נעים, כגון מכשירים כירורגיים, שתלים וציוד אבחון, ליהנות ציפויים נמוכים PTFE ו ציפוי DLC משמשים על קטרים, חוטים, והשתלות אורתופדיים כדי להפחית חיכוך נגד רקמות ולשפר את התוצאות של המטופל. בשסתום לב מכני וחליפים משותפים, ללבוש התנגדות והתאמה ביולוגית הם גם מנעו מתקפלים, מסייעות למנוע קורוזיציה ודלקתיות, לחץ דם חיידקני, וקצב בטיחותיבית.

בחירת ה- Right Coating

בחירת הציפוי האופטימלי עבור מערכת מכנית מסוימת דורש הבנה מעמיקה של התנאים התפעוליים. קריטריונים בחירה מפתח כוללים לחץ מגע, מהירות סליעה, טווח טמפרטורה, חשיפה סביבתית (הוויה, כימיקלים, ואקום), והתאמה עם lubricants. לדוגמה, ציפוי DLC הם מצוינים עבור עדשות הפעלה יבש או מלוטשות קלות בטמפרטורות בינוניות, אבל הם יכולים לפענוח בחמצן במהירות גבוהה יותר מ רזולוציה של 400 מעלות צלזיוס.

שיטות יישום

הביצועים של ציפוי נמוך-פריון תלוי לא רק על ההרכב שלה, אלא גם על שיטת המחיקה.טכניקות נפוצות כוללות את התנוחה פיזית vapor (PVD), נפיחות כימית (CVD), פלסמה-enhanced CVD, sputtering, ריסוס תרמי ו-Gal שיטות. כל טכניקה מציעה יתרונות נפרדים במונחים של ציפוי, חיפוי, משטחים, וכיסוי שימושי עבור ציפויים קשים.

מגמות עתידיות וטכנולוגיות מתפתחות

מחקר בטריבולוגיה ממשיך לדחוף את הגבולות של ביצועי הציפוי.כיוון מבטיח אחד הוא פיתוח של (FLT:0) ציפויים חכמים או ציפוי חכם FLT:1 שיכול להגיב לשינוי תנאי הפעלה.לדוגמה, ציפויים המשחררים סיכה תחת טמפרטורה גבוהה או לחץ, או כי עצמי לאחר ללבוש טרנד נוסף הוא השימוש של nanostructured וננוקום כי משלבים מספר רב של תכונות פיתוח קשיחות והשגת חומרים חדשים של פיתוח עצמי לאחר ללבוש.

מסקנה

החל ציפויים לרכיבים מכניים הוא אסטרטגיה מוכחת להפחית את החיכוך והצריכת האנרגיה, לשפר את עמידות, ולהרחיב מרווחי תחזוקה. מן הציפוי דמויי פחמן וגביע גראפן, המאפשרים למנועי הדור הבא ומטוסים, למהנדסים PTFE וציפוי סיכה מוצקים לשמירה על יעילות תעשייתית יעילה יותר, הנדסה פני השטח ממלא תפקיד חיוני בעיצוב מכני מודרני.

(ב) [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה] [ה]]][ה]]][ה]] ל[ה] [ה][ה]]][ה]]]][ה[[המאה ה-1], [ה[[המאה ה-20]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]