PVD premazi pružaju zaštitu od habanja i korozije za vretena haubica

Prezentacija fotografija koje prate tekst na linku.

Problem s kojim se susretala američka vojska bio je taj što habanje i korozija zahtijevaju da artiljerijsko osoblje zamijeni vretena sa prevlakom od hroma i prije nego što dođu do kraja roka trajanja. Vreteno je komponenta koja zapečaćuje komoru haubice kako bi čuvalo pritisak i spriječilo curenje plina na stražnjem dijelu. Historijski galvanizirane hromirane prevlake koristile su se na vretenima, ali habanje i korozija uzrokovali su probleme (poput gubitka zapečaćenja), što je dovelo do skraćenog vijeka vretena kada su haubice izložene tipičnoj upotrebi.

Na slici 1 (a) prikazana je obrađena komponenta vretena u podložnom stanju za konvencionalno Cr-pozlaćeno vreteno, dok slika 1 (b) prikazuje vreteno obrađeno PVD-om, zaštićeno CrN-om.

Cilj inženjera i naučnika iz američkog centra za istraživanje i razvoj naoružanja vojske u Benét Laboratories i Picatinny Arsenal bio je identificirati poboljšani sistem zaštite prevlaka za vretena. Vojska je izabrala 12 odvojenih sistema prevlaka za testiranje i evaluaciju. Rezultati vojske pokazali su da je od 12 sistema prevlaka pregledanih Phygen Coating Inc. CrN prevlaka pružala najbolju zaštitu od korozije i habanja.

PVD proces presvlaka – Fizičko taloženje isparavanja (PVD) uključuje isparavanje atoma iz čvrstog izvora, te transport i taloženje tih atoma na supstrat od interesa. Neki od najčešće korištenih PVD prevlaka su metalni nitridi, poput TiN, CrN, TiAlN i AlCrN, koji se stvaraju ispuštanjem niskog pritiska plina azota u PVD odlagalištu, omogućujući metalnim atomima isparenih iz metalne mete da reagiraju s azotnim gasom tokom taloženja na supstratu. PVD prevlake su obično debljine oko 1 do 6 mm (vidi sliku 2).

Isparavanje katodnih lukova (Cathodic Arc Evaporation – CAE) jedan je od najčešće korištenih, komercijalno dostupnih PVD procesa, jer proizvodi prevlake s ekstremno visokim nivoom adhezije, kohezije, gustoće i tvrdoće. Međutim, jedan nedostatak procesa katodnog luka je izbacivanje relativno velikih makročestica (veličine od oko 2-10 mm) iz ciljanog materijala. Te makročestice se mogu ugraditi u prevlaku (pogledajte sliku 3a).

Makročestice se formiraju kada neželjene kapljice tečnog metala istječu iz izvora luka i slete na supstrat tokom rasta prevlake. Kako su ove čestice slične veličine kao i debljina PVD premaza, a često se slabo prilijepe na podlogu, štetno utječu na intergritet prevlake i razlog su zbog kojeg većina PVD premaza pruža lošu zaštitu od korozije.

Phygen je patentirao modificirani CAE postupak nazvan Arc Plasma Acceleration (APA), koji može značajno smanjiti broj makročestica i drugih oštećenja unutar PVD prevlake (vidi sliku 3b) i time značajno poboljšati otpornost na koroziju.

U Tablici 1 prikazana je usporedba koju su vojni istraživači izveli u pogledu veličine i koncentracije makročestica u konvencionalnim PVD-slojevima i APA obloženim premazima.

APA proces koristi generator magnetskog polja kako bi stvorio magnetno polje karakterističnog oblika kvrga, koje omogućava pojačano hvatanje plazma čestica generiranih iz katodnog izvora. Pored toga, APA proces dopušta kontrolu rasta premaza kako intenzitetom bombardiranja jona (kroz kontrolu gustoće plazme) tako i energijom pristiglih čestica (kroz potencijal pristranosti supstrata).

Kritična točka za proces APA je osigurati da veliki broj iona bombardira površinu brzinom u određenom rasponu, tako da se podešavanjem tog raspona kristalne konfiguracije sa slabijim vezama mogu minimizirati uz očuvanje najjačih veza. To rezultira rastom guste i visoko teksturirane prevlake, koja ima nizak sadržaj oštećenja i odličnu metaluršku vezu s podlogom.

Phygen-ove PVD prevlake – u tabeli 2 navedeni su različite PVD prevlake dostupne na Phygen-u. Oznaka „plus“ označava da struktura prevlake uključuje srednji sloj nitriran sa ionom, koji može očvrsnuti površinski sloj u čeličnoj podlozi kako bi se podržao PVD premaz. Dupleksni CrN / DLC i CrN / SiC relativno su novi premazi koji pokazuju karakteristične površine podmazivanja, omogućujući im upotrebu u aplikacijama koje zahtijevaju čvrsto podmazivanje. Fotomikrografije koje prikazuju presjeke kroz ove dvoslojne prevlake prikazane su na slici 4, a pokazuju da ti dupleksni sastavi također proizvode izuzetno guste prevlake.

Rezultati ispitivanja američke vojske – Kao dio evaluacijskog postupka, američka vojska u Benét Laboratories usporedila je performanse premazivanja proizvedenih APA postupkom s konvencionalnim galvaniziranim hromom (debljine 12 mm i 40 mm) i bez-fosfornim niklom bez elektrode (40 mm debljina). Rezultati ispitivanja korozije i habanja opisani su u nastavku.

Zaštita od korozije – PVD premazi proizvedeni Phygen-ovim APA postupkom bili su jednoslojni CrN (debljina 3,5 mm) i dvostruki CrN/SiC premaz (ukupne debljine 3,5 mm). Laboratorijska ispitivanja korozije izvedena su u skladu sa GM9540P cikličnim korozijskim ispitivanjem, koji uključuje 30 ciklusa 16-satnog izlaganja otopinama hlorida na 49 stepeni celziusa. Rezultati su pokazali da su CrN PVD premazi i dupleksni PVD premazi CrN/SiC, proizvedeni primjenom APA postupka, pokazali značajno bolju otpornost na koroziju od hromiranih premaza i ekvivalentnu otpornost na koroziju na elektroenergetskoj fosfornoj I niklovanoj ploči (vidi sliku 5).

Za usporedbu s drugim PVD procesima, slike 5 (c) i (f) prikazuju isti protokol ispitivanja korozije za (c) konvencionalni crno naneseni katodni luk CrN; i (f) magnetronsko raspršivanje velike snage (High Impulse Magnetron Sputtering – HIPIMS) sa nasipom nitrida.

HIPIMS je PVD proces visoke gustoće snage za koji se pokazuje da stvara prevlake veće gustoće i značajno povećava otpornost na koroziju u odnosu na klasične PVD premaze. Imajte na umu da konvencionalna slika CrN na slici 5 (c) prati samo tri ciklusa, od mogućih od 30, što ilustrira nedostatak zaštite od korozije koja se isporučuje sa konvencionalnim katodnim lukom. Značajno poboljšanje zaštite od korozije ostvareno je postupkom HIPIMS u odnosu na konvencionalni luk, ali vojska je otkrila da su najbolje performanse među različitim premazima one koje su nanesene Phygen-ovim APA postupkom.

Otpornost na habanje – PVD premazi su ekstremno čvrsti (20-30 GPa) i to rezultira visokim nivoom otpornosti na habanje za PVD premaze (Tabela 3). Stope trošenja mjerene su tehnikom pin-on-disk. Izmjerene stope habanja za PVD premaze bile su oko 3,5 puta bolje od Ni-P bez elektrode i gotovo 40 puta bolje od galvaniziranog hroma.

Ispitivanje funkcionalnosti – Vitlasta vretena s obloženim haubicama testirana su u ispitnom centru u Aberdeenu; prvobitno su uključivala pucanje uživo u rasponu haubice, a kako bi simulirala borbene uvjete vretena su 30 dana bila izložena kaustičnim kiselinama i biproduktu kiselog goriva. Nakon toga uslijedila je još jedna runda pucanja i drugi tretman meteža.

Nakon ovog testiranja, konvencionalna vretena sa hromom su pokazala jaku koroziju, ali performanse Phygena sa PVD vretenom su bile znatno bolje. Nakon izbora Phygen-ovog prerađenog CrN-a iz originalnih 12 testiranih premaza, opsežnije testiranje uključivalo je ispaljivanje najagresivnijih krugova, zajedno s povremenim, cikličnim korozijskim testovima ubrzanim GM9540P u komori za okoliš.

Slike 6 (a) i 6 (b) su fotografije vretena obloženih Phygen-ovim CrN-om, a (c) i (d) prikazuju fotografije naslijeđenih vretena s crtanim slojem na kraju ubrzanog ispitivanja korozije, demonstrirajući superiorne performanse Phygen-ovog PVD-a obloženog vretena.

Sada američka vojska koristi vretena presvučena CrN-om proizvedenim postupkom Phygen, a službenici Picatinny Arsenal-a procijenili su uštedu od 5 miliona dolara tokom vijeka trajanja haubice M777A2, uz još veće uštede ako je primjenjena ova tehnologija PVD oblaganja na ostale artiljerijske sisteme.

Zaključak – Sve u svemu, laboratorijske studije i komercijalne primjene pokazale su da PVD tankoslojni premazi mogu pružiti odličnu zaštitu korekcije metalnim podlogama, tako da sadržaj nedostatka u premazu ostane nizak. Phygen-ov proces lučenja plazmom (APA) je jedna PVD tehnika koja može proizvesti premaze s ekstremno niskim nivoima oštećenja, a testiranje američke vojske pokazalo je da može nadmašiti uobičajene tretmane od hroma i osigurati odličnu zaštitu od habanja i korozije.

Originalan tekst možete pročitati na linku.

Autor

Sara Quraishi

View all posts

PVD premazi pružaju zaštitu od habanja i korozije za vretena haubica

Related Posts

Digitalizacija bez stresa: zašto mala preduzeća sve češće biraju cloud poslovanje

Proizvodnja 2030: Humanoidni roboti i autonomne fabrike

Amazon planira mega-investicije: Fokus na AI, robotiku, čipove i satelite

HBR: Da bi poboljšali svoj tim, prvo morate raditi na sebi

Ako želite biti nevjerovatno uspješni, shvatite cijenu potrebnu za to i platite je

Outsourcing u poslovanju znači manje troškove i bolje rezultate

Kategorije

Tel. +387 33 846 213
E-mail: info@www.pit.ba
| O nama | Oglašavajte se na PIT.ba

PVD premazi pružaju zaštitu od habanja i korozije za vretena haubica

Autor

Related Posts

Digitalizacija bez stresa: zašto mala preduzeća sve češće biraju cloud poslovanje

Proizvodnja 2030: Humanoidni roboti i autonomne fabrike

Amazon planira mega-investicije: Fokus na AI, robotiku, čipove i satelite

HBR: Da bi poboljšali svoj tim, prvo morate raditi na sebi

Ako želite biti nevjerovatno uspješni, shvatite cijenu potrebnu za to i platite je

Outsourcing u poslovanju znači manje troškove i bolje rezultate

Kategorije

Tel. +387 33 846 213 E-mail: info@www.pit.ba | O nama | Oglašavajte se na PIT.ba

Pratite nas

Tel. +387 33 846 213
E-mail: info@www.pit.ba
| O nama | Oglašavajte se na PIT.ba