前言
塗層可以提供多種性能,例如耐腐蝕性、耐磨性、表面硬度改變特質、表面粗糙度變化、增加或減少摩擦、滑動和緊急運行的性能、增加或減少潤滑劑或流體黏附、電絕緣、化學屏蔽、美觀要求,甚至氫屏障。塗層可以是電鍍層、化學生成層、熱噴塗層、動力噴塗層、熔化層、油漆層。這些都需要完全不同且通常複雜的製造方法。通常,即使是市場上現成的塗層也需要進行重大修改,以使其適合軸承應用的要求。
電鍍層
一些塗層是透過將工件浸入電解質中並將工件以及另外浸入的陽極與外部電流連接來產生的。僅當存在外部電流時才會建立該層。例如,硬鉻(Cr)或鋅鎳(ZnNi)是電鍍層。由於每個工件都需要穩定的電氣接觸,因此每個軸承套圈都必須夾緊在機架或塗層工具中,這增加了成本。只有像滾筒這樣最小的零件才能在滾筒中進行批量接觸塗層。塗層厚度隨工件幾何形狀而變化。角落和邊緣會變得更厚,因為它們集中了流體內的電流線。凹槽和隱藏區域的鍍層會變薄或沒有鍍層。可以透過優化陽極位置、屏蔽板、更好的分散電解質和其他措施來調整這些不規則性。然而,成本可能很高,根據工件的幾何形狀,所有工件區域的均勻塗層可能很複雜,有些區域甚至可能無法塗覆。
●電鍍鋅
一層純鋅,大多只有1-10微米厚,用於防腐目的或增加摩擦力。即使鈍化後,耐鹽霧性能通常不超過360小時。
●鋅鐵
將鋅層與一些鐵合金化可提高耐腐蝕性、硬度和防護性能。
即使經過鈍化,耐鹽霧性能通常也不會超過600小時。如今大部分被鋅鎳所取代。
●鋅鎳
在相同厚度的鋅層中加入一些鎳,可大幅提高耐腐蝕性、硬度和防護性能。生產過程中的氫負荷較低。在3-10微米範圍內,每微米層厚可達到約100小時的耐鹽霧性能。具有長達1000小時的 Neutral Salt Spray, NSS(中性鹽霧)耐受性,是當今頂級的防腐選擇之一。
●硬鉻、柱狀鉻、結構鉻、薄密鉻
鉻層具有非常高的硬度,因此用作表面以最大限度地減少磨損。某些類型的滑動軸承採用硬鉻,有時在下面鍍鎳增強腐蝕保護。雖然硬鉻可以生產非常厚的層,但對於滑動軸承來說,其厚度保持在10微米以下甚至5微米以下。
為了獲得緊密的硬鉻層實現耐強防腐目的,由於微裂紋,建議厚度超過50 微米,因此薄層不是典型的防腐選擇。其他低於3微米的超薄鉻也可用於軸承軌道。
●鎳
鎳的硬度比鉻低,但可提供非常緻密的鍍層。只要該層保持完好無損,它就能提供非常好的腐蝕保護和耐化學性。鎳與鋼的結合良好,因此在某些層下面,非常薄的“鎳衝擊”可提高附著力。層厚度可以根據需要選擇和生產,但完全緊密的層可能需要25微米以上,這對於軸承應用來說是不夠的。
●銅
銅是一種軟材料,有時用於例如保持架塗層。軟金屬層具有類似乾潤滑劑的特性。典型的層厚度在2至15微米範圍內。銅與鋼的結合良好,可在低機械負載下用作其他層的底塗層。
●銀
與銅類似。通常使用銅作為底漆,額外上銀。
●錫
與銅類似。
化學生產層
有些塗層是透過將工件浸入化學液體中而不施加外部電流來產生的。該層以化學方式塗覆在與流體接觸的所有工件表面上。例如,黑色氧化物(圖2)或磷酸錳是(圖3)化學產生的層。塗層厚度不受工件幾何形狀和機架中工件批次的顯著影響,因為不需要電氣接觸。這使得化學生產的層成為廉價大規模生產的理想選擇。它們是以簡單、可靠、可重複和適中的成本進行大批量塗層是業界首選。有時也可以修改電鍍層,以便可以用化學方法生產它們。例如,鎳(Ni)是電鍍層,無需外部電流即可創建類似的磷(NiP)層。
常用的化學生產層包括:
●黑色氧化物
黑色氧化物是一般軸承應用中重要性最高、體積最大的層。它是一種鹼性表面處理,氧化深度僅為1微米,保持所有尺寸不變,並為軸承性能帶來眾多優勢,但不足以達到腐蝕防護的目的。
●磷酸錳
磷酸錳最初僅限於滑動應用(滑動軸承和保持架),但有時也可應用於滾子軸承。柔軟而多孔的層是非常好的潤滑劑儲存庫。
●磷酸鋅
與磷酸錳類似,防腐性能可以稍微高一些,滑動性能可以稍差一些,但差異不大。
●磷酸鋅鈣
與磷酸鋅類似,但鈣可以使晶粒更細,層更薄、更光滑且更易於控制,適合精密應用。
●磷酸鐵
磷酸鐵是工件鐵與磷酸反應的結果。它主要用作油漆下面的黏合層,層厚遠低於1微米。
●鎳磷
鎳磷是化學生產的鎳變體。磷含量可預設為三個不同的級別,可選擇硬度和腐蝕防護-塗層緻密、耐腐蝕且具有高防護等級。可以透過熱後處理進一步對其進行改特性,也可以在層中包含軟顆粒或硬顆粒。
熱噴塗層
有些塗層是透過熱噴塗生產的。這要求塗層材料為粉末形式。然後它被熱源(火焰、等離子...)熔化並用類似手槍的裝置吹向工件至工件表面上,液滴凝固並形成一層。該層主要透過機械夾緊進行黏附,這意味著工件表面需要粗糙。在某些情況下,多孔結果可能要對塗層表面進行額外的密封。例如,風力渦輪機主軸軸承外側的鋅火焰噴塗是熱噴塗層,厚度在100微米範圍內。
該工藝不太適合大規模生產。如果需要嚴格的公差,則需要對該層進行機械返工。
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