表麵強化技術在單螺杆泵轉子上的應用現（xiàn）狀及展望

                                                                                                                                                                                                   黃吉平，楊玲，馮勝強

                          （1. 寧波97精品国产一区二区三区減變速機公司，浙江（jiāng） 寧波 315200；2. 杭州興龍泵（bèng）業有限公司，浙江（jiāng） 杭州 310018；3. 中國兵器材料（liào）科學研究院寧波（bō）分院，浙江 寧波 315103）

摘要：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化技術國（guó）內（nèi）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、稀土增強陶瓷塗層技術，著重介紹了稀（xī）土增強陶瓷塗層的（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（le）展（zhǎn）望。

引言

螺杆泵轉子與定子是整機一大關鍵部件，螺杆最 常見的（de）失效形式（shì）是磨損和（hé）腐蝕，它（tā）的壽（shòu）命直接（jiē）影響了該機組的質量。國內現有常用耐磨材料及表麵強化技術不能有效提高轉子的使用（yòng）壽命（mìng），與進口轉子尚有較大差（chà）距。為此，研究人員不斷探（tàn）索，試（shì）圖通過采用高合金耐磨耐腐蝕材料和提（tí）高製件硬度來達到延長螺杆磨損壽命，然而，這種方法會使得材料中的貴重（chóng）金屬含量不（bú）斷提高。此外，螺杆泵的磨損和腐蝕均發生（shēng）在部件表麵，中心部位的（de）高合金材料同樣是一個極大浪費造。針對這種情況，采用材（cái）料表麵噴塗耐磨（mó）損、耐腐蝕的塗層和針（zhēn）對陶瓷（cí）材料噴塗工藝缺陷實施封堵技術，可以（yǐ）充分發揮塗層材料的作用（yòng），大幅度降低製件的製造成本，節約貴重金屬資源，該項技術具有良好的社會效益（yì）和直接的經濟效益。

1 國內外技術差距（jù）

在螺杆的表麵進行強化處理方麵，歐美發達國家（jiā）尤其是德國始終走在（zài）前列。比（bǐ）如（rú），德國最 佳螺杆耐磨損保護（hù）技術是由Battenfeld Extrusiontechnik公司（sī）新開發（fā）的BexaliOJ螺棱覆（fù）層技術，使擠（jǐ）出加工生（shēng）產安全可靠性和耐磨性都（dōu）達到最 佳狀（zhuàng）態。試生產結果表明（míng），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螺杆提高幅度達100％。該公（gōng）司（sī）采用的可重複進行的等離（lí）子一粉末—鑲焊覆層技術。基材和鑲焊層之間的金屬結合完全、徹底，因此可避免覆層時預熱和冷卻中應力（lì）裂紋。接下來的等離子氮化處理過程使得螺杆螺棱和料筒（tǒng）壁（bì）之間的運轉性能進一步提高。

目前，國內在螺杆表麵進行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。如國產含鎳高鉻白口鑄鐵轉子壽命是進（jìn）口（kǒu）鎳（niè）硬白口鑄鐵壽（shòu）命的78%；45#鋼基體轉子表麵噴焊（hàn）Ni60+WC預保護轉子壽（shòu）命是33%；45#鋼基體轉子碳氮共滲處理壽（shòu）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40%；45#鋼基體表麵電鍍硬鉻轉子壽命＜22%。由此可見，雖然國（guó）內已經在轉子基體表麵進行了眾多處理，但是結果並不盡如人意。

2 激光合金化技術（shù）

激光合金化技術國內提（tí）出了一種性價比高、具有抗高溫粘著（zhe）磨損和優良抗（kàng）腐蝕性（xìng）能（néng）的激光（guāng）合金化（huà）技術來（lái）進行螺（luó）杆的表麵強化，以滿足成型增（zēng）強改（gǎi）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（luó）杆表麵構成激光合金化複合塗層。螺杆基體材料選用40Cr鋼，采用紅硬性優、抗腐蝕性能（néng）良的超細合（hé）金粉(1～5μm)，具有良好（hǎo）抗粘著（zhe）磨損的A1超細合金粉(1～5μm)和（hé）納米碳管混合（hé）合金，其質量比為1：1：1，組（zǔ）成的化學元素有C，W，Co，Cr，Ni，Mo等。采用固（gù）體激光器表麵熔覆技術（shù）處理，實現塗（tú）層與基體的冶金結（jié）合（hé）。經激光合金化強化後的螺杆（gǎn）使用壽命至少提高了2倍以（yǐ）上。上世紀（jì）末，馬鞍（ān）山礦山研（yán）究院針對混凝土濕（shī）噴射噴整機泵轉子采用高鉻（gè）鑄鐵轉子使用壽（shòu）命（mìng）與國外尚有較大差距（jù）問題，開展（zhǎn）了一種新型的以（yǐ）45鋼為基體（tǐ）材（cái）料的硬麵（miàn）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Cr、Mo與W，在（zài）氧乙炔高溫條件下促使形成高硬度高耐磨的第（dì）二相六方、立方碳化物，促使生成Laves相與第二（èr）相的彌散分布強化噴焊層基體。

3 熱噴塗常（cháng）規塗層技術

近年（nián）來，噴塗陶瓷塗層（céng）在抗（kàng）磨損方麵顯示出了（le）優良的性能，但螺杆轉子塗層的破（pò）壞往往是因塗（tú）層的剝落造成的。目前，造成塗層剝（bāo）落的直（zhí）接原因是塗層與基體的結合不利造成了塗層過早剝落，這一（yī）現象已經達成了廣泛共識。通過觀察分析發（fā）現，塗層與基體（tǐ）界麵處的腐蝕嚴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，這種現象在有腐蝕性的濕性介質中更為（wéi）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（xiàn）。如能阻斷腐蝕介（jiè）質通過對塗層內部的疏鬆（sōng）、氣孔對塗層與基體界麵的腐蝕，同時提高界麵的抗（kàng）腐蝕能力和進一步提高（gāo）塗層自（zì）身（shēn）的結構強度，就（jiù）能（néng）有效地提高塗（tú）層的結合強度，在該複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）塗陶瓷塗層在螺杆泵轉（zhuǎn）子上的應用。

4 稀（xī）土（tǔ）增強陶瓷塗層技術

近年來，寧波（bō）97精品国产一区二区三区減變（biàn）速機（jī）公司通過與杭州（zhōu）興（xìng）龍（lóng）泵業有限公（gōng）司、中（zhōng）國兵器科學研究院（yuàn）寧波分院合作，研究開發了稀土增強陶瓷塗層技術，並（bìng）達（dá）到（dào）了抗磨損、抗腐蝕優良性能的效果。該技術主要（yào）途徑是：螺杆（gǎn）轉子表麵防腐塗鍍處理——稀土（tǔ）增韌陶瓷粉體處理——高能熱噴塗陶瓷塗層——塗層真空（kōng）有機封堵處理等技術。通過摩（mó）擦磨損實驗對塗（tú）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）幹磨（mó）損方式進行，對磨體選用￠5mmGCr15鋼球，載荷分別為30N、90N。速度為500r/min，磨損時間為30min。Cr12MoV鋼經淬（cuì）火+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（yàn）結（jié）果對比圖。由圖中可以看出，稀土陶瓷塗層（céng）的腐蝕性能最 好。腐蝕介質為HCl水溶液腐蝕，HCl+去離子水（10% HCl），PH值1，顯強酸性。在經過800h、1500h和2000h的鹽霧試驗後，表麵未發生任何腐（fǔ）蝕現象。相（xiàng）比之（zhī）下，WC30%+Fe塗層、CrC塗層以及Cr12MoV鋼基體的腐蝕情況要比稀土陶瓷塗層的嚴重很多，尤其是Cr12MoV鋼基體在800h以後，其表（biǎo）麵腐（fǔ）蝕（shí）已經非常嚴重。四種材料的（de）表麵腐蝕情況如圖1至（zhì）圖4所示。

                      表2  塗層及基體材（cái）料抗腐蝕性能

圖1 稀土增強（qiáng）陶瓷塗（tú）層2000h腐蝕              圖2 WC30%+Fe陶瓷塗層1500h腐蝕樣品（pǐn）

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

塗層（céng）抗變形能力測（cè）試結果（guǒ）如圖5和圖6所示。實驗采用布氏硬度壓痕法，鋼球直徑（jìng）10mm，載荷1800N，測試樣品經1500h腐蝕測試後進行壓痕（hén）測試。

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

5 展望

在熱噴塗耐磨塗層，尤其在螺杆泵技術領域的（de）塗（tú）層采用真空（kōng）浸滲技術封堵塗（tú）層缺陷的報道（dào）還鮮有報道，且未見成果應（yīng）用。開展這一領域研究，在（zài）國內具有一定的技術先（xiān）進性，在螺杆泵（bèng）行業也有領先技術（shù）的優勢。

寧波97精品国产一区二区三区減變速機（jī）公司借助了國防工業設備及技術的先進優勢，在噴塗（tú）技術途徑上采用（yòng）了先進（jìn）的超音速火焰噴塗技術（shù）和等離子噴塗技術，獲得了優良的塗層質量。塗層防腐技術途徑采用了真空封堵技術途徑，有效（xiào）克服了噴塗塗層的製備缺陷，同時也有效地（dì）提高了塗層的結構強（qiáng）度。

目（mù）前（qián），在塗鍍層上應用真空浸（jìn）滲技術封堵塗鍍（dù）層中的缺陷的已有研究，但進展較慢，由於受封（fēng）堵（dǔ）劑的限製（zhì），在納米粒子浸滲劑（jì）的領域落後國外。目（mù）前兵器行業某研究所從匈牙利引（yǐn）進的真空封堵（dǔ）劑采用了矽（guī）酸鹽納米粒子技術，使得鋁、鎂合金微弧氧化層、鋁合金陽極化層的封堵（dǔ）獲得良好（hǎo）效果，使得塗（tú）層的耐腐蝕性能成（chéng）倍獲得提高（gāo）。同時，在塗層與基體界麵的處理上，采（cǎi）用了無裂紋塗鍍層技術，無晶化鍍層處理，有效提高了（le）基體的抗腐蝕性能，使45鋼基（jī）體達到不鏽鋼的耐酸堿腐（fǔ）蝕能力，有（yǒu）效增加了塗層的抗腐蝕性能。