Bột mịn cacbua silic (SiC) dùng làm chất độn chống mài mòn trong lớp phủ biến tính PTFE.
Bột mịn cacbua silic (bột mịn SiC đen/xanh lá cây, chẳng hạn như bột siêu mịn 10 micron, 7 micron, 5 micron) có thể được sử dụng làm chất độn chống mài mòn được cải tiến bằng PTFE. Đây là một trong những chất độn gốm cứng phổ biến cho các lớp phủ tự bôi trơn chống mài mòn công nghiệp, phù hợp với các lớp phủ composite PTFE gốc nước/dung môi và các lớp phủ chống mài mòn nhiệt độ cao organosilicon-PTFE.
I. Ưu điểm của việc kết hợp bột mịn SiC vào lớp phủ PTFE
1. Khả năng chống mài mòn và chống trầy xước được cải thiện đáng kể: PTFE nguyên chất mềm và có độ cứng cực thấp, dễ bị mài mòn và bong tróc khỏi lớp phủ do ma sát qua lại và trầy xước bởi các vật cứng. SiC, với độ cứng Mohs là 9,2, vượt xa corundum trắng và thạch anh, tạo thành một khung đỡ cứng chắc bên trong lớp phủ.
– Trong cùng điều kiện làm việc, độ mài mòn lớp phủ giảm 70%–85%, và tuổi thọ được kéo dài gấp 3–5 lần;
– Nó có khả năng chịu được ma sát qua lại lâu dài từ các bộ phận kim loại, cát và các vật trượt bằng nhựa, do đó phù hợp với các điều kiện chịu mài mòn khắc nghiệt.
2. Khắc phục những nhược điểm vốn có của PTFE
1. Cải thiện khả năng dẫn nhiệt và tản nhiệt, ngăn ngừa mài mòn do nhiệt:
PTFE nguyên chất có khả năng dẫn nhiệt cực kỳ kém (0,25 W/m·K), dễ bị mềm và hư hỏng do tích tụ nhiệt ma sát; SiC có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời, tản nhiệt ma sát nhanh chóng, cải thiện giới hạn PV của lớp phủ, làm cho nó phù hợp với các vòng đệm trượt tốc độ cao và lớp phủ ổ trục.
3. Giảm hiện tượng chảy dẻo và biến dạng dão ở nhiệt độ thấp:
Bằng cách hạn chế sự trượt của chuỗi phân tử PTFE, lớp phủ ít bị biến dạng, phồng rộp và dịch chuyển dưới nhiệt độ và áp suất cao.
4. Tăng cường độ bám dính và khả năng chống va đập của lớp phủ:
Các vi bột cứng tạo thành cấu trúc neo vật lý, cải thiện độ bám dính giữa lớp phủ và chất nền kim loại, giảm hiện tượng bong tróc và nứt vỡ do va đập.
5. Độ ổn định hóa học tương đồng: PTFE
SiC có khả năng chống lại axit, kiềm, dung môi và nhiệt độ cao (nhiệt độ phân hủy > 1800℃), tương thích với khả năng chống ăn mòn ở phạm vi nhiệt độ rộng của PTFE, ngăn ngừa sự hư hỏng do ăn mòn chất độn trong điều kiện môi trường axit, kiềm, dầu và hóa chất.
6. Hiệu ứng hiệp đồng của hệ thống ma sát:
PTFE cung cấp khả năng tự bôi trơn với hệ số ma sát cực thấp, trong khi SiC tạo ra khung chịu mài mòn. Vật liệu composite mềm và cứng tạo thành một lớp màng truyền liên tục và ổn định, giúp giảm mài mòn trên các bộ phận tiếp xúc và không gây ra sự biến động mài mòn nghiêm trọng.
II. Các điểm chính cần lưu ý khi lựa chọn quy trình (Đối với lớp phủ)
1. Lựa chọn kích thước hạt:
Ưu tiên các loại bột SiC siêu mịn như 28μm, 20μm, 14μm, 10μm, 7μm, 5μm:
– SiC dạng hạt thô (chất mài mòn dòng F) dễ gây ra bề mặt lớp phủ thô ráp, trầy xước các bộ phận tiếp xúc và tắc nghẽn súng phun;
– Kích thước hạt silicon carbide W7-W28 tương đương với lưới 600-2500 mesh, tạo ra lớp phủ mịn và mượt mà mà không ảnh hưởng đến độ nhẵn bề mặt của PTFE.
2. Tỷ lệ pha trộn khuyến nghị (phần trăm khối lượng)
– Lớp phủ chống mài mòn tổng quát: 8%–15% mang lại hiệu suất tổng thể tối ưu và tỷ lệ mài mòn thấp nhất;
– Đối với các ứng dụng chịu tải nặng, có khả năng chống mài mòn cao, giới hạn trên không được vượt quá 20%;
Vượt quá 20% sẽ gây ra hai vấn đề chính:
1. Hàm lượng PTFE giảm dẫn đến khả năng chống dính và tự bôi trơn kém hơn đáng kể;
2. Lượng bột quá nhiều gây khó khăn cho việc phân tán, dẫn đến hiện tượng lắng đọng lớp phủ, phun không đều và dễ hình thành các lỗ nhỏ li ti cũng như làm lớp phủ trở nên giòn.
3. Chìa khóa để phân tán: Biến tính bằng chất liên kết silan
Bột SiC có bề mặt phân cực cao, và việc thêm trực tiếp vào nhũ tương PTFE/nhựa silicon dễ dẫn đến vón cục và lắng đọng; Sử dụng silan KH550/KH560/KH570 để biến tính bề mặt giúp cải thiện khả năng tương thích của bột với nhựa hữu cơ và PTFE, từ đó tăng cường đáng kể độ ổn định của huyền phù.
III. Các kịch bản ứng dụng
1. Lớp phủ tự bôi trơn chống mài mòn công nghiệp:
Bề mặt làm kín van thủy lực, ổ trượt, lớp phủ chống mài mòn bánh răng và lớp chống dính chống mài mòn cho con lăn băng tải;
2. Lớp phủ chống mài mòn, tách khuôn: Dùng
cho khuôn ép phun cao su và nhựa, khuôn đúc áp lực, kết hợp khả năng chống dính với khả năng chống ăn mòn và mài mòn;
3. Lớp phủ chống dính cao cấp cho dụng cụ nhà bếp:
Khuôn nướng, chảo rán công nghiệp, chống trầy xước lâu dài do thìa kim loại gây ra;
4. Lớp phủ composite chống ăn mòn và chống mài mòn: Dùng cho
thiết bị hóa chất, trục trộn, lớp lót bơm, có khả năng chống lại sự ăn mòn do môi trường và các hạt vật chất.
