表麵強（qiáng）化（huà）技術在單螺杆泵轉子上的應用現狀及展望

                                                                                                                                                                                                   黃吉平，楊玲，馮（féng）勝強（qiáng）

                          （1. 寧波鎮亚洲色精品三区二区一区變速機公司，浙江 寧波 315200；2. 杭州興龍泵業有限公司（sī），浙江 杭州 310018；3. 中（zhōng）國（guó）兵器材料科學研究院（yuàn）寧波分院（yuàn），浙江 寧波 315103）

摘要：螺杆泵中螺杆的失效形式主要為磨損失效。主要介紹了螺杆泵轉子表麵強化技術國內外發展水平。在此基礎上（shàng），分別介（jiè）紹（shào）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，著重介紹了稀土增強陶瓷塗層的耐磨損及防腐蝕性能。對未來發展趨（qū）勢與應用前景進行（háng）了展望。

引言

螺杆泵轉子與定子是整（zhěng）機一大關鍵部件，螺杆最 常見的（de）失效（xiào）形式是磨損和腐蝕，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麵強化技術（shù）不能有效提高轉子的使用壽命，與進口（kǒu）轉子尚有較大差距。為此，研究人員不斷（duàn）探索，試圖通過采用高合金耐磨耐腐（fǔ）蝕材料（liào）和提（tí）高製件（jiàn）硬度來達到延長螺杆磨損壽命，然而，這種方法會使得材料（liào）中的貴（guì）重金屬含量不斷提高。此外，螺（luó）杆泵的（de）磨損和腐蝕（shí）均發（fā）生在部件表（biǎo）麵，中心部位的高合金材料同樣是（shì）一個極大浪費造。針對這種情況，采（cǎi）用材料表麵噴塗耐磨損、耐腐蝕的塗層（céng）和針對陶瓷（cí）材料噴塗工（gōng）藝缺陷實施封堵技術，可以（yǐ）充分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（zī）源，該項技術具有良好的社會效益和直（zhí）接的經（jīng）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（ōu）美發達國家尤其是德國始（shǐ）終走在前列。比如，德國最 佳螺杆耐磨損保護技（jì）術是由Battenfeld Extrusiontechnik公司新（xīn）開發的BexaliOJ螺棱覆層技術，使（shǐ）擠（jǐ）出（chū）加工生產（chǎn）安全可靠性和耐磨（mó）性都達（dá）到最 佳狀態。試生產結果表明，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（huà）處理螺杆提高幅度（dù）達100％。該公司采用的（de）可重複進行（háng）的等離子一粉末—鑲焊覆層技術。基材（cái）和鑲焊層之間的金屬結合完全（quán）、徹底，因此可避免覆層時預熱和（hé）冷卻中應力裂紋。接下來的等離（lí）子氮（dàn）化處理過程使得螺（luó）杆螺棱和料筒壁之間的運轉性能進一步提高。

目前，國內在螺（luó）杆表麵進行強化處理方麵的技術及成果與（yǔ）歐美發達（dá）國家相比還存在較大差距。如國（guó）產含（hán）鎳高鉻（gè）白口鑄鐵轉子壽命是進口鎳硬（yìng）白口鑄（zhù）鐵壽命的78%；45#鋼基體轉子表麵噴（pēn）焊Ni60+WC預保護轉子壽命是33%；45#鋼基體轉子碳氮共滲處理壽命是44%；45#鋼基體轉子表麵堆焊耐磨焊條與保護轉（zhuǎn）子壽命是40%；45#鋼（gāng）基體表麵電鍍硬鉻轉子壽命＜22%。由此可見，雖然國內（nèi）已經在（zài）轉子基（jī）體（tǐ）表麵進行了眾（zhòng）多處理，但是結果（guǒ）並不盡如人意。

2 激光合金化（huà）技術

激光合（hé）金化技（jì）術國（guó）內提出了一種性價比高、具有抗（kàng）高溫粘著磨（mó）損（sǔn）和優良抗腐蝕性能（néng）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（qiú）。采用高科技的納米超細合金粉，在（zài）易磨損的螺（luó）杆表麵構成激光合金化複合塗層。螺杆基（jī）體材料選用40Cr鋼（gāng），采用紅硬性優、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（fěn）(1～5μm)和（hé）納米碳管混合合金，其質量比（bǐ）為1：1：1，組成的化學元素（sù）有C，W，Co，Cr，Ni，Mo等。采用固體（tǐ）激光器表（biǎo）麵熔覆技術處理，實現塗（tú）層（céng）與基體的冶金結（jié）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。上世紀末，馬鞍山礦（kuàng）山研究院針對混凝土（tǔ）濕噴射噴整機泵轉子采用高鉻（gè）鑄鐵轉（zhuǎn）子使用壽命與國外（wài）尚有較大差距（jù）問題，開展了（le）一種新型的以45鋼為基體材料的硬麵預保護轉子（zǐ）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，在氧乙炔高（gāo）溫條件下促使（shǐ）形成高（gāo）硬度高耐磨的第二相六方、立方碳化物，促使生成Laves相與第二相的彌散分布強化（huà）噴焊層基體。

3 熱噴塗常規塗層技術

近年來，噴塗陶瓷塗（tú）層在抗磨損方麵顯示出了優良的性能，但螺杆轉子塗層的破（pò）壞往往是因塗層的剝落（luò）造成的。目前，造成（chéng）塗層剝（bāo）落（luò）的直接原因是塗層與基體（tǐ）的結合不利造成了（le）塗層過早剝落，這（zhè）一現象已經達成了廣泛共識。通過觀察分析發現，塗層與（yǔ）基體界麵處的腐蝕嚴重的削弱了（le）塗層的（de）結合，使得轉子在使用一段時間後就發生塗層成片的脫落（luò），這種（zhǒng）現象在（zài）有腐蝕性的濕性（xìng）介質中更為突出。

在現有（yǒu）技術條件下，無論塗層是以燒結或（huò）是（shì）各種噴塗技術途徑形成的，氣孔、疏鬆（sōng）都是塗層客觀存在（zài）的缺陷。如（rú）能阻斷（duàn）腐蝕介質通過對塗層內（nèi）部的疏鬆、氣孔對塗層與基體界麵的腐蝕（shí），同時提高界麵的抗腐蝕能（néng）力和進一步提高塗層自身的結構強（qiáng）度，就能有效地提高塗層（céng）的結合強度，在該複合技術途徑的綜合作用下，可以實現在（zài）現有技（jì）術條件下采用熱噴塗（tú）陶瓷塗層在螺杆（gǎn）泵轉子（zǐ）上的應用。

4 稀土增強陶瓷塗層技術

近年來，寧波鎮亚洲色精品三区二区一区變速機公司通過與杭州興龍泵業有限公司、中國（guó）兵器（qì）科（kē）學研究院（yuàn）寧（níng）波分院合作，研究（jiū）開發了稀土（tǔ）增強（qiáng）陶瓷塗（tú）層技術，並達到了抗磨損、抗腐蝕優（yōu）良性能的效果。該（gāi）技術主要途徑是：螺杆轉（zhuǎn）子表麵防腐塗鍍處理（lǐ）——稀土增韌（rèn）陶瓷粉體（tǐ）處理——高能熱噴塗陶瓷塗層——塗（tú）層真空有機封堵處理等技術。通過摩擦磨損實（shí）驗對塗層及基體材料進行了比較（jiào）測試（shì），測試結果如表1所示。磨損試驗選擇栓（shuān）盤幹磨損方式進行，對磨體選用￠5mmGCr15鋼球，載（zǎi）荷分別為30N、90N。速度為500r/min，磨損時間為30min。Cr12MoV鋼（gāng）經淬（cuì）火+回火熱處理，硬（yìng）度為HRC58～62。

                     表1  塗層及基體（tǐ）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圖（tú）。由圖中可以看出，稀土陶瓷塗（tú）層的腐蝕性（xìng）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（qiáng）酸性。在經過800h、1500h和2000h的鹽霧試驗後，表（biǎo）麵（miàn）未發生任何腐蝕現象。相比之下，WC30%+Fe塗層、CrC塗層以及Cr12MoV鋼基體的（de）腐蝕情況要比稀土陶瓷塗層的（de）嚴（yán）重很多，尤其是Cr12MoV鋼基體在（zài）800h以後，其表麵腐蝕已經非常（cháng）嚴重。四種材料的表麵腐蝕（shí）情況如圖（tú）1至圖4所（suǒ）示（shì）。

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

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

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

塗層抗變形能力測（cè）試結果如圖5和圖6所示。實驗采（cǎi）用布氏硬度壓痕法，鋼（gāng）球直徑10mm，載荷1800N，測試（shì）樣品經1500h腐蝕測試後進行壓痕測試。

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

5 展望

在熱噴塗（tú）耐磨塗層（céng），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（dào），且未見成果應用。開展這一領域研究，在國內（nèi）具有一定的技術先進性，在螺杆泵（bèng）行業也有領先技術的優勢。

寧（níng）波鎮亚洲色精品三区二区一区變速機公司借助（zhù）了國防工業設備及（jí）技（jì）術的先進優勢，在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塗技術，獲得了優良的塗層質量。塗層防腐技術途徑采用了（le）真空（kōng）封堵技術途徑，有效克服了噴塗塗層的製備（bèi）缺陷，同時也有效地提高了塗層的（de）結構強（qiáng）度。

目前，在塗鍍層上應用真空浸滲技術封（fēng）堵塗（tú）鍍層中的缺陷的已有研究，但進展較慢，由於受封堵劑的限製，在納米粒子浸（jìn）滲劑的領域落後（hòu）國外。目前（qián）兵器行業某研究所從匈牙利引進的真（zhēn）空封堵劑采用了矽酸鹽納（nà）米粒（lì）子技術，使得鋁、鎂合金微弧氧化層、鋁合金陽極化層的封堵獲得良好效果，使（shǐ）得塗層的耐腐蝕性能成倍獲得提高。同時（shí），在塗層與基體界麵的處理上，采用了無裂紋塗鍍層技術，無（wú）晶化鍍層處理，有（yǒu）效提高了基體的抗腐蝕性能，使（shǐ）45鋼基體達到不鏽鋼的耐酸堿腐蝕能力，有效增加（jiā）了塗層的（de）抗腐（fǔ）蝕性能。