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球閥涂層工藝對比

2021.12.03

熱噴涂:熱噴涂是指一系列過程,在這些過程中,細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,沉積到一種經過制備的基體表面,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,利用氣體放電使靶材蒸發并使被蒸發物質與氣體都發生電離,利用電場的加速作用,使被蒸發物質及其反應產物沉積在工件上。

以下主要討論熱噴涂制備WC涂層和PVD制備DLC涂層的對比

主要性能對比:


WC涂層

DLC涂層

主要沉積狀態

粉末熔融狀態沉積

材料離子化狀態沉積

主要沉積物質

WC

C

涂層硬度

1100-1300

2200-3000(根據需求最高可至6500,本次討論只針對本司常用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

結合力

>85MPa

50-80N

表面形貌

 

5.png 

6.png 

摩擦系數

0.34-0.5

0.06-0.22(受環境影響,越干燥環境摩擦系數越低)

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

 

根據失效描述,分析應為磨損失效。

對于大多數的滑動接觸中,粗糙的表面會導致高摩擦和嚴重的磨損,特別是當表面非常粗糙時,由于接觸的兩個表面微凸起之間存在嚴重的機械互鎖作用,在摩擦試驗初始的磨合階段引起嚴重的摩擦磨損。通常來說,表面粗糙度越大,摩擦系數和磨損率也越高。

對比兩種工藝,最明顯的是DLC涂層的表面顆粒度要遠遠小于熱噴涂制備的WC涂層,這是由于DLC涂層的制備是在真空環境下將氣體及靶材物質離子化再沉積到基材表面,沉積過程是納米級粒子堆積而成;而熱噴涂是將粉末熔融態沉積到基材表面,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涂層高兩個量級,且這是在正常環境下進行的測試,若是在干燥的環境下,DLC涂層的摩擦系數及磨損率會更低。若是以相同條件計算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。

根據以上對比及模擬計算,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,降低磨損過程中磨粒磨損產生的幾率。

注:DLC涂層對基材的表面粗糙度有較高的要求,因為涂層本身很薄,若是基材表面粗糙度很高,涂層后的產品可能會達不到理想狀態,故建議基材表面的粗糙度(Ra值)能夠降到0.1以下。


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