表麵強化技術在單（dān）螺杆泵轉子上的應用現狀（zhuàng）及展望

                                                                                                                                                                                                   黃吉平，楊玲，馮（féng）勝（shèng）強

                          （1. 寧波日本一区免费看減變速機公司，浙江 寧波（bō） 315200；2. 杭（háng）州興龍泵業有限公司，浙江 杭州 310018；3. 中國兵器（qì）材料科學研（yán）究院寧波分院，浙江 寧波 315103）

摘要：螺杆泵中螺杆的失效形式（shì）主要為磨損失效。主要介（jiè）紹了螺杆泵轉子表麵強（qiáng）化技術國內外發展水平。在此（cǐ）基礎上，分（fèn）別介（jiè）紹了激光合金化技術、熱噴（pēn）塗常規塗層技術、稀土增強陶瓷塗層技術，著重介紹了稀土增強陶（táo）瓷塗層的（de）耐磨損及防腐蝕性能。對未來發展趨勢與應用前景進行了展望。

引（yǐn）言

螺杆泵轉子與定子（zǐ）是（shì）整（zhěng）機一大關鍵部件，螺杆最 常見的失效形式是磨損和腐蝕，它的壽命直接影（yǐng）響了該機組的質（zhì）量。國內現有常用耐磨（mó）材料及表麵強化技術不能有效提高轉子的使用壽命，與進口轉子尚有較大差距。為此，研究人員不斷探索，試圖（tú）通過采用高合金耐磨耐（nài）腐蝕材料和提高製（zhì）件硬度來達到延長螺杆磨損壽命，然而（ér），這（zhè）種方法會使得材料中的貴重金屬含量不（bú）斷提高。此外，螺杆泵的磨損和腐蝕均發生在部件表麵，中心（xīn）部位的高合金材料（liào）同（tóng）樣是一個極大浪費造。針對這種情況，采用材料表麵噴塗耐磨損、耐腐蝕的塗（tú）層和針對陶瓷材料噴塗工藝缺陷（xiàn）實施封堵技術，可以充分（fèn）發揮塗層材料的作用，大幅度降低製件的製造成本，節約貴重金屬資源（yuán），該項技術具有良好的（de）社會效益和直接的經濟效（xiào）益。

1 國內外技術差距

在螺杆的表（biǎo）麵進行強化處理方麵，歐美（měi）發（fā）達國家（jiā）尤其是德國始終走（zǒu）在前列。比如，德國（guó）最 佳螺杆耐磨損（sǔn）保護（hù）技術是由Battenfeld Extrusiontechnik公（gōng）司新開發的BexaliOJ螺（luó）棱覆（fù）層技術，使擠出加工生產安全可（kě）靠性和耐磨性都達到最 佳狀態。試（shì）生產結果表明，采用Bexalit覆層保（bǎo）護技術的螺杆，其耐磨損性能比常規的氮化處理（lǐ）螺杆提高幅度（dù）達100％。該（gāi）公司采用的可重複進行的等離子一粉末（mò）—鑲焊覆層技術。基材和鑲焊層之間的金屬結合完全、徹底，因（yīn）此可避免覆層時預熱和冷卻（què）中應力裂紋。接下來的等離子氮化處理過程使得螺杆螺棱和料筒壁之間（jiān）的運轉性（xìng）能進一步提高。

目前（qián），國內在螺杆（gǎn）表麵進行強化處理方麵的技術及成果與歐美發達國家相比還存在較（jiào）大（dà）差距。如國產含（hán）鎳高鉻白口鑄鐵轉子（zǐ）壽命是進口鎳硬白口鑄鐵壽命的78%；45#鋼基體轉子表麵噴焊Ni60+WC預（yù）保護轉子壽命是33%；45#鋼基體轉子碳（tàn）氮共滲處理壽命是44%；45#鋼基體轉子表麵堆焊耐磨焊條與（yǔ）保護轉子壽命是40%；45#鋼基體表麵電鍍硬鉻轉子壽命＜22%。由（yóu）此可見，雖然國內已經在轉（zhuǎn）子基體表麵進行了眾（zhòng）多處理，但是結果並不盡如人意。

2 激光合金（jīn）化技術

激光合金化技術國內提出了一種性價比高（gāo）、具有（yǒu）抗（kàng）高溫粘著磨損和優良抗腐蝕性能的激光合金化技術來進行螺杆的表麵強化，以滿足成型增強改性塑料原料的需求。采用高科技的納米超細合金粉，在易磨損的螺杆表麵（miàn）構成激光合金化複（fù）合塗層。螺杆基體材料選用40Cr鋼，采用紅硬性優、抗腐（fǔ）蝕性能良的超細合金粉(1～5μm)，具有良好抗粘著磨損（sǔn）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，組成的化學元素有C，W，Co，Cr，Ni，Mo等。采用（yòng）固體激光器表麵熔覆技術處理，實現塗層與基體的（de）冶金結合。經激光合（hé）金化強化後的螺（luó）杆使用壽（shòu）命至少提高了2倍以上。上世紀末，馬（mǎ）鞍山礦山研究院針對（duì）混凝土濕噴（pēn）射噴整機泵轉子采用高鉻鑄鐵轉子使用壽命與國外尚有較大差距問題，開展了一種（zhǒng）新型的以（yǐ）45鋼為基（jī）體材料的硬麵預保護轉子技術，該技術采用了噴焊工藝，通過在鎳基上複合添加（jiā）Cr、Mo與W，在氧乙炔高溫條件下促使形成高硬度高耐磨的第二相（xiàng）六方、立方碳化物，促使生成Laves相與第二相的彌散分布強化噴焊層基體。

3 熱噴塗常規塗層技術

近（jìn）年來，噴（pēn）塗陶瓷塗層（céng）在抗磨損（sǔn）方麵顯示出了優良的性能（néng），但螺杆轉子塗層的破壞往往是因塗層的剝（bāo）落造成的。目前（qián），造成塗層（céng）剝落的直接原（yuán）因是塗層與基體的結合不利造成了塗層過早剝落，這一現（xiàn）象已經（jīng）達成了廣泛共識。通（tōng）過（guò）觀察分（fèn）析發（fā）現，塗層與基（jī）體界麵處的腐蝕嚴重的（de）削（xuē）弱了塗層的（de）結合，使得轉子在使用一段時間（jiān）後就（jiù）發生塗層成片的脫落（luò），這種現象（xiàng）在有腐蝕性的（de）濕性介質中更為突出。

在現有技術條件下，無論塗層是以燒結或是各種噴塗技術途徑形成的，氣孔、疏鬆都是塗層客觀存在的缺陷。如能阻斷腐蝕介質通過對塗層內部的疏鬆、氣孔對塗層與基體界麵的腐蝕，同時提高界麵的抗腐蝕能力和進一（yī）步提高塗層自身的結構強度，就能有效地提高（gāo）塗層的結合（hé）強度，在該（gāi）複合技術途（tú）徑的綜合作用下，可以（yǐ）實現在現有技術條件下采用熱噴塗陶瓷塗層在螺杆泵轉（zhuǎn）子上（shàng）的應用。

4 稀土增強陶瓷塗層技術

近年（nián）來，寧波日本一区免费看減變速機公司通過與杭州興龍泵業有限公司、中國兵器科學（xué）研究院寧（níng）波分院合作，研究開發了稀土增強陶瓷塗層技術，並達到了抗磨損、抗腐蝕優良性能的效果。該（gāi）技術主要途徑是：螺杆轉子表麵防腐塗鍍處理——稀土增韌陶瓷粉（fěn）體處理——高能熱噴塗陶瓷塗（tú）層——塗層真空有機封堵處理等技術。通過摩擦磨損實驗對塗層（céng）及基體材料進行了比較測試，測試結果如表1所示。磨損（sǔn）試驗選擇栓盤幹磨（mó）損方式進（jìn）行，對磨體（tǐ）選用￠5mmGCr15鋼球，載荷（hé）分別為（wéi）30N、90N。速度為500r/min，磨損時（shí）間為30min。Cr12MoV鋼經淬火（huǒ）+回火熱處理，硬度為HRC58～62。

                     表1  塗層及基體材料摩擦磨損性能

表2為塗層與基體材料抗腐蝕性能實驗結果對比（bǐ）圖。由圖（tú）中可以看出，稀土（tǔ）陶瓷塗層（céng）的腐（fǔ）蝕性能最 好。腐蝕介質為HCl水（shuǐ）溶液腐蝕，HCl+去（qù）離子（zǐ）水（10% HCl），PH值1，顯強酸性。在經過800h、1500h和2000h的鹽霧試驗後，表麵未（wèi）發生任何腐（fǔ）蝕現象。相比之下，WC30%+Fe塗層（céng）、CrC塗層以及（jí）Cr12MoV鋼基體的（de）腐蝕情況要比稀（xī）土陶瓷塗層的嚴重很多，尤其是Cr12MoV鋼基體在800h以後，其表麵腐（fǔ）蝕已（yǐ）經非常嚴重。四種材料的表麵腐蝕情況如圖1至圖（tú）4所示。

                      表2  塗層及基體材料（liào）抗腐蝕（shí）性能

圖1 稀土增強陶（táo）瓷塗層2000h腐蝕              圖2 WC30%+Fe陶（táo）瓷塗層1500h腐蝕樣品

圖3 CrC陶瓷塗層1500h腐蝕樣品                圖4 4Cr13鋼800h腐蝕樣（yàng）品

塗層抗（kàng）變形能力測試結果如圖5和圖6所示。實驗采用布氏（shì）硬（yìng）度壓痕法，鋼（gāng）球直徑10mm，載荷1800N，測試樣品（pǐn）經1500h腐蝕（shí）測試後進行壓痕測試。

圖（tú）5 稀土增強陶瓷塗層壓（yā）痕樣品                  圖6 CrC陶（táo）瓷塗層樣品

5 展（zhǎn）望

在熱（rè）噴塗耐磨塗層，尤其在螺杆（gǎn）泵技術領域的塗層采用真空浸滲技（jì）術封堵塗（tú）層缺（quē）陷的報道還鮮有報道，且未見成果應用。開展這一領域研究，在國內具有一定的技術先進性，在螺杆泵行業也有領先技術的優勢（shì）。

寧波（bō）日本一区免费看減變速機公（gōng）司借助了國防工業（yè）設備及（jí）技（jì）術的先進優勢（shì），在（zài）噴塗技術途徑上采用了先（xiān）進的超（chāo）音速火焰噴塗技術和等離子噴塗技術，獲得了優（yōu）良的塗層質量。塗層防腐技術途徑采用了真空封堵技術途徑（jìng），有效克服（fú）了噴塗塗層的製備（bèi）缺陷，同時也有效地提高了塗層的（de）結構強度（dù）。

目前，在塗（tú）鍍層（céng）上應用真空（kōng）浸滲技術封堵塗鍍（dù）層中的缺陷（xiàn）的已（yǐ）有研究，但進展較慢，由於受封堵劑的限製，在（zài）納米粒子浸滲劑的領域落後國外。目前兵器行業某研究所（suǒ）從匈牙利引進的真空（kōng）封堵劑采（cǎi）用（yòng）了矽酸鹽納米粒子技術，使得（dé）鋁、鎂合金微弧氧化層、鋁合金陽極化層的封堵（dǔ）獲得良好效果，使得塗層的（de）耐腐蝕性能成（chéng）倍獲得提高。同時，在塗層（céng）與基體界麵的處理（lǐ）上，采用了無裂紋塗鍍層技術，無（wú）晶化鍍層處理，有效提高了基體的抗腐蝕性能，使45鋼基體達到不鏽鋼的耐酸（suān）堿腐蝕能（néng）力，有效（xiào）增（zēng）加（jiā）了（le）塗層的抗腐蝕性能。