水，润滑或浸没环境中使用的组件面临相当大的摩擦挑战，最终可能会影响性能并降低较大系统的寿命，特别是那些接触或滑动其他部件的挑战。该过程包括泵件，机械密封和高压阀门，经常使用陶瓷基板制造，该陶瓷基板设计成湿润，腐蚀性环境。遗憾的是，由于在未涂覆时，由于滑动/配合部件的高摩擦，这些基板也容易损坏。
考虑到这一点，目标是保持滑动部件的摩擦系数尽可能接近零。COF是在两个表面之间存在的摩擦量的量度。COF的低值表示滑动待所需的力小于COF高所需的力。例如，当在抛光的上油金属表面之间发生滑动时COF的典型值为0.1。
幸运的是，有工业薄膜涂料可用于减少摩擦，从而大大改善关键部件的寿命和性能。这种涂层如此称为金刚石碳（DLC）涂层，可以增加甚至难以陶瓷基材的表面硬度，同时显着降低其COF。
一种涂层在DLC系列中，四面体无定形碳（TA-C）具有独特的摩擦学性质，用于测试证明可以将COF降低到持续接近0.1-0.2的水平，即使在潮湿或干燥的条件下也是如此。总之，涂层可以通过经验丰富的收费工具以非常低的每份成本施加，增加关键部件的性能和寿命。
减少专用涂料的摩擦
在耐磨薄膜的宇宙中，DLC涂层作为要求苛刻的物理应用的理想解决方案，其中部件在高负载下或受到极端摩擦，磨损和接触的其他部件。在这些类型的环境中，DLC涂层的高硬度 - 以及相应的低COF - 可以防止零件蚀刻，陷入困境，抓住和最终在该领域的失败。
对于许多，DLC涂层是氢化非晶碳（A-C：H）涂层，但这是一种误解。DLC系列内的涂料可以基于氢含量（无氢化或无氢），选择额外的金属和非金属掺杂元件，亚层的存在以及沉积和粘合的选择，以及沉积和粘合的含量高度设计方法。
在一起，可以精确地控制这些因素以产生较大的薄层施加（通常为1至5μm）的DLC涂层，硬度为8-80GPa。
在DLC涂料类别中，无氢配方不仅提供非常高的硬度，而且在水环境中提供极低的COF。当组件彼此滑动时，减少摩擦是关键的，特别是在边界润滑中。
据Oerlikon Balzers博士的说法，一家在全球生产的专业DLC涂料的公司，先进的TA-C涂料Balinit Milubia具有用于减少水环境中COF的最佳摩擦学性质。
典型硬度为40至60gPa，Ta-C涂层是在长期暴露于极端操作力的组件的绝佳选择，例如轴和密封件，其中摩擦会导致组件过热或失效。
通过电弧蒸发使用物理气相沉积（PVD）的方法，通常涂覆仅0.5-2μm的厚度仅0.5-2μm。这产生TA-C，其具有比A-C：H替代品的磨料耐磨性大得多。
因为即使在DLC系列内，涂层可以在低于150°F（65℃）的温度下，所以它可以应用于热敏底物，例如诸如现在难以涂覆的聚合物和弹性体。
“在所有DLC涂层中，与其他材料和未涂覆的金属，陶瓷，聚合物和弹性体相比，Balinit Milubia提供最低的摩擦系数，水环境中的陶瓷，聚合物和弹性体。188金宝搏bet官网即使在干燥的运行条件下，TA-C涂层也可以提供一个非常低的COF，即接近零，“Jarry博士说。
解决涂层挑战
TA-C涂层的独特性质允许制造商解决陶瓷，聚合物和弹性体组件的一些具有挑战性的问题，包括液压泵部件，机械密封和高压阀部件。
陶瓷组件
泵，阀门和龙头部件通常由陶瓷（如氧化铝）制成（Al2O.3.）和碳化硅（SiC）由于潮湿环境中的金属成本相对较低和卓越的耐腐蚀性。
由于陶瓷已经非常努力，因此穿着通常不是主要问题。尽管TA-C涂层可以将氧化铝组分的硬度从2,000维氏硅增长至约4,000，但不是主要目标。然而，陶瓷仍然受到高摩擦的影响，这很快磨损，可以将内部工作温度提高到可能损坏附近部件的水平。在这些情况下，TA-C涂层可以显着降低COF和相关的热升高。
该涂层还出现了典型的PVD涂层，例如氮化铬（CRN） - 另一种选择以产生极其坚硬的耐腐蚀表面 - 当施用于氧化铝时，在SRV测试中平均在SRV测试中的0.5和0.7 COF之间。
根据Jarry博士的说法，一个潜在的应用是在大多数龙头和淋浴头中使用的涂布陶瓷密封盘。在安装过程中，应用润滑脂以促进水龙头激活。随着时间的推移，润滑脂可以逐渐洗掉，在水龙头激活过程中增加摩擦力并影响精确的流量和温度控制。这可能会影响客户评论，鉴于平稳的控制和操作被认为是高端水龙头的质量标志。
此外，即使洗掉组装润滑脂，龙头活化力也仍然低。涂层也降低了石灰沉积，这加剧了磨损和摩擦，可以缩短产品的寿命。
另一个潜在的应用是陶瓷泵轴和轴承，预计在腐蚀条件下长期可靠地执行。当涂有TA-C时，这些部件接近0.1的COF，与近0.5无涂层相比。
也许更重要的是，COF在干运行条件下几乎相同。如果操作员运行设备“干燥”，这将保护陶瓷密封件或O形圈等陶瓷密封件或O形圈等保护泵组件免受摩擦，热上升和损坏。
例如，离心水泵的机械密封通常由SiC制成。通常，干燥的机械密封或O形环可以“燃烧”它们，引起故障并需要过早替代。降低COF减少了发热，允许更长的干燥运行时间而无故障。
“在这种情况下，尽管有些误用，涂料基本上允许泵存活，”贾里士博士解释道。他补充说，摩擦少摩擦力降低了能量消耗。
聚合物组件
与陶瓷不同，聚合物相对柔软，快速磨损或在高触点高摩擦应用中损坏。当在聚合物基材上施加TA-C DLC涂层时，它可以提供高达50GPa的涂料硬度，以增加分量耐久性和寿命。
然而，传统上难以涂上DLC涂层的聚合物。
“聚合物基材具有低热稳定性，因此可以在大多数PVD涂料所需的较高温度下熔化或变形，”Jarry博士说。“幸运的是，TA-C涂层可以在低于150°F（65℃）的温度下施加，这足够低，以避免大多数聚合物的热变形。”
传统涂层也难以在绝缘基板上施加。通过过度摩擦，聚合物倾向于积累静电负载，如果不安全放电，可能会导致严重损坏。作为溶液，TA-C DLC涂层可以衰减或疏散在聚合物基材上的静电放电（ESD）并改变其表面能。相同的过程可用于增加或减少聚合物的润湿性。
弹性体组件
与聚合物一样，弹性体是便宜的基材，其通常被未涂覆，因为很少有技术适合任务。弹性体基材产生高摩擦，这导致能量和效率损失。
涂有Oerlikon Balzers进行的TA-C的NBR弹性体的摩擦学测试证明COF仍然靠近0.1，尽管改变了滑动/接触部件的速度和负载。相反，未涂覆的NBR展示了COF值10x，接近1.0。
一个潜在的应用是用于摩托车叉管中的密封环。减少COF可以显着减少密封磨损，同时减少棒/滑移条件。骑手的结果将是出色的性能和更平滑，更舒适的骑行。
探索新的机会
Jarry博士补充说，制造商在与专家合作伙伴合作的涂料的测试阶段越来越多地指导有趣的应用。
“在测试期间，客户常常宣传涂层能够的认识 - 我们将其整合到下一代设计中。这可以涉及改变部件形状，基础材料和其他设计元素，“贾里博士说。188金宝搏bet官网
组件制造商的底线通常与其他部件接触;和/或浸没在水中是创新的涂料正在改变行业中的可能性。
当配合或滑动部件所需的较低COF时，专用的PVD涂层可以在低温下仅占几微米的厚度，以进一步硬化表面并显着降低摩擦系数。鉴于无氢DLC涂层的进展，TA-C显示出界限润滑和水环境中最佳的摩擦学特性呈现出色的希望。
有关Oerlikon Balzers及其DLC Surface Solutions的家族的更多信息，请访问https://www.oerlikon.com/balzers/us/en/portfolio/balzers-surface-solutions/
