涂层推力板：轴向载荷管理的工程接口-西科(盐城)表面涂层技术有限公司

在复杂的旋转机械世界中，力的管理是一项根本性的挑战。虽然径向轴承可承受垂直于轴的载荷，但轴向（推力）载荷（平行于轴的力）需要专门的解决方案。止推板或止推垫圈是为此目的而设计的关键部件。然而，在润滑程度较低、速度较高或负载极端的要求较高的应用中，未经修饰的金属表面是不够的。这就是涂层止推板发挥作用的地方。通过应用先进的表面工程涂层，简单的金属盘转变为能够承受严重磨损、减少摩擦和耐腐蚀的高性能部件。本文深入探讨了设计、涂层技术、应用和优点涂层止推板 .

一、简介：止推板的作用

止推板是一种平坦或稍有轮廓的垫圈状部件，充当轴向载荷的轴承表面。它垂直于轴安装，通常相对于静止的配对物或外壳旋转。其主要职能是：

约束轴向运动： 防止轴沿其轴线在任一方向过度移动。
传递推力载荷： 将轴向力从旋转部件（例如传动轴、涡轮转子、齿轮组）传输到固定外壳。
提供磨损表面： 作为牺牲元件，保护更昂贵和复杂的部件免受磨损。

最简单的止推板由青铜、钢或铸铁等耐用材料制成。然而，在边界润滑、启停循环或污染环境中，这些材料可能会经历快速磨损、擦伤、擦伤并最终失效。

2. 对涂层的需求：克服摩擦学挑战

特殊涂层的应用解决了散装材料的固有局限性：

减少摩擦： 涂层可以提供天然低摩擦系数的表面，从而降低能耗和热量产生。
减轻磨损： 坚硬、耐磨的涂层可大大减少因磨损和粘附而造成的材料损失，从而显着延长部件的使用寿命。
防止磨损和卡住： 磨损是一种严重的粘着磨损，两个金属表面在压力下冷焊。某些涂层，特别是干膜润滑剂，会形成阻止金属与金属接触的屏障。
增强耐腐蚀性： 涂层可以保护下面的基材免受腐蚀性化学品、盐水或湿气的影响，防止出现加速磨损的点蚀和降解。
耐高温： 一些涂料在高温下仍能保持其性能，而传统油会在高温下分解。

3、止推板涂层关键技术

涂层的选择至关重要，取决于具体的操作环境（负载、速度、温度、润滑剂的存在）。

a) PTFE（聚四氟乙烯）和复合涂层：

机制： 这些涂层在表面提供固体润滑层。 PTFE 是已知固体中摩擦系数最低的材料之一。
作品： 通常与其他材料结合使用以提高耐用性。例如：
- PTFE 环氧树脂/酚醛树脂： 一种常见的混合物，具有良好的附着力和耐化学性。
- 聚四氟乙烯镍： 镍基体增加了硬度和耐磨性，而嵌入的 PTFE 则提供了润滑作用。
好处： 优异的干运转能力、低摩擦、良好的耐腐蚀性。
限制： 与较硬的涂层相比，负载能力有限；可能对化学攻击敏感。

b) 二硫化钼 (MoS2) 和二硫化钨 (WS2)：

机制： 这些是层状固体润滑剂。它们的片状结构在负载下很容易剪切，从而提供平滑的滑动。
应用： 通常通过抛光或作为复合涂层的一部分进行涂覆。它们非常适合无法使用液体润滑剂的高真空应用（例如航空航天）。
好处： 非常高的承载能力，在真空和惰性气氛中有效。
限制： 在潮湿的环境中会氧化并失去效力。

c) 硬质耐磨涂层：

氮化铬 (CrN) 和氮化钛 (TiN)： 这些陶瓷涂层通过物理气相沉积 (PVD) 进行涂覆，具有极高的表面硬度（通常 > 2000 HV）。它们具有很高的抗磨粒磨损能力，并具有良好的耐腐蚀性。它们非常适合高负载和磨料污染物的应用。
热喷涂涂层（例如碳化钨-钴、WC-Co）： 这些涂层是通过将熔融或半熔融材料喷涂到表面上来施加的。它们形成非常厚、坚固且异常耐磨的层，非常适合采矿或重型机械等最恶劣的磨蚀环境。

d) 电镀层：

硬铬： 一种传统方法，可提供厚实、坚硬且耐磨的表面。然而，由于环境问题（使用六价铬），它正在被逐步淘汰，取而代之的是更先进的替代品。
化学镀镍（EN 或 Ni-P）： 沉积均匀的镍磷合金层的自催化过程。它具有优异的耐腐蚀性、良好的硬度（可通过热处理进一步提高）和天然润滑性。它可以用 PTFE 颗粒浸渍，形成具有卓越润滑性的复合材料 (Ni-P-PTFE) 涂层。

4. 设计和应用注意事项

集成涂层止推板不仅仅是替代问题。

基材制备： 表面必须仔细清洁并经常进行喷砂处理，以确保最佳的涂层附着力。涂层的好坏取决于其与基材的结合力。
维度管理： 涂层增加了厚度（从 PVD 的几微米到热喷涂的几百微米）。在设计间隙和公差时必须考虑到这一点。
相对面兼容性： 涂层必须与其所接触的材料相容。像 CrN 这样的硬涂层通常需要硬化钢配合面，以避免配合部件过度磨损。
润滑策略： 虽然许多涂层是为干润滑或饥饿润滑而设计的，但大多数涂层在使用最少量的润滑剂时表现更好，这可以进一步减少摩擦并散热。

5. 跨行业的关键应用

涂层止推板在轴向载荷和恶劣条件交叉的任何应用中都是不可或缺的。

汽车变速箱： 用于自动变速箱、双离合变速器和差速器，以管理斜齿轮和离合器组的推力负载。 PTFE 基涂层和化学镀镍涂层很常见。
航天： 在执行器、涡轮机和齿轮箱中，可靠性至关重要，并且条件范围从高温到高真空。 MoS2 涂层在这里被广泛使用。
海洋和近海： 保护螺旋桨轴和推进器免受严重的轴向载荷和腐蚀性盐水的影响。首选 CrN 和厚 EN 等耐腐蚀涂层。
重型机械和采矿： 在磨料污染严重的岩石破碎机、挖掘机和输送机中。碳化钨热喷涂涂层是这些恶劣环境的标准。
暖通空调和压缩机： 确保螺杆式和涡旋式压缩机的可靠运行，其中涂层推力板以最少的润滑来管理轴向载荷。

6. 未来：智能涂料和先进材料

演变仍在继续，趋势指向：

纳米复合涂层： 结合纳米颗粒来创建同时坚硬、坚韧和自润滑的涂层。
DLC（类金刚石碳）： 一类 PVD 涂层具有极高的硬度、极低的摩擦力和化学惰性，适合高性能汽车和精密应用。
自适应或“变色龙”涂层： 多层涂层旨在改变其表面化学性质，以在各种温度和环境下提供最佳润滑。

七、结论

涂层止推板是表面工程如何显着提高基本机械部件的性能和寿命的一个典型例子。通过超越散装材料的特性，工程师可以定制表面以克服特定的摩擦学挑战。从实现自动变速箱的平稳换档到在采矿破碎机的磨料浆中幸存，涂层推力板是现代机械创新的关键推动者，尽管通常是看不见的。它们的持续发展对于突破旋转机械的效率、可靠性和性能界限至关重要。