मशीनिंग में TiAlN- आधारित कोटिंग्स के गुण और पहनने के तंत्र

मशीनिंग प्रक्रिया एक अत्यंत महत्वपूर्ण शोध विषय है क्योंकि यह विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रों के लिए उच्च परिशुद्धता और उच्च गुणवत्ता वाले पुर्जों के उत्पादन से संबंधित प्रक्रिया है। किए गए शोध के प्रमुख बिंदुओं में से एक प्रक्रिया सुधार है, जिसमें विभिन्न मशीनिंग कार्यों में टूल कोटिंग्स का निर्माण और अनुप्रयोग शामिल है। ये कोटिंग्स प्रक्रिया उत्पादकता और मशीनिंग टूल्स के सेवा जीवन को बेहतर बनाती हैं, और विभिन्न मशीनिंग अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए नई कोटिंग्स विकसित की जा रही हैं। उच्च प्रसंस्करण गति पर TiAlN कोटिंग्स के अद्भुत घिसाव प्रतिरोध और उच्च यांत्रिक गुणों, साथ ही उच्च प्रसंस्करण तापमान पर भी अच्छी तापीय स्थिरता और संक्षारण प्रतिरोध के कारण, TiAlN कोटिंग्स आज भी औद्योगिक अनुप्रयोगों में बहुत आम हैं। इस समीक्षा में, लेखकों ने TiAlN-आधारित कोटिंग्स के उपयोग पर एक व्यापक चर्चा प्रस्तुत की है, और इन प्रासंगिक कोटिंग्स के विकास से संबंधित नवीनतम जानकारी को एक संरचित और व्यवस्थित तरीके से एकत्रित और प्रस्तुत किया है।

मशीनिंग टूल कोटिंग्स का डिज़ाइन सिद्धांत उनकी संरचना और सूक्ष्म संरचना को नियंत्रित करके उनके यांत्रिक गुणों को वांछित आवश्यकताओं के अनुरूप ढालना है, ताकि वे विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा कर सकें। चित्र 1 में दर्शाए अनुसार, विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए कई प्रकार के कोटिंग डिज़ाइन उपलब्ध हैं।

विभिन्न प्रकार की कोटिंग संरचनाओं का चयन करके कई प्रकार की समस्याओं का समाधान किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एकल-परत कोटिंग की तुलना में बहु-परत कोटिंग का उपयोग उपकरण के प्रदर्शन में उल्लेखनीय सुधार ला सकता है। बहु-परत कोटिंग में दरारों के बढ़ने के प्रति प्रतिरोध क्षमता एकल-परत कोटिंग की तुलना में कहीं अधिक होती है। इसके अलावा, परतों की संख्या में वृद्धि से उपकरण की सतह की कठोरता जैसे गुणों में भी सुधार होता है। चित्र 2 विभिन्न कोटिंग संरचनाओं के सतही दरार प्रसार व्यवहार को दर्शाता है।

यह लेख नवीन कोटिंग्स पर केंद्रित है, विभिन्न स्रोतों से एकत्रित कोटिंग्स और उनके गुणों को दर्शाता है, और उन सामान्य घिसाव तंत्रों को दिखाता है जिनके द्वारा विभिन्न मिश्र धातुओं (स्टील, टाइटेनियम और निकल-आधारित मिश्र धातुओं सहित) की टर्निंग और मिलिंग में इन कोटिंग्स का पता लगाया जा सकता है। इन घिसाव तंत्रों का विश्लेषण मशीनिंग प्रक्रियाओं के सुधार और अनुकूलन के लिए अत्यंत मूल्यवान जानकारी प्रदान करता है। विशिष्ट लेपित उपकरण से कुछ प्रकार की मिश्र धातुओं की मशीनिंग करते समय, उपकरण के घिसाव के सामान्य रुझानों से इसकी पहचान की जा सकती है। उपकरण की सतह के घिसाव व्यवहार का मूल्यांकन आमतौर पर एसईएम द्वारा किया जाता है। नीचे चित्र 3 में दिखाए अनुसार, इनकॉनेल मिश्र धातु की मशीनिंग के बाद TiAlN लेपित मिलिंग कटर के घिसाव व्यवहार का अवलोकन किया जा सकता है।

TiAlN आधारित कोटिंग्स के अनुसंधान का मुख्य केंद्र इन कोटिंग्स में Ru, Mo और Ta जैसे तत्वों को मिलाकर इन्हें संशोधित करना है, क्योंकि इनमें यांत्रिक और घिसाव प्रतिरोधक गुणों को बेहतर बनाने की अपार क्षमता है। इन तत्वों को मिलाने से कोटिंग की संरचना भी प्रभावित होती है, जिससे कोटिंग का सेवा व्यवहार बेहतर होता है। चित्र 4 में विभिन्न रुथेनियम मात्रा वाली तीन TiAlN कोटिंग्स देखी जा सकती हैं, और परिणामों से पता चलता है कि रुथेनियम की मात्रा बढ़ने के साथ कोटिंग्स की संरचना अधिक एकरूप होती जाती है। इसके अतिरिक्त, इस लेख में इन सभी कोटिंग्स के यांत्रिक गुणों का मूल्यांकन किया गया है, और 7% रुथेनियम मात्रा वाली TiAlN कोटिंग सर्वोत्तम यांत्रिक गुण प्रदर्शित करती है। इन डोपिंग तत्वों पर अनुसंधान लोकप्रिय है और उपकरण कोटिंग के प्रदर्शन को बेहतर बनाने की अपार क्षमता रखता है। यह लेख नवीनतम और सबसे लोकप्रिय डोपिंग तत्वों का मूल्यांकन करता है, और इन कोटिंग्स के यांत्रिक गुणों (कोटिंग्स के घिसाव व्यवहार से संबंधित) के सामान्य मूल्यांकन मापदंडों का वर्णन करता है, जैसे: कठोरता, मजबूती, H/E अनुपात (श्यानता) और घर्षण गुणांक। इन मानों का उपयोग नवीन नैनोकंपोजिट्स और नैनो-TiAlN-आधारित कोटिंग्स के मूल्यांकन के लिए भी किया जाएगा।

TiAlN कोटिंग अनुसंधान में एक और प्रमुख प्रवृत्ति नई नैनोपरतों और नैनोकंपोजिट टूल कोटिंग्स का निर्माण है, क्योंकि पतली कोटिंग्स मशीनिंग में अनुप्रयोग प्रदर्शन को काफी हद तक बेहतर बना सकती हैं। विभिन्न मशीनिंग प्रक्रियाओं में इन कोटिंग्स को यांत्रिक गुणों को बढ़ाने और कोटिंग संरचना और गुणों, विशेष रूप से इसके घिसाव गुणों को सुधारने के लिए प्रदर्शित किया गया है। कोटिंग के घिसाव तंत्र के संबंध में, अध्ययन में पाया गया कि मिलिंग प्रक्रिया के दौरान मुख्य घिसाव तंत्र आसंजक घिसाव और अपघर्षक घिसाव हैं, हालांकि, नैनो-कोटिंग का उपयोग कोटिंग द्वारा होने वाले आसंजक नुकसान को कम कर सकता है। टर्निंग प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली कोटिंग्स आमतौर पर अपघर्षक घिसाव और घर्षण प्रदर्शित करती हैं, और कुछ कोटिंग्स आसंजक घिसाव भी प्रदर्शित करती हैं। मिलिंग में, नैनोपरत और नैनोकंपोजिट कोटिंग्स का उपयोग लेपित उपकरणों के काटने के प्रदर्शन और उपकरण जीवन को बेहतर बनाता है, और इस प्रकार की कोटिंग्स पारंपरिक एकल-परत TiAlN-आधारित कोटिंग्स से बेहतर प्रदर्शन करती हैं। नैनोपरत और नैनोकंपोजिट TiAlN-आधारित कोटिंग्स की कठोरता और यंग मापांक मान तालिका 1 में सूचीबद्ध हैं।