表麵強化技術在單螺杆泵（bèng）轉子上的（de）應用現狀及展望

                                                                                                                                                                                                   黃（huáng）吉平，楊玲，馮勝強

                          （1. 寧波蝴蝶逼视频減變速機公（gōng）司，浙江 寧波 315200；2. 杭州興龍泵業有限公（gōng）司，浙江 杭州 310018；3. 中國兵器材料科學（xué）研究院寧（níng）波分院，浙江 寧波 315103）

摘（zhāi）要：螺杆泵中螺杆的失效形式主要為磨損失（shī）效。主要介紹了螺杆泵轉子表麵強（qiáng）化技術國內外發（fā）展水平。在此基礎上，分別介紹了激光合金化技術、熱噴塗常規塗層技術、稀土增強陶瓷塗層（céng）技術，著重介（jiè）紹了稀土增強陶瓷塗層的耐磨損及防腐蝕性能。對未來（lái）發展趨勢與應用（yòng）前景進行了（le）展望。

引言

螺杆泵（bèng）轉（zhuǎn）子與定子是整機一大關鍵部件，螺杆最 常見的失（shī）效形式是磨損和腐蝕，它的壽命直接影響了該（gāi）機組的質量。國內現有（yǒu）常用耐磨材（cái）料及表麵強化技術不能有效提高轉子（zǐ）的使用壽命，與進口（kǒu）轉子尚有（yǒu）較大差距。為（wéi）此，研究人員不斷探索，試圖通（tōng）過采用高合金耐磨耐腐蝕材料和提高製件硬度來達到延（yán）長螺杆磨損（sǔn）壽命，然而，這種方法會使得材料中的貴重金屬含量不斷（duàn）提（tí）高。此外，螺杆泵的磨損和腐蝕均發生在（zài）部件表麵，中心部位的高（gāo）合金材料同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、耐腐蝕的塗層和（hé）針對陶（táo）瓷材料噴塗工（gōng）藝（yì）缺陷（xiàn）實（shí）施封堵技術，可以充分發揮塗層材料的作用，大幅度（dù）降低製（zhì）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（dá）國家尤其是德國始終走在前（qián）列。比（bǐ）如（rú），德國最 佳螺杆耐磨損保護技術是由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（kě）靠性和耐磨性都達到最 佳狀態。試生產結果表明（míng），采用Bexalit覆層保護技術的螺杆，其耐磨損（sǔn）性能比常規的氮化處理螺杆（gǎn）提高幅度達100％。該公司采用的可重複進（jìn）行的（de）等離子一粉末—鑲焊覆層技術。基材和鑲焊層之間的（de）金屬結合完（wán）全、徹底，因此可避免（miǎn）覆層時預熱和冷卻中應力裂紋（wén）。接下來的等離（lí）子氮化處理過程使得螺杆螺棱和料筒壁（bì）之間（jiān）的運轉性能進一步提高。

目前（qián），國內（nèi）在（zài）螺杆表麵進行（háng）強化處理方麵的技術及成果（guǒ）與歐美發達國家相比還存（cún）在較大差距。如國產含（hán）鎳高鉻白口鑄鐵轉子壽命是進口鎳硬白口（kǒu）鑄鐵壽命的78%；45#鋼基體（tǐ）轉（zhuǎn）子表麵噴焊Ni60+WC預保護轉子（zǐ）壽（shòu）命（mìng）是33%；45#鋼基體轉子碳氮共滲處理（lǐ）壽命是44%；45#鋼基體轉子表麵堆焊耐磨焊條與保護轉子壽命是（shì）40%；45#鋼基體表（biǎo）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（jié）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（jià）比高、具有抗高（gāo）溫粘著磨損和優良抗腐蝕（shí）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（liào）原料的需求（qiú）。采用高科技的納米超細合（hé）金粉，在易磨損的螺杆表麵構成激光合金化複合塗（tú）層。螺杆基體材料選用40Cr鋼，采用紅硬性優、抗腐蝕性能良的（de）超（chāo）細合金粉(1～5μm)，具有良好抗粘著磨（mó）損的A1超細合（hé）金粉(1～5μm)和納米碳（tàn）管混合合金，其質量比為1：1：1，組成的化（huà）學元素有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（jī）體（tǐ）的冶金結合。經激光合金化強化後的螺杆使用壽命至少提高了2倍以上（shàng）。上世紀末，馬鞍山礦（kuàng）山（shān）研究院針對混（hún）凝土濕噴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（chà）距問題，開展了一種新（xīn）型的以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（jī）上複合添（tiān）加Cr、Mo與（yǔ）W，在氧（yǎng）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（xiàng）的彌散分布強化噴焊（hàn）層基體。

3 熱噴塗常規塗層技術

近年來，噴塗陶瓷塗層（céng）在抗磨損方（fāng）麵（miàn）顯示出（chū）了優良的性能，但螺杆轉子塗層的破壞往往是因塗層的剝落造成的。目（mù）前，造成塗層剝落的直接原因是塗層與基（jī）體（tǐ）的結合不（bú）利造成了塗層過早剝落，這一現（xiàn）象已經達成了廣泛共（gòng）識。通過觀（guān）察（chá）分析發現，塗層（céng）與基體界麵處的腐蝕嚴（yán）重的削弱了塗層的結合，使得轉子在使用一段時間後就發生塗層成片的脫落，這種現象在有（yǒu）腐蝕性的濕性（xìng）介質中更（gèng）為突出。

在現（xiàn）有技術條件下，無論塗層是以燒結或（huò）是各種噴塗技術途徑形成的，氣孔、疏鬆都是塗（tú）層客觀存在（zài）的（de）缺陷。如（rú）能阻斷腐蝕（shí）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（shí）提高界麵的抗腐蝕能力和進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，在該複合技術途徑的綜合作用下，可以（yǐ）實（shí）現在（zài）現有技術條件下采用熱噴塗陶瓷塗層在螺杆泵轉子上的（de）應用（yòng）。

4 稀土增強（qiáng）陶瓷塗層技（jì）術

近年來，寧波鎮（zhèn）海減變速機公司通（tōng）過與杭（háng）州（zhōu）興龍泵業有限公司、中國兵（bīng）器科學研（yán）究院寧波分院合作，研究開發了稀土增強陶瓷塗層技（jì）術，並達到了抗磨損、抗腐蝕優（yōu）良性能的效果。該技術主要途徑是：螺杆（gǎn）轉子表麵防腐塗（tú）鍍處理——稀土增韌陶瓷粉體處理——高能熱噴（pēn）塗陶瓷塗層——塗（tú）層真空有機（jī）封堵處理等技術。通過摩擦磨損實驗對塗層及基體材料進行了比較測試，測試結果如表1所示。磨損試驗選擇（zé）栓盤（pán）幹（gàn）磨損方式進行（háng），對磨體選用￠5mmGCr15鋼球，載荷分別（bié）為30N、90N。速（sù）度為500r/min，磨損時間為30min。Cr12MoV鋼經淬火+回（huí）火熱處（chù）理，硬度（dù）為HRC58～62。

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

表2為（wéi）塗層與基體材料抗腐（fǔ）蝕性能實驗結果對比圖。由圖中可以看出，稀（xī）土陶瓷塗層的腐蝕性能最 好。腐蝕介質為HCl水溶液腐蝕，HCl+去離子（zǐ）水（10% HCl），PH值1，顯強酸性。在經（jīng）過（guò）800h、1500h和2000h的鹽霧試驗後，表麵未發生任何腐蝕現象。相（xiàng）比之下，WC30%+Fe塗層、CrC塗層以及Cr12MoV鋼基體的腐蝕情（qíng）況要比稀土陶瓷塗層的嚴重很多，尤其是（shì）Cr12MoV鋼基體在800h以後，其表麵腐蝕（shí）已（yǐ）經非常嚴重。四種材料的表麵腐蝕情況（kuàng）如（rú）圖1至圖4所示。

                      表2  塗層及基體材料抗腐蝕性能

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

圖3 CrC陶瓷塗（tú）層1500h腐蝕樣品                圖4 4Cr13鋼800h腐蝕樣品

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，測試樣品經1500h腐蝕（shí）測試後進（jìn）行壓（yā）痕測試。

圖5 稀土增強陶瓷塗層壓痕樣品                  圖6 CrC陶瓷（cí）塗層樣品

5 展望

在熱噴塗耐磨塗層，尤其在螺杆泵技術領域的塗層采用真空浸滲技術封堵塗層缺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（yè）也有領先技術的優（yōu）勢。

寧波蝴蝶逼视频（hǎi）減變（biàn）速機（jī）公司（sī）借助了國防工業設備及技術的（de）先進（jìn）優勢，在噴塗技術途徑上采用了先進的超音速火焰噴塗技（jì）術和等離子噴（pēn）塗技術，獲得了優良的塗層質量。塗層防腐技術途徑采用了真空封（fēng）堵技術途徑，有效克服了噴塗塗層的製備缺陷，同（tóng）時也有效地提高了塗層的結構強度。

目前，在塗鍍層上應用真空浸滲技術封堵塗鍍層（céng）中（zhōng）的缺陷的已有研究，但（dàn）進展較慢，由於受封堵（dǔ）劑的限製，在納米粒子浸滲劑的領域落後國外。目前兵器行業某研究所從匈牙利引進的真空封堵劑（jì）采用了矽酸鹽納米粒子（zǐ）技術，使（shǐ）得鋁、鎂合金微弧氧化層、鋁（lǚ）合金陽極化層（céng）的封堵（dǔ）獲得良（liáng）好效果，使得塗層的耐腐蝕性能成倍（bèi）獲得提高。同時，在塗層與基體（tǐ）界麵的處理上，采用了無裂紋塗鍍（dù）層技術，無晶化鍍層處理，有效提高了基體的抗腐蝕性能，使45鋼基體（tǐ）達到不鏽鋼的耐酸堿腐蝕能力，有效增加了塗層的抗腐蝕性能。