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行業(yè)動(dòng)態(tài)

球閥涂層工藝對(duì)比

2021.12.03

熱噴涂:熱噴涂是指一系列過(guò)程,在這些過(guò)程中,細(xì)微而分散的金屬或非金屬的涂層材料,以一種熔化或半熔化狀態(tài),沉積到一種經(jīng)過(guò)制備的基體表面,形成某種噴涂沉積層。

PVD:是指在真空條件下,采用低電壓、大電流的電弧放電技術(shù),利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離,利用電場(chǎng)的加速作用,使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上。

以下主要討論熱噴涂制備WC涂層和PVD制備DLC涂層的對(duì)比

主要性能對(duì)比:


WC涂層

DLC涂層

主要沉積狀態(tài)

粉末熔融狀態(tài)沉積

材料離子化狀態(tài)沉積

主要沉積物質(zhì)

W、C

C

涂層硬度

1100-1300

2200-3000(根據(jù)需求最高可至6500,本次討論只針對(duì)本司常用DLC涂層,下同)

涂層粗糙度

3.5-6.63um

0.05-0.1um

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

涂層SEM形貌



1.png

2.png

3.png

 4.png

氣孔率

0.3%-5%

0

結(jié)合力

>85MPa

50-80N

表面形貌

 

5.png 

6.png 

摩擦系數(shù)

0.34-0.5

0.06-0.22(受環(huán)境影響,越干燥環(huán)境摩擦系數(shù)越低)

磨損率

載荷:20NWC-Co

磨損率:8.5*10-7mm3/mN

載荷:20NWC-Co

磨損率:2.5*10-9mm3/mN

 

根據(jù)失效描述,分析應(yīng)為磨損失效。

對(duì)于大多數(shù)的滑動(dòng)接觸中,粗糙的表面會(huì)導(dǎo)致高摩擦和嚴(yán)重的磨損,特別是當(dāng)表面非常粗糙時(shí),由于接觸的兩個(gè)表面微凸起之間存在嚴(yán)重的機(jī)械互鎖作用,在摩擦試驗(yàn)初始的磨合階段引起嚴(yán)重的摩擦磨損。通常來(lái)說(shuō),表面粗糙度越大,摩擦系數(shù)和磨損率也越高。

對(duì)比兩種工藝,最明顯的是DLC涂層的表面顆粒度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于熱噴涂制備的WC涂層,這是由于DLC涂層的制備是在真空環(huán)境下將氣體及靶材物質(zhì)離子化再沉積到基材表面,沉積過(guò)程是納米級(jí)粒子堆積而成;而熱噴涂是將粉末熔融態(tài)沉積到基材表面,顆粒度必然是大于DLC涂層的。

雖然WC涂層的厚度要比DLC涂層的厚度厚很多,但是磨損率比DLC涂層高兩個(gè)量級(jí),且這是在正常環(huán)境下進(jìn)行的測(cè)試,若是在干燥的環(huán)境下,DLC涂層的摩擦系數(shù)及磨損率會(huì)更低。若是以相同條件計(jì)算20um厚的WC涂層比2um厚的DLC涂層的磨損量,理論上DLC涂層可比WC涂層耐用34.5倍。

根據(jù)以上對(duì)比及模擬計(jì)算,可看出雖然DLC涂層的厚度要薄,但是耐用度更高,且涂層不含金屬元素,降低磨損過(guò)程中磨粒磨損產(chǎn)生的幾率。

注:DLC涂層對(duì)基材的表面粗糙度有較高的要求,因?yàn)橥繉颖旧砗鼙?,若是基材表面粗糙度很高,涂層后的產(chǎn)品可能會(huì)達(dá)不到理想狀態(tài),故建議基材表面的粗糙度(Ra值)能夠降到0.1以下。