Покрытия позволяют увеличить срок службы и оптимизировать характеристики подшипников качения. Выбор покрытия может зависеть от рабочих условий и эксплуатационных требований.

Считается, что подшипники качения могут работать практически бесконечно, если соблюдены следующие условия эксплуатации:

1. приложенное напряжение не превышает определенное значение;
2. используется надлежащая смазка;
3. отсутствуют загрязнения.

Чтобы продлить срок службы подшипников и оптимизировать их характеристики в неидеальных рабочих условиях, были разработаны различные стратегии. Одна из стратегий — использование покрытий, которые могут влиять на следующие характеристики:

• износостойкость;
• повышенное или пониженное трение;
• коррозионная стойкость;
• свойства скольжения;
• улучшенная смазка или сокращение потребности в смазке во время работы;
• электроизоляция;
• водородный барьер;
• защита от фреттинг коррозии;
• улучшение внешнего вида.

Покрытие — это стандартная стальная подложка подшипника, на которую нанесен обладающий определенными свойствами материал, значительно улучшающий рабочие характеристики.

Подшипники с покрытием также могут использоваться для устранения разрыва между стандартными стальными подшипниками и гибридными керамическими подшипниками.

Некоторые покрытия наносятся очень тонким слоем, что обеспечивает важное преимущество. Покрытия толщиной всего лишь несколько микрон позволяют использовать стандартные, серийно производимые подшипники без дополнительных расходов на изменение настроек обрабатывающих станков.

Обзор технологий нанесения покрытий

В компании SKF используют различные технологии нанесения покрытий. Их можно разделить на три основные категории:

1. Методы с использованием газообразного состояния, когда материал покрытия перед осаждением на поверхность преобразуется в газовую или паровую фазу. Сюда относятся такие технологии вакуумного напыления, как физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и плазмохимическое газофазное осаждение (PACVD).
2. Методы с использованием жидкого состояния, когда материал покрытия находится в жидкой фазе перед тем, как осадится на поверхности в виде твердых частиц. Методы можно разделить на категории химического (химическое осаждение, электролитическая обработка, гомогенные химические реакции, погружение и жидкостное распыление) и электрохимического осаждения, например гальваническое осаждение металлического покрытия на электроде посредством электролиза.
3. Методы с использованием расплавленного материала, когда перед осаждением материал покрытия расплавляется или расплавляется частично (размягчается), а затем с помощью источника высокой мощности осаждается на поверхность в виде твердого вещества. Методы подразделяются на осаждение распылением (охватывает широкий спектр технологий с быстрым нагревом материала в горячей газообразной среде и одновременном направлении материала с большой скоростью на поверхность для формирования покрытия) и технологию лазерной плакировки.

Мир покрытий SKF

Полный список покрытий SKF вместе с их физическими, химическими и трибологическими свойствами опубликован онлайн в каталоге покрытий SKF.

Подшипники качения

В этой статье рассматриваются 12 основных покрытий, которые обеспечивают пять основных характеристик для подшипников качения, включая защиту сепараторов от износа при трении скольжения, электрическую изоляцию, защиту от фреттинг-коррозии, защиту от коррозии и износа для дорожек качения.

 a. Защита дорожек качения от износа

Black Oxide (воронение):  Обработка поверхности с помощью химической реакции на поверхности стальных компонентов подшипника. Покрытие наносится на поверхности всех компонентов подшипника. Детали погружаются в различные водно-солевые щелочные растворы при температуре 140–150 °C. В результате реакции между железом в легированной стали и реагентами формируется черный слой толщиной около 1 мкм, состоящий из хорошо образованной смеси FeO, Fe₂O₃ и Fe₃O4. масла, что создает защиту от легкой коррозии.

Воронение повышает устойчивость к точечной коррозии, заеданиям, сколам, фреттингу и трещинам на поверхности и преждевременной усталости.

Покрытие также улучшает процесс приработки, обеспечивая очень гладкую поверхность, что приводит к более низкому окончательному стационарному трению по сравнению с подшипниками без покрытия.

NoWear : Компания SKF стала первым в мире производителем подшипников с углеродным покрытием. Покрытие можно наносить на поверхность всех компонентов подшипника, но лучшие результаты получают при нанесении покрытия только на ролики.

Детали вместе с химическими веществами размещают в вакуумной камере и используют метод PACVD. В процессе физических реакций смесь паров углерода и металла, создаваемой плазмой, конденсируется на компоненте при температуре ниже 180 °C. Получаемое темно-серое аморфное покрытие толщиной около 3 мкм характеризируется средней твердостью и очень низким трением даже в сухом состоянии. Это покрытие оптимально подходит для дорожек качения подшипников при высоком контактном давлении.

MoS₂+Ti: Аморфный слой из дисульфида молибдена (MoS₂), легированный титаном (Ti), толщиной около 1–3 мкм, который по своей твердости аналогичен покрытию NoWear^®. Специально разработанное покрытие отличается очень низким трением и высокой износостойкостью при использовании в сухих, вакуумных средах и в условиях чистой комнаты.

b. Защита от коррозии

Zn и ZnNi: Слои из цинка и никель-цинкового сплава толщиной 1–15 мкм осаждаются электролитическими методами и далее пассивируются для обеспечения улучшенной защиты. Обычно такое покрытие не применяется для дорожек качения подшипников.

NiP: Слой из никель-фосфорного сплава серебристого цвета толщиной 10–50 мкм осаждается автокаталитическим химическим методом. Используются три варианта с различной концентрацией фосфора в диапазоне 6–14 %. Увеличение концентрации фосфора улучшает антикоррозионные свойства, но ухудшает твердость и износостойкость. Такие покрытия обычно используются там, где требуется комбинация антикоррозионных и противоизносных свойств, исключая дорожки качения. При этом покрытия толщиной менее 3 мкм также могут применяться для дорожек качения.

TDC (хромовое покрытие низкой плотности): Поликристаллическое хромовое покрытие серебристого цвета толщиной 2–5 мкм. Покрытие наносится методом электролиза с хромовым кислотным электролитом. Для образования тонкого слоя хрома с узловатой структурой процесс далее катализируется, например, с помощью дихромата калия. Слои TDC можно наносить на дорожки качения подшипников и на наружные поверхности.

c. Защита от фреттинг-коррозии

PTFE: Полимерное покрытие толщиной 10–20 мкм. Политетрафторэтиленовый (ПТФЭ) порошок распыляется на поверхность методом воздушного или электростатического распыления, формирование слоя осуществляется в процессе теплового спекания. Покрытие отличается великолепными антифрикционными свойствами, очень низким трением и обеспечивает защиту от прерывистого скольжения. Оно придает подшипникам свойства для постоянной и эффективной защиты от фреттинг-коррозии внутренних или наружных диаметров колец подшипников.

d. Электрическая изоляция

INSOCOAT: Это электроизоляционный слой оксида алюминия толщиной 100–300 мкм, который наносится плазменным напылением в атмосферной среде. Расплавленные частицы Al₂O₃ распыляются на стальную подложку и, соответственно, заполняют пористую структуру. Дополнительный этап чистового шлифования помогает обеспечить корректные размеры подшипников. Покрытие наносится либо на наружные поверхности внешнего кольца подшипника, либо на внутреннюю поверхность канала внутреннего кольца. Основные преимущества покрытия INSOCOAT^® связаны с электрической изоляцией , которая препятствует прохождению электрического тока через подшипник, вызывающего эрозию поверхностей качения.

e. Защита сепараторов от износа при трении скольжения

Ag: Слои серебра (Ag) толщиной 2–4 мкм осаждаются гальваническим способом. Для увеличения адгезии серебра обычно используется медная подложка. Это мягкий металлический слой с характеристиками сухой смазки используется при высоких температурах и в вакуумных средах. Данное покрытие характеризуется исключительной электропроводностью и обеспечивает хорошую антикоррозионную защиту от воздействия химических веществ (умеренные щелочи и кислоты). По большей части такое покрытие напыляется на стальные сепараторы и в редких случаях на кольца и ролики для областей применения с высокими требованиями, например в качестве сухой смазки в вакуумных средах, в пищевой и аэрокосмической промышленности.

TiN: Покрытия из нитрида титана (TiN) представляют собой слои золотистого цвета толщиной 1–5 мкм. Детали помещают в вакуумную камеру и используют метод PVD. В результате физических реакций пар, создаваемый азотной плазмой, распыляется с титановой мишени и конденсируется на детали при температуре ниже 180 oC. Такие покрытия используются для защиты от износа сепараторов при наличии смазок и для внутренних втулок подшипников  для пищевой промышленности.

Источник информации-Evolution-деловой и технический журнал фирмы SKF.