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【領先技術】神奇的涂層

2019-01-22

（來源：鐵姆肯公司）

　　周敦頤在《愛蓮說》中贊譽蓮花“出淤泥而不染”。生活中，我們經常見到水滴落在荷葉上會變成了一個個自由滾動的水珠，并在滾動中能帶走葉面塵土。
　　這種現象是因為荷葉表面有一層絨毛和微小蠟質顆粒，而這樣的表層結構與粗糙度神奇地達到了微米至納米的級別。這使得荷葉有了疏水性，水滴與灰塵無法附著在荷葉表面。液滴在表面張力的作用下形成球狀滾出葉面。這便是自然界Z典型和常見的涂層作用。

水滴在荷葉上滾動

　　在工業(yè)領域，涂層技術也得到了廣泛的運用，甚至將材料科學的發(fā)展帶到了新的高度。
　　工業(yè)設備中，為承受更大的負荷、更快的速度、更高的溫度和持續(xù)的污染威脅，需要更佳堅固的關鍵部件。而設備中的軸承經常面臨可靠性極限的挑戰(zhàn)。鐵姆肯公司發(fā)現，盡管采用特殊的熱處理工藝生產高可靠性軸承，但某些應用仍要求更優(yōu)異的耐磨性和抗腐蝕性。尤其是在惡劣工況下，標準軸承往往達不到客戶對長壽命和免維護的期望。
　　為了減少惡劣工況下的部件損壞，近20多年來，鐵姆肯公司在軸承滾動元件（滾珠和滾子）上潛心研究表面工程技術。

　　Timken^®“抗磨軸承”系列中，軸承部件上具有特殊涂層和工程表面處理。數十年的深入研究和開發(fā)讓鐵姆肯公司已經開發(fā)出了一系列涂層選項，可提高軸承在采礦和眾多其他工業(yè)設備中的性能。

使用了涂層保護與未使用涂層的帶座軸承比較

　　鐵姆肯公司的主要涂層工藝包括：
　　PVD涂層：物理氣相沉積（PVD）是一種真空沉積方法，通過這種方法，固體被汽化產生原子或分子，這些原子或分子在真空中運輸，然后以薄膜的形式沉積在物體上。這些涂層通?？蒢大程度上減少摩擦和磨損。在實驗室研究中，鐵姆肯公司在無油工況條件下通過采用PVD涂層已成功實現將軸承壽命提升至標準產品的6倍。據觀察，使用了PVD圖層技術的軸承的使用壽命大約是滾子未使用涂層的軸承的近10倍。鐵姆肯公司表示，PVD是一種高難度的涂層工藝，必須在世界一流的生產設施內進行操控，并采用嚴格的設計和質量規(guī)范。

　　電沉積涂層：電沉積涂層可為廣泛的應用提供出色的抗腐蝕性。這種類型的涂層通常應用于經受較輕載荷和非酸性工作環(huán)境的軸承。耐蝕程度取決于涂層的類型和具體應用場合。部分涂層還可增加軸承的磨損壽命，因為它們可將接觸面進行硬化。

　　表面轉化膜：轉化膜涂層同時具有出色的耐磨性和抗腐蝕性，還能夠防止摩擦腐蝕壓痕（由振蕩或振動引起的微動磨損）。雖然不像PVD涂層那樣耐用，但它們?yōu)樘岣咻S承性能提供了另一種方案，而且成本往往低于高端產品選項。例如，黑色氧化物涂層在堿浴中進行處理，將軸承表面轉化為氧化層。這有助于在鋼表面保留潤滑劑，并在滾子容易在套圈間發(fā)生滑動或打滑的應用中將磨損降至Z低。

　　噴涂涂層：粉末涂層、電介質涂層等噴涂涂層主要應用于帶座軸承單元、輔助部件和襯環(huán)的防蝕。電介質涂層可在電流通過軸承而易造成損傷危險的部位提供絕緣，對電弧進行抑制。常見于輸送機和其他材料處理應用的帶座軸承單元是噴涂涂層的極好應用場合，可為其提供優(yōu)異的抗腐蝕性。

　　鐵姆肯公司同時也提醒大家，對于不合格鋼材制造的或尺寸控制不佳的軸承，這些涂層無法為其改善性能。有效的軸承解決方案始于根據明確應用要求而對部件的幾何特征和冶金化學特性加以適當設計，而在制造上也必須采用合適的方法和質控流程。只有這樣，功能性表面上的先進處理才能提供客戶所需的特定優(yōu)勢。
　　在負載、速度和溫度要求超出傳統(tǒng)軸承承受能力之外的工況中，這些涂層都具有自身的優(yōu)勢。例如，用戶從一種潤滑劑換到另一種潤滑劑，結果發(fā)現新的表面磨損很容易造成不良影響。還比如，客戶可能希望使用低粘度潤滑劑來提高設備的能源效率，但這可能會損傷軸承。在這些情況下，特殊涂層可提供一種經濟有效的解決方案。根本上來說，所有客戶的目標都是延長軸承的使用壽命減少維護。