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GGB - Innovating Tribological Solutions

表面涂層

Types of Surface Coatings

表面涂層的類型

從定義上來(lái)說(shuō)，涂層是施加在基材上的一層覆蓋材料，它可以發(fā)揮不同作用，例如裝飾性、功能性，或兼具兩者[1]。

例如：

  • 建筑涂料：用于保護(hù)建筑物內(nèi)外墻表面。
  • 工業(yè)涂層：用于保護(hù)機(jī)械部件免受化學(xué)腐蝕和環(huán)境影響。
  • 摩擦學(xué)涂層：用于降低摩擦并提高接觸表面的耐磨性。

對(duì)于聚合物涂層而言，它通常以類似涂料的形式施加在零件表面，并能夠很好地貼合零件的幾何形狀。隨后通過(guò)干燥和固化過(guò)程形成最終的功能性涂層。

 

常見的表面涂層類型

  • 金屬涂層

    金屬涂層通常是在金屬基材表面形成一層具有耐腐蝕性的保護(hù)層，以提高其抵御環(huán)境影響的能力，從而改變金屬表面的性能。 [2].
    常見的金屬涂層工藝包括：

    • 熱浸鍍鋅：通過(guò)將鐵基材料浸入高溫熔融鋅液中，在其表面形成鋅層。最終表面會(huì)生成碳酸鋅（ZnCO?），具有較高強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可有效防止鋼材腐蝕和劃傷。
    • 電鍍: 通過(guò)電解在金屬表面沉積另一種金屬層，從而提高基材的耐腐蝕性能。 
    • 陽(yáng)極氧化: 利用電解鈍化方法增加金屬表面天然氧化層的厚度。該工藝中被處理的零件作為電解系統(tǒng)中的“陽(yáng)極”。
  • 類金剛石碳（DLC）涂層

    DLC（Diamond-Like Carbon）是一種亞穩(wěn)態(tài)非晶碳結(jié)構(gòu)，具有高機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)具備一定柔性和光學(xué)性能。

    由于其優(yōu)異性能，DLC涂層被廣泛應(yīng)用，例如：

    • 光學(xué)窗口保護(hù)
    • 磁存儲(chǔ)盤
    • 汽車零部件等

    DLC涂層通常通過(guò)物理氣相沉積（PVD）工藝制備，例如：

    • 濺射沉積
    • 離子束沉積
    • 脈沖激光沉積
    • 陰極真空電弧沉積

    這些技術(shù)通過(guò)將碳原子以一定能量沉積到基材表面形成涂層，不同沉積工藝會(huì)產(chǎn)生不同的涂層性能。

    近年來(lái)，DLC因其優(yōu)異的抗磨損能力，常用于摩擦學(xué)涂層，在高接觸壓力條件下表現(xiàn)優(yōu)異。但在鐵基材料上使用時(shí)，需要避免高溫，否則基材可能發(fā)生滲碳，降低涂層硬度。

  • 陶瓷涂層

    陶瓷涂層的成分種類很多，但都具有典型的陶瓷特性。

    制備方法包括：

    • 物理氣相沉積（PVD）
    • 化學(xué)氣相沉積（CVD）
    • 熱噴涂工藝（如HVOF或冷噴涂）

    常見陶瓷涂層包括：

    • 氧化鋁（Al?O?）
    • 碳化硅（SiC）

    此類涂層種類非常豐富，并仍在不斷發(fā)展。

  • 特氟龍涂層

    Teflon? 是杜邦（現(xiàn)由 Chemours 擁有）的注冊(cè)商標(biāo)，并不是單一化學(xué)物質(zhì)，而是指一系列含氟聚合物涂層產(chǎn)品。

    常見材料包括：

    • PTFE（聚四氟乙烯）
    • ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）
    • PFA（全氟烷氧基聚合物）

    這些涂層具有典型的氟聚合物特性，如低摩擦和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

  • 陶瓷-聚合物復(fù)合涂層

    該類涂層通常以合成二氧化硅或硅基材料為主要結(jié)構(gòu)，一般通過(guò)溶膠-凝膠（Sol-gel）工藝制備。

    其主要特點(diǎn)包括：

    • 高耐刮擦性和高硬度
    • 良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性
    • 可控孔隙結(jié)構(gòu)
    • 生物惰性
    • 高透明度

    由于性能可調(diào)，這類涂層可應(yīng)用于多種領(lǐng)域。溶膠-凝膠工藝也是一種成本較低的表面功能化方法。

  • 聚合物涂層

    聚合物涂層是在表面形成的一層聚合物薄膜（通常稱為塑料涂層），可提供功能性、裝飾性或保護(hù)性。

    聚合物材料因其性能多樣、成本低、可定制性強(qiáng)而得到廣泛應(yīng)用。

    在涂層應(yīng)用中，材料性能不僅取決于聚合物本身，還與涂層配方、基材界面以及摩擦副表面的相互作用有關(guān)。

    聚合物涂層通常由以下組成：

    • 聚合物基體
    • 各類填料（有機(jī)或無(wú)機(jī)）

    例如：

    • 顏料：提供顏色和遮蓋力
    • PTFE：用于降低表面摩擦
  • 聚合物涂料的定義

    涂料是由多種成分組成的液體或膏狀混合物，主要包括：

    • 顏料或填料
    • 樹脂/粘結(jié)劑
    • 溶劑或載體
    • 添加劑

    涂料主要分為兩類：

    粉末涂料

    由100%的固體粉末材料組成。

    液體涂料

    通常包含四類成分：

    1. 填料：提供功能或外觀效果
    2. 粘結(jié)劑：將填料結(jié)合并形成涂層膜
    3. 溶劑/載體：用于分散材料，在干燥或固化過(guò)程中揮發(fā)
    4. 添加劑：改善涂層性能

    液體涂料中的粘結(jié)劑又可分為：

    溶液型涂料
    粘結(jié)劑先溶解形成液態(tài)樹脂，再加入其他成分。

    分散型涂料
    粘結(jié)劑無(wú)法溶解，需要以顆粒形式分散在溶劑中，例如熱塑性聚合物PEEK。

    涂料通常通過(guò)刷涂、滾涂或噴涂方式在物體表面形成干膜。

[1] https://www.dictionary.com/browse/coating.  -引用 2022.
[2] https://www.corrosionpedia.com/definition/5682/metallic-coating.  - 引用 2022.
[3] Robertson, J. (2002). "Diamond-like amorphous carbon". Materials Science and Engineering: R: Reports. 37 (4–6): 129–281. doi:10.1016/S0927-796X(02)00005-0.
[4] Handbook of Nanomaterials for Manufacturing Applications. A volume in Micro and Nano Technologies Book, 2020

GGB 聚合物涂層

 

結(jié)合在摩擦學(xué)、工程技術(shù)和聚合物科學(xué)方面的專業(yè)能力，以及在滑動(dòng)軸承領(lǐng)域長(zhǎng)期的創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，GGB 開發(fā)了 TriboShield? 摩擦學(xué)聚合物涂層系列，適用于廣泛的工業(yè)應(yīng)用。

TriboShield? 涂層幾乎可以應(yīng)用于任何表面，為零部件設(shè)計(jì)提供更大的自由度，并可帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì)：

  • 降低摩擦
  • 延長(zhǎng)耐磨壽命
  • 降低系統(tǒng)噪音
  • 提高耐腐蝕性能

此外，聚合物涂層也是替代硬鉻、電鍍 NMP 和 PTFS 工藝的一種環(huán)保解決方案。

 

TriboMate? 配對(duì)解決方案

在現(xiàn)有軸承或涂層方案的基礎(chǔ)上，TriboMate? 工程化解決方案通過(guò)優(yōu)化摩擦副配對(duì)來(lái)提升整體性能。

該方案通過(guò)涂層與涂層、或涂層與 GGB 軸承材料的匹配，實(shí)現(xiàn)：

  • 更低摩擦
  • 更小磨損
  • 更高系統(tǒng)效率

同時(shí)也可以作為替代硬鉻、電鍍 NMP 和 PTFS 的環(huán)保方案。

GGB TriboMate Paired Coatings Model for tribological systems

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