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【领先技术】神奇的涂层

发布时间:2019-07-22
(来源:铁姆肯公司)
  周敦颐在《爱莲说》中赞誉莲花“出淤泥而不染”。生活中,我们经常见到水滴落在荷叶上会变成了一个个自由滚动的水珠,并在滚动中能带走叶面尘土。
  这种现象是因为荷叶表面有一层绒毛和微小蜡质颗粒,而这样的表层结构与粗糙度神奇地达到了微米至纳米的级别。这使得荷叶有了疏水性,水滴与灰尘无法附着在荷叶表面。液滴在表面张力的作用下形成球状滚出叶面。这便是自然界最典型和常见的涂层作用。
水滴在荷叶上滚动
  在工业领域,涂层技术也得到了广泛的运用,甚至将材料科学的发展带到了新的高度。
  工业设备中,为承受更大的负荷、更快的速度、更高的温度和持续的污染威胁,需要更佳坚固的关键部件。而设备中的轴承经常面临可靠性极限的挑战。铁姆肯公司发现,尽管采用特殊的热处理工艺生产高可靠性轴承,但某些应用仍要求更优异的耐磨性和抗腐蚀性。尤其是在恶劣工况下,标准轴承往往达不到客户对长寿命和免维护的期望。
  为了减少恶劣工况下的部件损坏,近20多年来,铁姆肯公司在轴承滚动元件(滚珠和滚子)上潜心研究表面工程技术。
  Timken®“抗磨轴承”系列中,轴承部件上具有特殊涂层和工程表面处理。数十年的深入研究和开发让铁姆肯公司已经开发出了一系列涂层选项,可提高轴承在采矿和众多其他工业设备中的性能。
使用了涂层保护与未使用涂层的带座轴承比较
  铁姆肯公司的主要涂层工艺包括:
  PVD涂层:物理气相沉积(PVD)是一种真空沉积方法,通过这种方法,固体被汽化产生原子或分子,这些原子或分子在真空中运输,然后以薄膜的形式沉积在物体上。这些涂层通常可最大程度上减少摩擦和磨损。在实验室研究中,铁姆肯公司在无油工况条件下通过采用PVD涂层已成功实现将轴承寿命提升至标准产品的6倍。据观察,使用了PVD图层技术的轴承的使用寿命大约是滚子未使用涂层的轴承的近10倍。铁姆肯公司表示,PVD是一种高难度的涂层工艺,必须在世界一流的生产设施内进行操控,并采用严格的设计和质量规范。
  电沉积涂层:电沉积涂层可为广泛的应用提供出色的抗腐蚀性。这种类型的涂层通常应用于经受较轻载荷和非酸性工作环境的轴承。耐蚀程度取决于涂层的类型和具体应用场合。部分涂层还可增加轴承的磨损寿命,因为它们可将接触面进行硬化。
  表面转化膜:转化膜涂层同时具有出色的耐磨性和抗腐蚀性,还能够防止摩擦腐蚀压痕(由振荡或振动引起的微动磨损)。虽然不像PVD涂层那样耐用,但它们为提高轴承性能提供了另一种方案,而且成本往往低于高端产品选项。例如,黑色氧化物涂层在碱浴中进行处理,将轴承表面转化为氧化层。这有助于在钢表面保留润滑剂,并在滚子容易在套圈间发生滑动或打滑的应用中将磨损降至最低。
  喷涂涂层:粉末涂层、电介质涂层等喷涂涂层主要应用于带座轴承单元、辅助部件和衬环的防蚀。电介质涂层可在电流通过轴承而易造成损伤危险的部位提供绝缘,对电弧进行抑制。常见于输送机和其他材料处理应用的带座轴承单元是喷涂涂层的极好应用场合,可为其提供优异的抗腐蚀性。
  铁姆肯公司同时也提醒大家,对于不合格钢材制造的或尺寸控制不佳的轴承,这些涂层无法为其改善性能。有效的轴承解决方案始于根据明确应用要求而对部件的几何特征和冶金化学特性加以适当设计,而在制造上也必须采用合适的方法和质控流程。只有这样,功能性表面上的先进处理才能提供客户所需的特定优势。
  在负载、速度和温度要求超出传统轴承承受能力之外的工况中,这些涂层都具有自身的优势。例如,用户从一种润滑剂换到另一种润滑剂,结果发现新的表面磨损很容易造成不良影响。还比如,客户可能希望使用低粘度润滑剂来提高设备的能源效率,但这可能会损伤轴承。在这些情况下,特殊涂层可提供一种经济有效的解决方案。根本上来说,所有客户的目标都是延长轴承的使用寿命减少维护。
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