Šildomos plokštės, kuri nuolat slysta nuo abrazyvinių, stiklu užpildytų polimerų, turi būti kietesnio už patį abrazyvinį paviršių. Beelektrinis nikeliavimas jau seniai buvo darbo arkliukas, bet daug plonesnė, tamsesnė ir, atrodo, subtilesnė danga -chromo nitridas, padengta garų nusodinimo procesu-, dabar yra iššūkis savo karūnai. Suprasdamas,CrN ir beelektrinio nikelio dangos nusidėvėjimo plokštelėEksploatacinių savybių skirtumai yra labai svarbūs inžinieriams, nurodantiems plokštes didelio susidėvėjimo suspaudimo formavimo ar medžiagų tvarkymo srityse.
„The Wear Challenge on Platens“.
Stiklo armuoto termoplastiko (pvz., LFT), lakštinio formavimo mišinio arba abrazyvinių kompozitinių medžiagų presavimui naudojamos plokštės yra nuolat slystamos su tekančiais polimerais, kuriuose yra kieto stiklo pluošto (iki 50 % masės). Pluoštai veikia kaip mikroskopiniai pjovimo įrankiai, laikui bėgant trindami plokštelės paviršių. Susidėvėjusi plokštelė praranda plokštumą, gamina nevienodas dalis ir ją reikia brangiai atnaujinti arba pakeisti. Todėl paviršiaus danga ar apdorojimas turi užtikrinti išskirtinį kietumą, mažą trintį ir šiluminį stabilumą.
Beelektrinis nikelio (EN) dengimas: tradicinis darbinis arkliukas
Beelektrinis nikeliavimas yra autokatalizinis cheminis nusodinimo procesas, kurio metu susidaro vienodas amorfinis nikelio ir fosforo (Ni-P) lydinio sluoksnis. Skirtingai nuo galvanizavimo, jai nereikia išorinio srovės šaltinio, todėl galima tolygiai padengti sudėtingas formas ir vidines angas. Dangos storis paprastai yra 25–75 µm (0,001–0,003 colio), kuris yra didelis ir suteikia tam tikrą „kūno“ laipsnį, kad būtų atsparus giliam įbrėžimui.
Beelektrinio nikelio kietumas:
Nusodintas (be terminio apdorojimo): maždaug 500–600 HV (Vickerso kietumas).
Po terminio apdorojimo 400 laipsnių temperatūroje 1 valandą: Ni-P fazė virsta nikelio fosfidu (Ni₃P), padidindama kietumą iki900–1000 HV(apie 65–69 HRC).
Tolesnis terminis apdorojimas gali šiek tiek padidinti kietumą, tačiau gali iškreipti arba suminkštėti apatinis plienas.
EN užtikrina gerą atsparumą dilimui ir puikią apsaugą nuo korozijos silpnai rūgštinėje arba šarminėje aplinkoje. Jis turi vidutinį trinties koeficientą (≈0,4–0,5 prieš plieną). Tačiau jo kietumas ribojamas iki maždaug 1000 HV, o tai tik šiek tiek kietesnis už daugelį abrazyvinių stiklo pluoštų (≈600–800 HV natrio kalkių stiklui). Laikui bėgant, pluoštai gali subraižyti ir nusidėvėti per EN sluoksnį.
Chromo nitrido (CrN) PVD danga: keraminiai šarvai
Chromo nitridas (CrN) yra keraminė danga, padengta fiziniu garų nusodinimu (PVD). PVD procese chromo metalas išgarinamas (purškiant arba garinant lanku) azoto turinčioje vakuuminėje kameroje. Chromas reaguoja su azotu ir sudaro tankų kristalinį CrN sluoksnį ant pagrindo paviršiaus. Dangos storis yra daug plonesnis nei įprastai EN{3}}2–5 µm(0,00008–0,0002 colio)-tačiau jo veikimas priklauso nuo ypatingo kietumo ir mažos trinties.
CrN dangos kietumas:
Kaip deponuotas:2000–2400 HV(priklausomai nuo nusodinimo parametrų ir stechiometrijos).
Kai kurie pažangūs CrN variantai (pvz., AlCrN, CrAlN) gali viršyti 3000 HV.
Tai maždaug 2–2,5 karto kietesnis nei termiškai apdorotas beelektrinis nikelis.
CrN yra mikroskopinis keraminių šarvų apvalkalas. Jo kietumas viršija daugumos abrazyvinių dalelių kietumą, įskaitant stiklo pluoštą (≈600 HV), kvarcinį smėlį (≈1000 HV) ir net grūdintą įrankių plieną (≈700–900 HV). Dėl to abrazyviniai pluoštai slysta per dangą jos neįpjaunant ir nesubraižant.
Mažas trinties koeficientas
CrN taip pat pasižymi labai mažu trinties koeficientu (COF). Prieš plieną ar polimerą, sausas slydimas COF paprastai yra0.2–0.3, palyginti su 0,4–0,5 beelektrinio nikelio. Mažesnė trintis sumažina šilumos susidarymą slydimo sąsajoje, sumažina polimero sukibimą (prilipimą) ir dar labiau pailgina dangos tarnavimo laiką. Ypatingo kietumo ir mažos trinties derinys daro CrN ypač veiksmingą slankiojant dideliu greičiu arba aukštu slėgiu.
Našumas aukštoje temperatūroje: pagrindinis skirtumas
Daugelis susidėvėjusių plokščių veikia aukštesnėje temperatūroje{0}}dažnai 150–250 laipsnių termoreaktingam arba termoplastiniam liejimui. Beelektrinis nikelis pradeda minkštėti ir praranda kietumą virš maždaug 300 laipsnių. Dar svarbiau, kad ilgalaikis aukštesnės nei 200 laipsnių temperatūros poveikis gali sukelti difuziją ir oksidaciją, palaipsniui mažindamas dangos atsparumą dilimui.
CrN, kaip keramika, išlaiko savo kietumą ir cheminį stabilumą iki700-800 laipsnių. Jo mechaninės savybės iš esmės nepakito tipiškame plokštelės veikimo diapazone. Dėl to CrN yra puikus pasirinkimas aukštos temperatūros abrazyvinėje aplinkoje.
Kompromisai: storis ir substrato suderinamumas
Plona danga – mažesnė tolerancija giliam įpjovimui
CrN sluoksnis yra tik kelių mikronų storio. Nors jis yra labai kietas, jis negali sugerti gilių įbrėžimų ar įbrėžimų, kurie prasiskverbia pro dangą. Jei kieta dalelė (pvz., sulūžusi įrankio skeveldra arba grūdinto plieno gabalas) velkama per plokštelę, ji gali perpjauti ploną CrN sluoksnį ir atskleisti apatinį plieną. Priešingai, 50 µm beelektrinio nikelio sluoksnis suteikia daug storesnę aukos barjerą. Tačiau įprastam pakabinamo stiklo pluošto,{7}}kurie yra maži (10–100 µm) ir nėra labai agresyvūs kaip atskiros dalelės,{10}}dėvėjimuisi, CrN dangos yra daugiau nei pakankamos.
Substrato temperatūros jautrumas nusodinimo metu
PVD CrN nusodinimas paprastai atliekamas aukštesnėje temperatūroje400-500 laipsnių. Ši temperatūra gali turėti įtakos apatinės plieninės plokštės terminiam apdorojimui (temperatūrai). Pavyzdžiui, plokštė, pagaminta iš įrankių plieno, pvz., H13 (sukietinta ir grūdinta 550–600 laipsnių), gali šiek tiek suminkštėti, jei PVD procesas viršija grūdinimo temperatūrą. Todėl pagrindo grūdinimo temperatūra turi būti aukštesnė nei PVD nusodinimo temperatūra, arba plokštelė turi būti pakartotinai termiškai apdorota po padengimo. Beelektrinis nikelis nusodinamas daug žemesnėje temperatūroje (paprastai 80–95 laipsniai), be terminio poveikio pagrindui.
Apsauga nuo korozijos
Beelektrinis nikelis užtikrina puikią vienodą apsaugą nuo korozijos, net jei danga yra šiek tiek porėta. CrN taip pat yra atsparus korozijai (yra tanki keramika), tačiau dėl savo labai plonos prigimties bet kokia skylutė ar įbrėžimas atidengia plieną. Labai ėsdinančioje aplinkoje (pvz., rūgštinėje arba druskingoje aplinkoje) gali būti teikiama pirmenybė EN. Tačiau dėl sauso abrazyvinio susidėvėjimo liejimo srityse korozija retai yra pagrindinė problema.
Veiklos suvestinė: CrN ir beelektrinis nikelis ant nusidėvėjimo plokštelės
| Turtas | Beelektrinis nikelis (termiškai apdorotas) | CrN (PVD) |
|---|---|---|
| Storis (tipiškas) | 25–75 µm | 2–5 µm |
| Kietumas (HV) | 900–1000 | 2000–2400 |
| Trinties koeficientas (sausas) | 0.4–0.5 | 0.2–0.3 |
| Maksimali eksploatacinė temperatūra | ~300 laipsnių (minkštėja virš 200 laipsnių) | >700 laipsnių |
| Atsparumas dilimui (stiklo pluoštas) | Geras (bet laikui bėgant nusidėvi) | Puikus (kietesnis nei abrazyvinis) |
| Tolerancija giliam įpjovimui | Aukšta (storesnė danga) | Žemas (plona danga) |
| Nusodinimo temperatūra | 80-95 laipsnių | 400–500 laipsnių (turi įtakos substrato temperatūrai) |
| Atsparumas korozijai | Puikus (vienodas, storas) | Geras (plonas, bet tankus) |
| Santykinė kaina | Vidutinis | Aukštesnė (PVD įranga) |
Taikymo gairės
Pasirinkite CrN PVD dangą, kai:
Pagrindinis nusidėvėjimo mechanizmas yra abrazyvinis slydimas nuo stiklo pluošto, mineralinių užpildų ar kietųjų dalelių.
Plokštelė veikia aukštesnėje temperatūroje (150–300 laipsnių).
Norint sumažinti lipnumą ir įkaitimą, reikia mažos trinties.
Pagrindo plienas yra suderinamas su aukštos temperatūros PVD apdorojimu (pvz., H13, D2 arba nerūdijantis plienas su aukšta grūdinimo temperatūra).
Šiek tiek didesnės pradinės išlaidos yra priimtinos, siekiant pailginti plokštelės tarnavimo laiką ir sumažinti prastovos laiką.
Pasirinkite beelektrinį nikelį, kai:
Atsparumas korozijai yra toks pat svarbus kaip ir atsparumas dilimui (pvz., drėgnoje ar rūgštinėje aplinkoje).
Plokštelė yra sudėtingų formų arba vidinių praėjimų, kuriems reikalinga vienoda danga.
Substratas negali toleruoti 400–500 laipsnių PVD proceso.
Reikalingas storesnis aukos sluoksnis, kad kartais atlaikytų dideles šiukšles ar smūgio žalą.
Biudžeto apribojimai skatina pigesnį ir patikrintą sprendimą.
Išvada
Reikalingiausiam abrazyviniam nusidėvėjimui PVD CrN danga užtikrina tokį kietumo ir terminio stabilumo lygį, kuris pranoksta net geriausią beelektrinį nikelį, paverčiant plokštelės paviršių beveik nepralaidžiu ekranu. TheCrN ir beelektrinio nikelio dangos nusidėvėjimo plokštelėpalyginimas aiškiai rodo, kad nors beelektrinis nikelis pasižymi geru atsparumu dilimui ir puikia apsauga nuo korozijos su storu, atlaidžiu sluoksniu, CrN pasižymi itin dideliu kietumu (2000–2400 HV), mažu trinties koeficientu ir išskirtiniu veikimu aukštoje temperatūroje. Kompromisai yra daug plonesnė danga (2–5 µm), kuri mažiau toleruoja gilų įpjovimą, ir nusodinimo procesas, kuriam reikalingas substrato temperatūros suderinamumas. Apsaugos nuo nusidėvėjimo ateitis yra tik mikronų storio, o CrN yra pagrindinis šios tendencijos pavyzdys.
