表麵（miàn）強化技術在單螺杆泵轉子上（shàng）的應用現狀及展望

                                                                                                                                                                                                   黃吉平，楊玲，馮勝（shèng）強

                          （1. 寧波www羞羞视频（hǎi）減變速機（jī）公司，浙江 寧波 315200；2. 杭州興龍泵業有限公司，浙（zhè）江 杭州 310018；3. 中國兵器材料科學研究院寧波分院，浙江（jiāng） 寧波 315103）

摘要：螺杆泵中（zhōng）螺杆的失效形式（shì）主要為磨損失效。主要介紹了螺杆泵轉子表麵（miàn）強化技術國內外發展水平。在（zài）此基礎上，分別介紹了激（jī）光合金化技術、熱噴塗常規塗層技術、稀土增（zēng）強（qiáng）陶瓷塗層技術，著重介紹了稀土增強陶瓷塗層的耐磨損及防腐蝕性能。對未來（lái）發展（zhǎn）趨勢與應用前景進行（háng）了展望。

引言

螺杆泵轉子與定子是整機一大關鍵（jiàn）部件，螺杆最（zuì） 常見的失效形式是磨損（sǔn）和腐蝕，它的壽命直接影響了該機組的質量。國內現有常用耐磨材料及表（biǎo）麵強化技術不能有效提（tí）高轉子的（de）使用壽命（mìng），與進口轉子尚（shàng）有較大（dà）差距（jù）。為此，研究人員不斷探索，試圖通過（guò）采用高（gāo）合金耐磨耐腐蝕材料和提高（gāo）製件硬度來達到延長螺杆磨（mó）損壽命，然而，這種方法會使得材料中的貴重金屬含量不斷提高。此外，螺杆泵（bèng）的磨損和腐蝕均發生在部件表麵，中心部位的高合金材料（liào）同樣是一個極大浪費造。針對這種情況，采用材料（liào）表（biǎo）麵噴塗耐磨損、耐腐蝕的塗層和針對陶瓷材料噴塗工藝缺陷實施封堵（dǔ）技術，可以充分發揮塗層材料的作用（yòng），大幅度降（jiàng）低製件的製造成本，節約貴重金屬資源，該項技術具有良好的社會效益和直接的經濟效益。

1 國內外技術差距

在螺杆的表麵進行強化處理方麵，歐美發達國（guó）家尤其是德國始終走在前列。比如，德國最 佳螺杆（gǎn）耐磨損保護技術（shù）是由Battenfeld Extrusiontechnik公司新開發的BexaliOJ螺棱覆層技術，使擠出加工生產安全可靠（kào）性和耐磨性都達到最 佳狀態。試生產結果表明，采用Bexalit覆層（céng）保護（hù）技術的螺杆，其耐磨損性能比常規的氮化處理螺杆提高幅度達100％。該（gāi）公司采用的可重複進行的等離子一粉（fěn）末—鑲焊覆層技術。基材和（hé）鑲（xiāng）焊層之間的（de）金屬結合完全、徹底，因（yīn）此（cǐ）可（kě）避免覆層時預熱和冷卻中應力裂紋（wén）。接下來的（de）等離子氮化處理過程使得螺杆（gǎn）螺棱和料筒壁之間的運轉性能進一步提高。

目前，國內（nèi）在（zài）螺杆表麵（miàn）進（jìn）行強化處理方麵的技術及（jí）成果與歐美發達國家相比還存在較大差距。如國產含（hán）鎳高鉻白口（kǒu）鑄鐵轉子壽命是進口鎳硬白口（kǒu）鑄鐵壽命的78%；45#鋼基體轉子表麵噴（pēn）焊Ni60+WC預（yù）保護轉子壽命是33%；45#鋼（gāng）基體轉子碳氮共（gòng）滲處理壽命是44%；45#鋼基體轉子表（biǎo）麵堆焊耐磨焊條與保護轉子壽命是40%；45#鋼基體表麵電鍍硬鉻轉子壽命＜22%。由此可見，雖然國內已經在轉子基體表麵進行了眾多處理，但是結果並不（bú）盡如人意。

2 激光合金化技術

激光合金化技術國內提出了一種性價比高、具有抗高溫粘著（zhe）磨損和優良抗腐蝕性能的激光合金化技術來進行（háng）螺杆的表麵強（qiáng）化，以（yǐ）滿足成型增（zēng）強改（gǎi）性塑料原料的需求。采（cǎi）用高科技的（de）納米超細合金粉，在易磨損的螺（luó）杆表麵構成激光合金（jīn）化複合塗層。螺杆基體材料選用（yòng）40Cr鋼，采用紅硬性（xìng）優、抗腐蝕性能良（liáng）的超細（xì）合金粉(1～5μm)，具有良好抗粘著磨損的A1超細合金粉(1～5μm)和納米碳管混合合金，其質量比為1：1：1，組成的化學元（yuán）素有C，W，Co，Cr，Ni，Mo等。采用固體激光器表麵熔覆技術處理，實現塗層與基體的冶金結合。經激光合金化強（qiáng）化後的螺杆使用壽命至少提高（gāo）了2倍以上。上世紀末，馬（mǎ）鞍山礦山研究院針（zhēn）對混凝土濕噴射噴（pēn）整機泵轉子采（cǎi）用（yòng）高鉻鑄鐵轉子使用壽命與國外尚（shàng）有較大差（chà）距問題，開展了一（yī）種新型的以45鋼為基體材料的硬麵預保護轉子技術（shù），該技（jì）術（shù）采用了噴焊工藝，通過在鎳基上（shàng）複合添加Cr、Mo與W，在氧乙（yǐ）炔高溫條件下促使（shǐ）形成高硬度高（gāo）耐磨（mó）的第二相六方、立（lì）方碳化物，促使生成Laves相與第二相的彌散分布強化噴焊層基體。

3 熱噴塗常規（guī）塗層技（jì）術

近年來，噴塗陶瓷塗層在抗磨損方麵顯示出了優良的（de）性能，但螺杆轉子塗層的破壞往往是因塗層的剝落造成的（de）。目前，造成塗層剝落的（de）直接原因（yīn）是塗層與基體的結合不（bú）利造成了塗層過早剝落，這一（yī）現象已經達成（chéng）了廣泛（fàn）共識。通過觀察（chá）分析發現，塗層與基體界麵處的腐（fǔ）蝕（shí）嚴重的削弱了塗層的（de）結合，使得轉子在使用一段時間後就（jiù）發生（shēng）塗層成片的（de）脫落，這（zhè）種現象（xiàng）在有腐蝕性的濕性介（jiè）質中更為突出（chū）。

在現有技（jì）術條（tiáo）件下，無論（lùn）塗層是以燒結（jié）或是各（gè）種（zhǒng）噴（pēn）塗技術途徑形成的，氣孔、疏鬆都是塗層客（kè）觀存（cún）在的缺陷。如能阻斷腐蝕介質（zhì）通過對塗層內部的疏鬆、氣孔對塗層與基體界麵的腐蝕，同（tóng）時提高界（jiè）麵的抗腐（fǔ）蝕能力和進（jìn）一步提高塗層自身的結構強度，就能有效地提高塗層的結合強度，在該複（fù）合技術途徑的綜合作用下，可以實現在現有技術條件下采用熱噴（pēn）塗陶瓷（cí）塗層在螺（luó）杆泵轉子上的應用。

4 稀土增強陶瓷塗層技術

近年來（lái），寧波（bō）www羞羞视频減變速機公司通過與杭州興龍泵業有限公司、中（zhōng）國（guó）兵器科學研究院寧波分院合（hé）作，研究開發了稀土增強陶瓷塗層技術，並達到了（le）抗磨損、抗腐蝕優良性能（néng）的效果。該技術主要途徑是：螺杆轉子表麵防腐（fǔ）塗鍍處理——稀土增韌陶瓷粉體處理——高能熱噴塗陶（táo）瓷塗層——塗層真空有（yǒu）機封堵處理等技術。通過摩擦磨損實驗對（duì）塗層及基體（tǐ）材料進行了比較測試，測試結果如表1所示（shì）。磨損試驗選（xuǎn）擇栓盤幹磨損方式進行（háng），對磨體選（xuǎn）用￠5mmGCr15鋼球，載荷分別為30N、90N。速度為500r/min，磨（mó）損時間為30min。Cr12MoV鋼經淬火+回火熱處理，硬度為HRC58～62。

                     表1  塗層（céng）及基（jī）體材料摩擦磨損性能

表2為（wéi）塗層與基體材料抗腐（fǔ）蝕性能實驗結（jié）果（guǒ）對比圖。由圖中可以看出，稀土陶瓷塗層的腐蝕性能最（zuì） 好。腐蝕介質為HCl水溶液（yè）腐蝕（shí），HCl+去離子水（shuǐ）（10% HCl），PH值（zhí）1，顯強酸性。在經過800h、1500h和2000h的鹽霧試驗後，表麵（miàn）未發（fā）生任何腐蝕現象。相比之下，WC30%+Fe塗層、CrC塗層以及Cr12MoV鋼基體的腐蝕情況（kuàng）要比稀土陶瓷塗層的嚴重很多，尤其是Cr12MoV鋼（gāng）基體在800h以後，其表麵腐蝕（shí）已經非常（cháng）嚴重（chóng）。四種材料的表麵（miàn）腐蝕情況如圖1至圖（tú）4所示。

                      表2  塗（tú）層及基體材料抗腐蝕性能

圖（tú）1 稀土（tǔ）增強陶瓷塗層2000h腐蝕              圖2 WC30%+Fe陶瓷塗層（céng）1500h腐蝕（shí）樣品

圖3 CrC陶瓷塗層1500h腐蝕（shí）樣品                圖4 4Cr13鋼800h腐（fǔ）蝕樣品

塗層抗變形能力測試結果如圖5和圖6所示。實驗采用布氏硬度壓痕法，鋼球直徑10mm，載荷1800N，測（cè）試樣品經1500h腐蝕測試後進（jìn）行（háng）壓痕測試。

圖5 稀（xī）土增強陶瓷塗層壓痕樣品                  圖（tú）6 CrC陶瓷塗層樣品

5 展望

在熱噴（pēn）塗耐磨塗層，尤其在（zài）螺杆泵技術（shù）領域的（de）塗層采用真空浸滲技術封堵塗層缺陷的（de）報道還（hái）鮮（xiān）有報道，且未見成果應用。開展這一（yī）領域研（yán）究，在國內具有一定的技術先進性，在螺杆（gǎn）泵（bèng）行業也有領先技術的優勢。

寧波www羞羞视频減變速機公（gōng）司借助了國（guó）防工業設備及技術的先進優勢，在（zài）噴塗技術途徑上采用了先進的超音速火焰噴塗技術和等離子噴（pēn）塗（tú）技術，獲得了優良的（de）塗（tú）層質量。塗（tú）層（céng）防腐（fǔ）技（jì）術途徑采用了真空封堵技術途（tú）徑，有效克服了噴塗塗層的製備缺陷，同時也有效地提高了塗層的（de）結構強度。

目前，在塗鍍層上應用真（zhēn）空浸（jìn）滲技術封堵塗鍍層中的缺陷的已有（yǒu）研究，但進展較慢，由（yóu）於受封堵劑的限製，在納米粒子浸滲劑的領域落（luò）後國外。目前兵器（qì）行業某研究所從匈牙利引進的真空封堵劑采用了（le）矽酸鹽納米粒（lì）子（zǐ）技（jì）術，使得鋁（lǚ）、鎂（měi）合金微弧氧化（huà）層、鋁合（hé）金陽極化層的封堵獲得良（liáng）好效果，使（shǐ）得（dé）塗層的耐腐蝕性能成（chéng）倍獲得提高。同時（shí），在塗層與基體界（jiè）麵的處理上，采用了（le）無裂紋（wén）塗鍍（dù）層技術，無晶化鍍層處理，有效（xiào）提高了基體的抗腐蝕性（xìng）能，使45鋼基體達（dá）到不（bú）鏽鋼的耐酸堿腐蝕能力，有效增加了塗層的抗腐蝕性能。