用波紋紋理和陶瓷材料代替鎳磷和金剛石,讓摩擦墊片的應用溫度翻倍

2022年8月9日,哈瑙

采用气溶胶沉积法生产陶瓷涂层更具经济效益。憑藉這一工藝,无镍磷摩擦垫片的應用温度首次达到700°C。

Aerosol Deposition

在高扭矩传输应用中,對現有連接件設計不做大改動的情況下,需要使用摩擦垫片。目前的摩擦墊片工藝,通常是表面涂覆镍磷层,镀层中嵌入金刚石颗粒。它能為两个部件之间建立更强连接,從而起到增強摩擦力的作用。金剛石顆粒的大小和数量,与待连接部件的表面相匹配。

现在,陶瓷涂层提供了一种替代摩擦垫片传统工艺的方法。摩擦力所需的粗糙度和强度,是通過对墊片表面结构化处理,然后在上面塗覆陶瓷層(如氧化铝)来实现。根据目前的研究结果,与未处理的表面相比,这种组合所產生的摩擦力至少提高了六倍。与传统工藝相比,這不僅可以节省昂贵的金刚石原料,同時也消除了對镍磷的需求,它是一種对人體有害的化學物質。这一点尤其重要,因為在生產中對职业健康安全的要求在不斷提高,以此適應出臺的相關法律法规。

不僅如此,陶瓷塗層还将摩擦墊片的應用温度提高了約一倍。之前,墊片上的其他涂层只能在400°C以下使用,并且不絕緣,这限制了摩擦墊片的应用范围。有了陶瓷涂层,摩擦墊片通常可以在自身的极限温度(700°C)下使用,而且还具有良好的绝缘效果。

friction shim with ceramic coating
Friction shim with conventional coating

0.5微米的超薄陶瓷涂层

传统的陶瓷涂层工藝,无法達到几微米的超薄层要求。但這卻是气溶胶沉积法发挥作用的地方。賀利氏高性能涂層负责人Ilka Luck解释說:“通過气溶胶沉积法,氧化鋁(α-Al2O3)等超薄陶瓷涂层能够在室温下生產,兼具高效率和高效益。这也是近年来我们潛心研發這種工藝的工业化應用的原因之一。” 其他陶瓷涂层工藝需要高温環境和复杂的基板预处理,而這些气溶胶沉积法都不需要。不僅如此,採用此工藝製備的塗層还具有優異的附着力和密度,能很好地滿足高性能塗層應用的需求,這也是它成為理想選擇的原因。

摩擦垫片把性能推向极限

摩擦垫片是一種非常薄的钢制圓盘或箔片,表面堅硬且有纹理,可嵌入待连接部件的匹配面中。由此,两个部件之间的连接强度增強,可實現扭矩的最大化传输;又或者在减小部件尺寸的同时,確保传输性能不變。因此,那些受限於紧凑和轻质的設計需求,但又要求高性能的應用都需要它们。例如,在推进技术、风力涡轮机、机器人技術和汽车行业中等。

关于气溶胶沉积法

氣溶膠沈積法在室溫下即可在所有類型的材料表面形成獨特的金屬和陶瓷塗層。塗料顆粒在載氣的幫助下被加速到每秒幾百米,然後直接噴塗覆到基板上。在衝擊力作用下,塗料顆粒會被震碎並在基板表面形成一層密封的薄膜。贺利氏高性能涂層優化工业化规模生产,并支持客户從最初的可行性研究到將這種新工藝引入批量生產。

Material comparison between conventional and ceramic coating
Equipment for aerosol deposition