Nanotechnology의 사용은 Gear Surface Properties를 강화하기 위해

Gears의 나노 기술 소개

나노 기술, 원자 또는 분자 규모 (일반적으로 1 ~ 100 나노 미터)의 문제의 조작은 기계 공학에서 강력한 도구로 등장했습니다. 기어는 자동차 변속기 및 항공기 엔진에서 산업용 로봇 및 풍력 터빈에 이르기까지 다양한 기계의 기본 구성 요소입니다. 그들의 표면 특성은 직접 효율성, 소음, 진동 및 서비스 수명에 영향을 미칩니다. 나노 기술을 적용하여 기어 표면에 대한 엔지니어링을 적용함으로써 엔지니어는 기존 금속 또는 금속 또는 금속의 수축 또는 나노 재료의 성능 향상을 달성 할 수 있습니다. 이 제품은 나노 기술 및 나노 기술에 대한 새로운 성능 향상을 위해 나노 기술을 확장하고 나노 기술을 확장하는 방법을 탐구합니다.

Gear Surface Enhancement에 대한 주요 Nanomaterials

다양한 나노 물질은 기어 표면 특성을 개선하기 위해 탐구되고 배치되었습니다. 각은 명백한 화학 및 기계적 이점을 가져옵니다 :

다이아몬드-레이크 탄소 (DLC): DLC 코팅은 매우 낮은 마찰 계수 (0.0 0.02 만큼 낮은) 및 극단적인 경도를 전시합니다. 나노 스케일 박막으로 적용할 때 DLC는 크게 적재된 기어 접촉에서 미끄러지는 착용과 스카프를 감소시킵니다.
금속분해(MoS2, WS2):] 이층 재료는 우수한 단단한 윤활을 제공합니다. 몰리브덴 탈황제 또는 텅스텐분해의 나노 입자는 기어 표면 또는 윤활유에 내장되어 마찰을 줄이고 금속분해를 방지하는 저미지면을 만듭니다.
그래핀과 탄소 나노 튜브 (CNT): 그래핀의 높은 인장 강도 및 열전도율은 기어의 치아 표면을 강화하기에 이상적입니다. CNT는 코팅 또는 윤활유에 첨가하여 적재 능력과 열 분산을 개선합니다.
세라믹 나노 입자(Al2O3, Si3N4, TiO2):] 금속 매트릭스로 세라믹 나노 입자를 분산(예: 전자화 니켈 또는 구리)는 우수한 마모 저항 및 부식 보호와 복합 코팅을 만듭니다.
Nanostructured Hard Coating (TiN, CrN, TiAlN):] 나노층 질화물의 물리적 기증기 증착 (PVD)는 연마 및 접착 마모에 저항하는 강력하고 낮은 마찰 표면 층을 제공합니다.

Gear Surface용 나노기술의 장점

내구성과 피로 수명 증가

나노코팅과 나노구조 표면은 극적으로 미세 균열의 시작과 전파를 감소시킵니다. 예를 들어, 2 ~ 3 μm DLC 코팅은 높은 접촉 응력에서 100 %까지 기어의 박동 수명을 연장 할 수 있습니다. 나노 스케일 곡물 경계는 처리 기어의 유효 경도를 높이는 데있어 탈부착 운동을 방해합니다.

감소된 마찰 및 에너지 손실

기계 시스템에서 에너지 낭비의 실질적인 부분을 위한 기어 박스 계정에 있는 마찰 손실. 특히 MoS2 또는 graphene ‐ enhanced 코팅과 같은 자체 윤활 특성을 가진 나노 구조상 표면은, uncoated 강철과 비교된 30-50 %에 의하여 마찰의 계수를 낮출 수 있습니다. 이 직접 열 발생, 낮은 작용 온도 및 저하 연료 또는 전기 저축을 감소시키기 위하여 번역합니다.

부식과 산화 저항

, 바다, 또는 화학적으로 공격적인 환경에서 작동하는 장치는 녹과 피하기 위하여 머리말입니다. 반토 또는 실리카에 근거를 둔 Nanocomposite 코팅은 기질에 도달에서 부식성 대리인을 방지하는 조밀한, 비활성 장벽을 제공합니다. 게다가, 특정 nanomaterials (예를들면, cerium 산화물 nanoparticles)는 장치 금속과 윤활유 둘 다의 자유로운 급류 그리고 느린 산화 탈질을 넓힐 수 있습니다.

향상된 윤활 레임

나노 입자는 오일 또는 그리스 기능에 추가 “nano-bearings,” asperities와 접촉 인터페이스를 부드럽게. 그들은 또한 금속 표면에 입금, 작업 중 자체를 보충하는 보호 tribofilm 형성. 이 하이브리드 고체 액체 윤활 효과는 특히 기어 시작, 폐쇄, 또는 순간 하중 중 공통 경계 및 혼합 윤활 요법에 유용합니다.

Nanotechnology to Gears에 적용하는 기술

나노코팅을 통해 Vapor Deposition

물리적 증기 증착 (PVD) 및 화학 증기 증착 (CVD)은 얇은 (0.5 ~ 5 μm) 나노 복합 코팅에 널리 사용됩니다. 자석 ron sputtering 또는 cathodic arc 증발과 같은 PVD 공정은 DLC, TiN 또는 CrN의 Dense, 잘 ‐ 접착 층을 만들거나 장치 치아 표면에 CrN. 플라즈마 ‐ enhanced CVD (PECVD)를 포함한 CVD 방법은 내부 장치와 두께를 정확하게 제어 할 수 있습니다. 내부 장치와 복잡한 형상에 정밀한 제어를 허용하십시오.

Nanostructured 표면 질감

레이저 표면 처리 (LST) 및 샷 페닝은 기어 플랜지에 일반 나노 스케일 패턴 (dimples, 홈, 또는 기둥)을 만들 수 있습니다. 이 질감은 오일 리서치와 트랩 마모 파편으로 작동하며 마찰을 줄이고 세 번째 바디 마포를 방지합니다. 후속 나노 코팅과 결합하면 이점은 첨가제로 작성되고 코팅 된 기어는 60 % 낮은 마찰을 견딜 수 있습니다.

윤활유 및 표면층의 나노 입자를 침몰

이 제품은 주로 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전자, 전화, 전화, 전화, 전화, 전화, 전화, 전화, 전화, 팩스, 전화, 전화, 전화, 이메일, 전화, 전화, 팩스, 이메일, 이메일, 이메일, 전화, 전화, 전화, 이메일, 이메일, 이메일, 전화, 전화, 전화, 전화, 전화, 전화, 전화, 전화, 전화, 팩스, 이메일, 전화, 전화, 팩스, 이메일, 전화, 이메일, 팩스, 전화, 전화, 이메일, 이메일, 이메일, 이메일, 이메일, 이메일, 팩스, 이메일, 이메일

Sol‐Gel 및 스프레이 코팅 방법

대형 기어 또는 필드 수리를 위해 sol-gel 코팅은 나노 스케일 세라믹 필름을 생산하기 위해 액체 ‐ 단계 노선을 제공합니다. Precursor 솔루션은 분사, 담근 또는 회전이 기어에 섞여, 그 후에 열으로 경화 된 하드 산화물 층 (예 : TiO2 또는 ZrO2)을 형성합니다. 두께 제어가 PVD보다 덜 정확하지만, sol-gel 코팅은 situ에 적용 할 수 있으며, 성능이 향상됩니다.

도전과제

약속에도 불구하고 나노 기술 통합은 여러 장애물을 직면 :

Cost and Scalability: PVD/CVD 장비 및 고순도 나노 입자가 비싸다. 자동차용 나노 코팅 기어의 경제 대량 생산 또는 소비자용 응용 분야는 더 공정 혁신을 필요로 한다.
코팅 접착력과 일관성: 얇은 나노코팅은 높은 헤르쯔안 접촉 응력(최대 몇 GPa)과 순환 굽힘을 견딜 수 있어야 합니다. 포로 접착은 탈락과 백내장 실패로 이어질 수 있습니다. 고급 인터레이어 디자인과 표면 활성화는 결합을 개선하기 위해 개발되고 있습니다.
환경과 건강환경:] 나노 입자는 제조 또는 처리 중에 흡입되거나 풀어 놓일 경우 독성이 될 수 있습니다. 폐회로 공정 및 적절한 폐기물 관리는 노동자 안전과 생태 보호에 필수적입니다.
나노 구조의 긴 틸트 내구성:] 나노 텍스처 마모 또는 나노 입자가 부풀어 져서 시간이 지남에 따라 나노 구조 표면이 약간 나타났습니다. 연구는 가동 중에 신선한 나노 입자를 방출하는 재생 코팅에 초점을 맞추고 있습니다 (예를 들어, 임베디드 저수지).
표준화 및 테스트: 기어에 나노코팅 성능에 대한 업계 전체 표준의 부족이 있다. 현실적 부하, 속도, 온도의 수명 테스트는 항공 우주 또는 의료 기기와 같은 중요한 응용 분야에 대한 자격에 대한 시간 조정이지만 필요한.

미래 지향과 Emerging Research

Nano-Reservoirs를 가진 각자 윤활 장치

연구자들은 고체 윤활유 나노 입자를 위한 공기통제로 작용하는 마이크로 ‐ 또는 나노 다공성 표면으로 기어를 개발하고 있습니다. 하중에서, 모공은 접촉 지역에 윤활유를 방출합니다; 유휴 기간 동안, 모세관 힘은 물자 재 흡수합니다. 이 mimics 생물학 윤활 시스템은 특정 저하 짐 변속기에 있는 기름을 위한 필요를 삭제할 수 있었습니다.

Sensing Capabilities를 사용한 스마트 코팅

나노컴포사이트 코팅은 전도성 나노 입자 (예 : 탄소 나노 튜브)로 착용 센서로 두 배로 나뉩니다. 기어 이스에서 전기 저항의 변화를 모니터링함으로써 엔지니어는 실제 시간에 인시적 스패킹 또는 스핑을 감지 할 수 있습니다. 이러한 "intelligent" 기어 표면은 예측 유지 보수를 활성화하고 가동 시간을 단축 할 수 있습니다.

하이브리드 윤활 시스템

나노 입자 ‐ 엔 한드 오일과 나노 코팅 기어를 결합하여 시너지 효과를 제공합니다. 코팅은 영구적 인 기본 성능을 제공하며 첨가제 패키지는 운영 조건을 다루기 위해 적응합니다. 초기 테스트는 흑연 ‐ 오일 서스펜션과 달리 DLC ‐ 코팅 기어가 경계 윤활 아래 0.01 미만의 마찰 계수를 달성합니다.

Biomimetic 나노 구축

수많은 잎과 상어 피부에 의해 영감을 얻은 엔지니어는 오염 물질을 제거하고 기름 확산을 촉진하는 계층화 나노 텍스처와 기어 표면을 설계하고 있습니다. 레이저 유도 된 정기적 인 표면 구조 (LIPSS)는 식품 가공 장비에서 마찰 및 항균 성장을 줄이기 위해 패턴을 만드는 강철 기어의 고속에서 생산 될 수 있습니다.