Lớp phủ tối đa hóa tuổi thọ và hiệu suất của ổ trục lăn và ổ trục trơn. Chúng có thể đáp ứng nhiều điều kiện vận hành và yêu cầu hiệu suất ứng dụng. Hiện tại SKF cung cấp hơn 35 lớp phủ chuyên dụng khác nhau.
Ngày nay, người ta kỳ vọng rằng ổ trục lăn có thể được sử dụng và có thể quay gần như vô thời hạn nếu đáp ứng được ba điều kiện vận hành: 1) ứng suất tác dụng duy trì dưới một giá trị nhất định; 2) bôi trơn đầy đủ; và 3) không bị nhiễm bẩn. Tất nhiên, trong một số trường hợp, ứng dụng có thể không lý tưởng và có thể xuất hiện các vấn đề bất ngờ có thể làm tăng chi phí vận hành và bảo trì.
Nhiều chiến lược khác nhau đã được phát triển để cải thiện tuổi thọ và hiệu suất của ổ trục khi có điều kiện không lý tưởng. Một trong số đó là sử dụng lớp phủ, có thể mang lại nhiều tính năng khác nhau bao gồm:
- khả năng chống mài mòn
- tăng hoặc giảm ma sát
- khả năng chống ăn mòn
- tính chất trượt và chạy khẩn cấp
- cải thiện khả năng bôi trơn hoặc giảm nhu cầu bôi trơn trong thời gian hoạt động
- cải thiện tính chất làm ướt của chất bôi trơn
- cách điện
- rào cản hydro
- phòng ngừa ăn mòn
- cải thiện vẻ đẹp thẩm mỹ.
Phủ một lớp nền thép chịu lực tiêu chuẩn bằng các vật liệu có chức năng mong muốn có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của toàn bộ ổ trục. Ổ trục được phủ cũng có thể được sử dụng để che khoảng cách giữa thép chịu lực tiêu chuẩn và ổ trục lai gốm. Đối với một số ứng dụng, các thành phần lăn gốm là một giải pháp tốt nhưng đắt tiền và trong một số trường hợp, không có sẵn trên thị trường. Trong những trường hợp này, hoạt động của ổ trục tiêu chuẩn có thể được đưa lên mức phù hợp bằng cách áp dụng lớp phủ.
Một số lớp phủ được lắng đọng thành các lớp rất mỏng, mang lại một lợi thế quan trọng. Việc sử dụng các lớp phủ chỉ dày vài micron cho phép sử dụng các ổ trục tiêu chuẩn lấy từ kênh sản xuất mà không tốn kém chi phí thay đổi cài đặt sản xuất gia công.
Tổng quan về công nghệ phủ
SKF sử dụng các công nghệ phủ khác nhau như được đánh giá trong hình 1. Chúng có thể được chia thành ba loại chính:
- Các quy trình trạng thái khí, trong đó vật liệu phủ đi qua pha khí hoặc hơi trước khi lắng đọng trên bề mặt. Các quy trình này bao gồm các quy trình lắng đọng chân không như lắng đọng hơi vật lý (PVD) và lắng đọng hơi hóa học hỗ trợ plasma (PACVD).
- Các quy trình trạng thái dung dịch, trong đó vật liệu phủ có trong pha lỏng trước khi được lắng đọng dưới dạng rắn lên bề mặt. Các phương pháp có thể được chia thành các loại lắng đọng hóa học (ví dụ, lắng đọng không điện, chuyển đổi hóa học, phản ứng hóa học đồng nhất và nhúng và phun chất lỏng) và lắng đọng điện hóa, chẳng hạn như lắng đọng galvanic của lớp phủ kim loại trên điện cực bằng quy trình điện phân.
- Các quy trình trạng thái nóng chảy, trong đó vật liệu phủ được làm nóng chảy hoặc bán nóng chảy (làm mềm) trước khi được lắng đọng dưới dạng rắn lên bề mặt thông qua việc sử dụng nguồn năng lượng cao. Các phương pháp được chia thành lắng đọng phun (bao gồm nhiều kỹ thuật trong đó vật liệu được nung nóng nhanh trong môi trường khí nóng và đồng thời được chiếu với vận tốc cao lên bề mặt để tạo ra lớp phủ) và công nghệ phủ laser.
Thế giới lớp phủ SKF
SKF có danh mục hơn 35 lớp phủ hiện đại khác nhau có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng hoặc các bộ phận khác nhau của ổ trục. Tất cả các lớp phủ đều được tối ưu hóa theo nhu cầu cụ thể của ổ trục và dựa trên các thông số kỹ thuật chính xác và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Chúng được sản xuất tại các cơ sở phủ hàng đầu, thường vượt xa các tiêu chuẩn về lớp phủ và thiết bị thông thường và cung cấp chất lượng, độ tin cậy và khả năng lặp lại tối đa.
Một số lớp phủ được phủ thành lớp rất mỏng, mang lại một lợi thế quan trọng
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về một số lớp phủ SKF được sử dụng phổ biến nhất. Danh sách đầy đủ các lớp phủ SKF, cùng với các đặc tính vật lý và ma sát học và tất cả các ứng dụng của chúng, gần đây đã được công bố trên SKF Coatings Catalogue trực tuyến.
Vòng bi lăn
Trong trường hợp ổ trục lăn, hình 2 liệt kê 12 lớp phủ chính cung cấp năm chức năng chính cho các ứng dụng ổ trục lăn, bao gồm chống mài mòn trượt cho lồng, cách điện, chống ăn mòn ma sát, chống ăn mòn và chống mài mòn trên đường chạy.
a. Chống mài mòn trên đường đua
Oxit đen: Đây là phương pháp xử lý bề mặt được thực hiện bằng phản ứng hóa học tại bề mặt thép chịu lực. Tất cả các thành phần bề mặt chịu lực đều được phủ. Các bộ phận được ngâm trong các dung dịch muối kiềm khác nhau hoạt động ở nhiệt độ trong khoảng 140–150 o C. Phản ứng giữa sắt của hợp kim thép và các thuốc thử tạo ra một lớp đen dày khoảng 1 μm bao gồm hỗn hợp FeO, Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 được xác định rõ ràng . Lớp phủ mang lại nhiều lợi thế, chẳng hạn như giảm thiểu mài mòn trượt và mài mòn kết dính. Nó cũng cải thiện quá trình chạy rà bằng cách thúc đẩy bề mặt rất mịn, do đó có ma sát trạng thái ổn định cuối cùng thấp hơn so với ổ trục không được phủ. Một lợi thế khác là tăng độ bám dính của dầu vào bề mặt, dẫn đến khả năng chống ăn mòn nhẹ. Oxit đen cũng là một rào cản chống lại hydro, bảo vệ thép bên dưới. Hơn nữa, lớp này làm tăng khả năng chống lại các vết rỗ nhỏ, vết bẩn, bong tróc, mài mòn và hình thành các vết nứt bề mặt và mỏi sớm. Cuối cùng, lớp này bảo vệ bề mặt khỏi các chất phụ gia chịu áp suất cực đại (EP) có hại thường được sử dụng trong chất bôi trơn hộp số gió.
NoWear ® : SKF là công ty sản xuất vòng bi đầu tiên trên thế giới sử dụng lớp phủ gốc carbon trên vòng bi. Tất cả các thành phần bề mặt vòng bi đều có thể được phủ, nhưng kết quả tốt nhất thu được bằng cách chỉ phủ các con lăn. Các bộ phận được đưa vào buồng chân không, nơi sử dụng phương pháp PACVD, với các phản ứng hóa học và vật lý khi có mặt plasma tạo ra hỗn hợp hơi carbon + kim loại được ngưng tụ trên phôi ở nhiệt độ dưới 180 o C. Lớp phủ vô định hình màu xám đen thu được, dày khoảng 3 μm với độ cứng vừa phải và ma sát rất thấp ngay cả ở trạng thái khô, được tối ưu hóa để sử dụng trên rãnh vòng bi dướiáp suất tiếp xúc cao . NoWear ® , được cấp bằng sáng chế vào năm 1999 , giúp giảm độ bám dính, bôi trơn, mỏi bề mặt và rỗ nhỏ và đảm bảo độ mài mòn rất thấp trong các tình huống bôi trơn thiếu. Ngoài ra, lớp phủ nhiều lớp được thiết kế có một lớp nền đặc biệt để tăng cường độ bám dính và một lớp than chì trên cùng để cải thiện quá trình chạy rà.
MoS2+Ti: Đây là lớp vô định hình molypden disulphide (MoS2 ) pha tạp titan (Ti) dày khoảng 1–3 μm, có độ cứng tương tự như NoWear ® nhưng được thiết kế đặc biệt để có ma sát rất thấp và khả năng chống mài mòn cao trong môi trường khô, chân không và phòng sạch. Các bộ phận được đưa vào buồng chân không, nơi sử dụng phương pháp PVD, với các phản ứng vật lý khi có plasma tạo ra hơi ngưng tụ trên phôi ở nhiệt độ dưới 180 o C.
b. Chống ăn mòn
Zn và ZnNi: Kẽm và hợp kim kẽm-niken là các lớp có độ dày từ 1–15 μm, được lắng đọng bằng phương pháp điện phân và sau đó được thụ động hóa để tăng cường khả năng bảo vệ. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng không phải đường đua. Đối với mục đích chống ăn mòn, mặc dù kẽm là phương pháp truyền thống, hợp kim với niken đã khắc phục được một số nhược điểm của lớp phủ kẽm nguyên chất, chẳng hạn như độ cứng thấp. Ngoài các đặc tính chống ăn mòn, kẽm còn tạo ra ma sát cao có thể được sử dụng cho chức năng chống trượt hoặc chống mài mòn ở bề mặt ngoài của đường kính ngoài, đường kính trong hoặc lỗ của vỏ ổ trục.
NiP: Hợp kim niken-phốt pho màu bạc có độ dày trong khoảng 10–50 μm được lắng đọng bằng phương pháp điện phân tự xúc tác. Có ba biến thể, với các lượng nồng độ phốt pho khác nhau từ 6% đến 14%. Sự gia tăng phốt pho cải thiện tính chất chống ăn mòn nhưng lại gây bất lợi cho độ cứng và khả năng chống mài mòn. Thường được sử dụng trong các ứng dụng không có rãnh, nơi cần kết hợp các tính chất chống ăn mòn và chống mài mòn, lớp phủ này cũng có thể được sử dụng trong các rãnh có độ dày dưới 3 μm.
TDC (chromium mỏng đặc): Đây là lớp crôm đa tinh thể màu bạc có độ dày từ 2–5 μm. Lớp phủ được tạo ra bằng phương pháp điện phân với chất điện phân axit crom. Quá trình này được xúc tác thêm bằng kali dicromat để tạo thành lớp crôm mỏng có cấu trúc dạng nốt. Các lớp TDC có thể được áp dụng trên rãnh ổ trục và bề mặt ngoài. Ngoài khả năng chống ăn mòn tốt, lớp phủ còn có độ cứng cao, ma sát thấp và khả năng chống mài mòn cao.
c. Chống ăn mòn ma sát
PTFE: Đây là lớp phủ polyme dày 10–20 μm. Bột polytetrafluoroethylene (PTFE) được phun lên bề mặt bằng phương pháp phun tĩnh điện hoặc phun sương không khí, và lớp này được hình thành thông qua quá trình thiêu kết nhiệt. Lớp phủ có đặc tính trượt tuyệt vời, ma sát rất thấp và không có đặc tính dính-trượt. Nó cung cấp cho ổ trục các đặc tính chống mài mòn mạnh mẽ và lâu dài ở đường kính trong hoặc đường kính ngoài của vòng ổ trục.
d. Cách điện
INSOCOAT ® : Đây là lớp cách điện bằng nhôm oxit dày khoảng 100–300 μm được áp dụng bằng quy trình phun plasma trong khí quyển. Các hạt Al 2 O 3 nóng chảy được phun lên nền thép và sau đó cấu trúc xốp được bịt kín. Một bước mài hoàn thiện bổ sung giúp cung cấp kích thước ổ trục chính xác. Lớp phủ được áp dụng lên bề mặt ngoài của vòng ngoài ổ trục hoặc bề mặt lỗ bên trong của vòng trong. Ưu điểm chính của INSOCOAT ® liên quan đến khả năng cách điện ngăn chặn dòng điện chạy qua ổ trục gây ra sự xói mòn các bề mặt lăn.
e. Chống trượt cho lồng
Ag: Các lớp bạc (Ag) có độ dày trong khoảng 2–4 μm được lắng đọng bằng phương pháp mạ điện, thường có lớp đồng bên dưới để tăng độ bám dính. Đây là lớp kim loại mềm có đặc tính bôi trơn khô được sử dụng ở nhiệt độ cao và trong môi trường chân không. Nó có độ dẫn điện tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn tốt trước các hóa chất (kiềm vừa phải và axit). Nó chủ yếu được sử dụng để mạ lồng thép và, trong một số trường hợp hiếm hoi, mạ vòng và con lăn cho một số ứng dụng đòi hỏi khắt khe, chẳng hạn như bôi trơn khô trong các ứng dụng chân không, thực phẩm và hàng không vũ trụ.
TiN: Lớp phủ titan nitride (TiN) là lớp màu vàng có độ dày trong khoảng 1–5 μm. Các bộ phận được đưa vào buồng chân không, nơi sử dụng phương pháp PVD, với các phản ứng vật lý khi có mặt plasma nitơ tạo ra hơi được phun ra từ mục tiêu titan và ngưng tụ trên phôi ở nhiệt độ dưới 180 o C. Chúng được sử dụng làm lớp phủ chống mài mòn cho lồng khi có chất bôi trơn và ống lót phủ cho ngành công nghiệp thực phẩm.
Vòng bi trơn
Đối với ổ trục trơn, hình 3 liệt kê tám lớp phủ chính cung cấp ba chức năng chính cho các ứng dụng ổ trục trơn: lớp phủ chống ăn mòn và chống mài mòn cho ổ trục có hoặc không có mỡ bôi trơn.
a. Chống mài mòn không cần bôi trơn mỡ
Hard Cr: Đây là lớp crom cứng (Cr) màu bạc có độ dày từ 3–15 μm được lắng đọng thông qua quy trình mạ điện với chất điện phân axit crom. Quy trình kết thúc bằng việc làm sạch, loại bỏ crom hóa trị sáu [Cr(VI)] và bảo quản dầu. Lớp phủ tạo ra tiếp xúc trượt tốt giữa các thành phần ổ trục trượt, có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn cao. Lớp crom thu được có các vết nứt nhỏ, có nghĩa là tính chất chống ăn mòn hạn chế ở độ dày thấp.
CrN: Crom nitride (CrN) là lớp màu xám bạc được lắng đọng bằng PVD với độ dày trong khoảng 1–6 μm. Các bộ phận được đặt trong một buồng chân không, tại đó các mục tiêu rắn của crom nguyên chất bị bắn phá bằng plasma ion Ar+N làm bay hơi vật liệu Cr (quy trình “phun”). Các nguyên tử Cr kết hợp với N và ngưng tụ trên các phôi được giữ dưới 180 oC. Kết quả là một lớp phủ cứng hoạt động tốt trong các ứng dụng mài mòn trượt và trong một số môi trường ăn mòn. Lớp phủ cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng ổ trục lăn kết hợp các vòng phủ CrN và các con lăn phủ NoWear ® . Lớp phủ cũng được sử dụng làm lớp nền của các lớp phủ khác để tăng khả năng hỗ trợ áp suất tiếp xúc.
DLC (carbon giống kim cương): Đây là tên gọi chung của một nhóm lớp phủ gốc carbon có thành phần chứa hỗn hợp graphite và cấu trúc vi mô kim cương. Chúng có thể bao gồm hoặc không bao gồm hydro, và độ dày thường nằm trong khoảng từ 2 đến 4 μm. Các bộ phận được phủ được đặt trong buồng chân không, tại đó nhiều lớp được phủ lên bề mặt thành phần ổ trục bằng quy trình PVD hoặc PACVD tùy theo ứng dụng. Thành phần của chúng ảnh hưởng đến các đặc tính của lớp phủ. Lớp phủ DLC được thiết kế cho các điều kiện mài mòn cao và tình huống bôi trơn kém. Chúng có khả năng chống mài mòn trượt và bám dính cao, khả năng chịu tải cao, khả năng chống mài mòn tuyệt vời và ma sát thấp, đồng thời chúng cung cấp khả năng bảo vệ bề mặt trong điều kiện bôi trơn kém. Lớp phủ DLC lý tưởng cho ổ trục trượt, bộ truyền động tuyến tính của ổ trục, trục ổ trục, ống lót, chốt cam và các bộ phận trượt trong ổ trục lăn (như lồng và phớt). Lớp phủ carbon + kim loại kỹ thuật NoWear ® cũng thuộc họ lớp phủ gốc carbon này; tuy nhiên, có một số điểm khác biệt. Giá trị độ cứng của lớp phủ DLC cho ứng dụng trượt nằm trong khoảng 18–30 GPa (1800–3000 HV), trong khi lớp phủ NoWear ® (được sử dụng trong ứng dụng lăn) có giá trị độ cứng khoảng 12 GPa (~ 1200 HV).
b. Chống mài mòn bằng bôi trơn mỡ
MnPh: Mangan phosphat (MnPh) là lớp màu xám đến đen có độ dày trong khoảng 2–15 μm. Lớp phủ được tạo ra bằng phản ứng hóa học và tất cả các bề mặt phôi thường được phủ. Các bộ phận được ngâm trong dung dịch phosphat hóa mangan và sắt trong phôi phản ứng với các cation mangan và anion phosphat trong dung dịch. Lớp phủ có đặc tính chống mài mòn và chống mài mòn, cải thiện đáng kể khả năng chống nhòe và rỗ vi mô. Nó cũng bảo vệ trong điều kiện kappa thấp và bôi trơn kém và có độ bám dính dầu được cải thiện. Hơn nữa, MnPh có khả năng chống ăn mòn tốt (trong điều kiện có dầu) và thể hiện các đặc tính cách điện.
c. Chống ăn mòn
Hybrid NiP+Cr: Đây là lớp phủ niken-phốt pho và crom hai lớp cứng màu bạc có độ dày trong khoảng 10–30 μm. Toàn bộ quy trình phủ bao gồm hai phần tách biệt. Đầu tiên, bề mặt được phủ NiP không điện để cải thiện khả năng chống ăn mòn và chống hóa chất, sau đó thêm một lớp crom cứng bằng phương pháp lắng đọng điện phân để tạo ra khả năng chống cơ học.
Phủ lớp đường tới sự bền vững
Tính bền vững trong lĩnh vực vòng bi bao gồm các khía cạnh như bảo tồn năng lượng và tài nguyên, giảm thiểu chất thải, nâng cao hiệu quả quy trình và sử dụng vật liệu tái tạo. Là một công ty công nghệ hàng đầu toàn cầu, SKF coi quá trình chuyển đổi kỹ thuật ngày nay là một trách nhiệm và một cơ hội tuyệt vời. Tái sử dụng vật liệu và thành phần công nghiệp như dầu và vòng bi là một khởi đầu tốt. Các sản phẩm cung cấp – từ phớt đơn và vòng bi đến các thành phần và hệ thống công nghiệp chính – có thể giúp, ví dụ, phát triển các giải pháp ô tô nhẹ, ma sát thấp có thể giảm lượng khí thải CO 2. Một cách tiếp cận bền vững khác là tận dụng các công nghệ phủ, trong một số ứng dụng, giúp giảm ma sát (và do đó giảm mức tiêu thụ năng lượng) và kéo dài tuổi thọ vòng bi (do đó giảm mức tiêu thụ nguyên liệu thô mới).
Lời kết
Việc sử dụng lớp phủ trong các ứng dụng ổ trục đang ngày càng được quan tâm. Bằng cách lựa chọn vật liệu và kiến trúc lớp phủ, có thể điều chỉnh các đặc tính vật lý, cơ học và ma sát độc đáo để đáp ứng các nhu cầu công nghệ ngày càng tăng. Đặc biệt, lớp phủ SKF đã được phân tích cẩn thận để cung cấp các đặc tính tối ưu; trong một số trường hợp, các quy trình được điều chỉnh vượt quá tiêu chuẩn DIN và ISO theo các ứng dụng khác nhau.
Bài viết này tập trung vào việc giải thích ngắn gọn một số loại lớp phủ SKF khác nhau để làm sáng tỏ thuật ngữ, khía cạnh kỹ thuật và thiết kế lớp phủ. Bạn có thể tìm thêm thông tin trong Danh mục lớp phủ SKF của chúng tôi.
 |
Ứng dụng SKF AuthenticateCó hai cách để kiểm tra tính xác thực bằng ứng dụng SKF Authenticate,
Tải xuống ứng dụng SKF Authenticate NGAY BÂY GIỜ trên App Store hoặc Google Play miễn phí bằng cách nhấp vào liên kết có liên quan hoặc quét mã dưới đây.
|