看似“神秘”的等離子體，其實是宇宙中一種常見的物質(zhì)，在太陽、恒星、閃電中都存在等離子體，它占了整個宇宙的99％?，F(xiàn)在人們已經(jīng)掌握利用電場和磁場來產(chǎn)生和控制等離子體，廣泛用于日常生活及工業(yè)生產(chǎn)。

今天，就由博世智能制造解決方案事業(yè)部（以下簡稱ATMO-3CN）的專家來帶我們探索等離子涂層技術(shù)的奧秘。

12

本期專家：

Yu Sisley

博世智能制造解決方案事業(yè)部涂層生產(chǎn)及工程項目工藝工程師。畢業(yè)于英國曼徹斯特大學(xué)，先進材料工程碩士及表面材料研究型碩士。

2019年加入博世協(xié)助HDEV閥球涂層工藝及產(chǎn)線轉(zhuǎn)移，并且負責(zé)涂層質(zhì)量檢測設(shè)備。自2020年10月起在博世智能制造解決方案事業(yè)部負責(zé)涂層設(shè)備及服務(wù)的市場營銷及銷售技術(shù)支持。2020年11月協(xié)助無錫威孚集團WFMS事業(yè)部完成涂層設(shè)備及產(chǎn)品放行。

“碳”

Vlog Time

想知道博世的涂層技術(shù)是如何運行的嗎？

一個零件從制作到出廠又需要經(jīng)過哪些工藝程序？

接下來，就請我們的工藝小姐姐Sisley

用Vlog的形式帶你走近神奇的涂層技術(shù)

快來一“碳”究竟吧！

一個閃電，科技萌發(fā)源于自然

猛烈的閃電火花，絢麗的北極光，宇宙中變換的星云，甚至燃燒的恒星，自然界中人類所能觀察或接觸到的事物，你是否好奇過它們的來源呢？

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，有99%的自然界現(xiàn)象實際上都是由一種名為等離子體的第四種物質(zhì)形態(tài)引起的，它是一種同時存在于電子和帶正負電荷粒子的亞穩(wěn)定態(tài)的中性粒子團。只要施加一定的能量，幾乎所有的物質(zhì)（元素）都可以變成等離子體。施加的能量可以是電壓，熱能，核能，輻射能等，例如，空氣和云層中電荷堆積產(chǎn)生的電壓差（形成閃電），太陽的核聚變產(chǎn)生大量的熱能和輻射能（形成太陽風(fēng)）。近百年來，等離子體可謂是物理及化學(xué)研究的重要部分。

不同元素的等離子體呈現(xiàn)不同顏色

等離子體含有帶電荷的粒子（離子）和電子，可以在電場或者磁場的作用下按照一定的方向有規(guī)律的運動。等離子涂層技術(shù)就利用了這個特性，操縱氣態(tài)粒子團向零件表面運動，從而形成涂層。

通過調(diào)節(jié)氣體的種類，密度和激發(fā)能量，可以調(diào)節(jié)等離子體自身的能量及溫度。這個特性使得等離子技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛利用：高溫等離子體可以冶煉高熔點金屬（冶金），高能等離子體沖擊物體表面可以去除殘留的有機物及油漬（表面清潔），電場磁場作用下的等離子可以在金屬表面形成薄膜（涂層）。

等離子不僅可以改變金屬材料或非金屬材料的表面性質(zhì)，還可以通過添加涂層來加成原本材料不具備的特性，例如耐磨性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性等。目前，等離子體技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于國防、環(huán)境、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、信息技術(shù)等各大領(lǐng)域。

從科研寶寶到工業(yè)解決者的成長

如果在博世內(nèi)網(wǎng)上搜索“Plasma”，你會發(fā)現(xiàn)有5300多條相關(guān)信息：

等離子體清潔用于電器元件焊接前的去油脂，低溫等離子體用于塑料件的表面處理（清潔或涂層）等等；但其實，大部分的信息都是關(guān)于一種叫類金剛石涂層的應(yīng)用。類金剛石是一種由碳元素組成的具有金剛石和石墨的物理化學(xué)特性的物質(zhì)，它既有金剛石的硬度，又具備石墨的潤滑，這也使得類金剛石擁有較低的摩擦系數(shù)。這樣一想，又耐磨又潤滑，這簡直就是提升發(fā)動機零部件工藝性能的不二之選。

三十年前，中央研發(fā)事業(yè)部（以下簡稱CR）在產(chǎn)品設(shè)計和實驗的過程中發(fā)現(xiàn)，僅靠提升零部件硬度的方法，無法滿足燃油泵及噴油嘴中存在高速往復(fù)運動的部件對高壓，碰撞及磨損環(huán)境的要求。他們將目光開始轉(zhuǎn)向當(dāng)時表面處理最前沿的等離子體技術(shù)，并成功研發(fā)出了擁有耐高壓、耐沖擊、耐氣蝕等超強性能的類金剛石涂層（TaC， DLC）及氮化鉻CrN陶瓷涂層。

如何量產(chǎn)有涂層的零部件

以滿足龐大的市場需求呢？

這個問題使產(chǎn)品落地一度陷入瓶頸。后來，智能制造解決方案事業(yè)部（ATMO）運用博世核心制造技術(shù)鼎力相助，CR成功將這一技術(shù)轉(zhuǎn)化落地為可實現(xiàn)穩(wěn)定大規(guī)模生產(chǎn)的等離子涂層設(shè)備。從此，類金剛石涂層被廣泛應(yīng)用于柱塞、針閥/閥座、滾軸挺桿和閥球等燃油高壓共軌系統(tǒng)（CP/CPN，CRI/CRIN ，CB series，DMV24）的高壓油泵及燃油噴嘴的核心零部件表面，有效延長了核心零部件的壽命并且整體提升了產(chǎn)品的性能。

截至目前， ATMO已協(xié)助博世各事業(yè)部在全球8個城市設(shè)立涂層中心（德國斯圖加特，中國蘇州，中國無錫，美國查爾斯頓，巴西庫里蒂巴，土耳其布爾薩，印度那西克，日本東松山），提供了超過50臺等離子涂層設(shè)備，每年可為全球汽車制造商提供超過4.5億件高質(zhì)量涂層零部件。

它還是高效環(huán)保小衛(wèi)士

這種具有優(yōu)異摩擦學(xué)特性的涂層（類金剛石涂層）的奇特之處在于，它不僅可以顯著提升被涂層零件的表面硬度及耐磨性，還能降低其對磨部件的磨損。這大大降低了對關(guān)鍵零部件的熱處理及表面硬化處理的工藝要求和對材料本身性能的要求，從而顯著降低了材料處理的成本。同時，其潤滑性能顯著降低了發(fā)動機結(jié)構(gòu)內(nèi)部的摩擦以及產(chǎn)生的熱能，有利于提升能效利用及傳動效率。

除此之外，類金剛石涂層僅需1-5微米，就可以顯著產(chǎn)品摩擦綜合性能，這使得產(chǎn)品幾乎不需要設(shè)計改動就可以實現(xiàn)整體性能的提升。在發(fā)動機排放標準日益嚴苛的當(dāng)今，博世也成功將類金剛石涂層從最初的柴油發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)應(yīng)用到汽油發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)（HDEV），為綠色出行、產(chǎn)品升級提供了技術(shù)的保障。

在環(huán)境保護要求日益嚴格的工業(yè)環(huán)境下，等離子涂層技術(shù)也是電化學(xué)涂層技術(shù)的替代解決方案，無廢水廢氣排放是這項技術(shù)的一大亮點。等離子涂層學(xué)名為等離子氣相沉積，分為等離子物理氣相沉積和等離子化學(xué)氣相沉積。

通常表面處理行業(yè)使用高頻或直流電場激發(fā)等離子體。而博世等離子技術(shù)在電場的作用上還增加了微波技術(shù)來激發(fā)等離子，不僅降低了設(shè)備激發(fā)等離子體所需的總能量，還使得等離子的密度大大提升。也就是說，博世的微波輔助等離子涂層設(shè)備不僅耗電量低，還擁有超快的涂層的速率（約為同體系涂層設(shè)備的3-5倍）。

微波的引入還降低了等離子體形成時所需的溫度，這使得被涂層時溫度可控制在150°C甚至更低，這遠遠優(yōu)于目前市場上的用于相同涂層體系等離子涂層設(shè)備的過程溫度。

對產(chǎn)品來說，溫度的降低，能減少過熱導(dǎo)致基材硬度的損失；對設(shè)備來說，可以免去冗長的升溫降溫環(huán)節(jié)，使涂層設(shè)備的最大利用率可達到95%。

有了這微波和等離子技術(shù)的雙效結(jié)合，博世涂層設(shè)備得以為汽車零部件提供綠色高效的表面處理服務(wù)。

在和AE事業(yè)部的交流合作中，ATMO的涂層專家將等離子涂層應(yīng)用到一款超聲波鋁帶焊接頭上，能將這款單價千元級別的高成本耗材壽命提升12倍。博世等離子涂層技術(shù)還可以運用到更多的產(chǎn)品中以提高產(chǎn)品的性能和競爭力。如，在產(chǎn)品設(shè)計的初期作為考量因素之一，或是遇到材料瓶頸時作為可行的解決方案。

蘇州涂層中心自成立以來，始終堅持根植本土，服務(wù)本土的發(fā)展戰(zhàn)略，一起看看它的發(fā)展歷程吧！

根植本土

2017

ATMO中國蘇州

建立涂層生產(chǎn)及研發(fā)中心

2020

為無錫博世柴油系統(tǒng)及聯(lián)合汽車電子汽油系統(tǒng)提供涂層服務(wù)

并向威孚柴油集團交付涂層設(shè)備。

2021

全球首次對外部客戶銷售博世等離子涂層設(shè)備

未來發(fā)展

未來，位于中國蘇州的研發(fā)中心將積極尋找與博世產(chǎn)品內(nèi)部合作的機會，為博世各事業(yè)部提供更迅速高效的產(chǎn)品表面性能咨詢及涂層工藝開發(fā)。

同時，我們將與博世德國ATMO的等離子涂層團隊繼續(xù)深入緊密的合作，為本土的涂層設(shè)備客戶搭建更便捷完善的服務(wù)體系。

編輯：jq