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 |
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氣孔率 | 0.3%-5% | 0 |
結(jié)合力 | >85MPa | 50-80N |
表面形貌
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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：20N的WC-Co球 磨損率：8.5*10-7mm3/mN | 載荷：20N的WC-Co球 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。
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