表麵強化（huà）技術在單螺杆（gǎn）泵轉子上（shàng）的應用現狀及（jí）展望

                                                                                                                                                                                                   黃吉平，楊玲（líng），馮勝強

                          （1. 寧波鎮海減變速機（jī）公司，浙江 寧波 315200；2. 杭州興龍泵（bèng）業有（yǒu）限公司，浙江 杭州 310018；3. 中國兵器材料科學研究院寧波分院，浙（zhè）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，分別介紹了激光合金化技術、熱噴塗常規塗（tú）層技（jì）術、稀土增強陶瓷塗層（céng）技術，著重（chóng）介紹了稀土（tǔ）增強陶瓷塗層（céng）的耐（nài）磨（mó）損及防腐（fǔ）蝕性能。對未來發展趨勢與應用前景進行了展望。

引言

螺杆泵轉子（zǐ）與定子是整機（jī）一大關鍵部件，螺杆最 常（cháng）見的失效（xiào）形式是磨（mó）損和腐蝕，它的壽命直接（jiē）影響（xiǎng）了該機組的質量。國內現有常用耐磨材料及表（biǎo）麵強化（huà）技術不能有效提高轉子的使用壽命，與進口轉（zhuǎn）子尚有較大差距。為此，研究人員不斷探索，試圖通過采（cǎi）用（yòng）高合金耐磨耐腐蝕材料和提高製件硬度來達到（dào）延長螺杆磨損壽命，然而，這（zhè）種方（fāng）法會使得材料中的貴重（chóng）金屬含量不斷提高。此外，螺杆泵的磨損和腐蝕均發生在部（bù）件表（biǎo）麵，中心部位的高合金材料同（tóng）樣是（shì）一個極大浪費造。針對這種（zhǒng）情況，采用材料表麵噴塗耐磨損、耐腐蝕的（de）塗層和針（zhēn）對陶瓷材料噴塗（tú）工藝缺陷實施封堵技術（shù），可以充分發揮塗層材料的作用，大幅度降低製件（jiàn）的製造成本（běn），節（jiē）約貴重金屬資源，該（gāi）項技術具有良好的社會效（xiào）益和直接的（de）經濟效（xiào）益（yì）。

1 國內（nèi）外技術差距

在螺杆的表麵進（jìn）行強化（huà）處理方麵，歐美發達國（guó）家尤其是德國始終走在前（qián）列。比如，德國最 佳螺杆耐磨損保護（hù）技術是由Battenfeld Extrusiontechnik公司新開發的BexaliOJ螺棱覆層技術，使擠出（chū）加工（gōng）生產安全可靠性和耐磨性都達到最 佳狀態。試生產結果表明，采用（yòng）Bexalit覆（fù）層保護技術（shù）的螺杆，其耐磨（mó）損性能比常規的氮化處理螺杆（gǎn）提高幅度達100％。該公司（sī）采用的可重複進行的等離（lí）子（zǐ）一（yī）粉末—鑲焊（hàn）覆層技術。基材和鑲焊層之（zhī）間的金屬結（jié）合完全、徹底，因此可避免覆層時預熱和冷卻中應力裂（liè）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的運轉（zhuǎn）性能進一步提高。

目前，國內（nèi）在螺杆表麵進行強化（huà）處理方麵的技術及成果與歐（ōu）美發（fā）達（dá）國家相比還存在較大差距。如國產含鎳高（gāo）鉻白口鑄鐵轉子壽命是進（jìn）口鎳硬白口鑄鐵壽命的（de）78%；45#鋼基體轉子（zǐ）表麵（miàn）噴焊Ni60+WC預保護轉子壽命是33%；45#鋼基（jī）體轉（zhuǎn）子碳氮共滲處理壽命是44%；45#鋼（gāng）基（jī）體轉子（zǐ）表麵堆焊耐磨焊條與保護轉子壽命是40%；45#鋼基體表麵電（diàn）鍍硬鉻轉子壽命＜22%。由此（cǐ）可見，雖然國內已經在轉子基體表麵進（jìn）行了眾多處理，但是結果並不盡如人意。

2 激光合金化技術

激光合金（jīn）化（huà）技術國內提出了一種性價比高、具有抗高溫粘著磨損和優良（liáng）抗腐蝕性能的激光（guāng）合金化（huà）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（de）需求。采用高科技的納米（mǐ）超細合金粉，在（zài）易磨損的螺杆（gǎn）表麵構成激光合金化複合（hé）塗層。螺杆基體材料選用40Cr鋼，采用紅硬性優、抗腐（fǔ）蝕（shí）性能良的超細合金粉(1～5μm)，具有良好抗粘著磨損的A1超細合金粉（fěn）(1～5μm)和納米碳管（guǎn）混合合金，其質量比為1：1：1，組成的化學元素（sù）有（yǒu）C，W，Co，Cr，Ni，Mo等。采用固體激光器表麵熔覆技（jì）術處理，實現塗層與（yǔ）基體的冶金結合（hé）。經激光合金化強化後的螺杆使用壽（shòu）命至（zhì）少提高（gāo）了2倍以上。上世紀末，馬鞍山礦山研究院針對混凝土濕（shī）噴射噴整機泵轉（zhuǎn）子采用高鉻鑄鐵轉子使用壽命與國外尚有較大（dà）差距問題，開展了一種新型的以45鋼為基體（tǐ）材料的（de）硬麵預保護（hù）轉（zhuǎn）子技術，該技術采用了噴焊（hàn）工藝，通過在（zài）鎳基上複合添加Cr、Mo與W，在氧乙炔高溫（wēn）條件下促使（shǐ）形成高硬度高耐磨的第二相六方、立方碳化物，促（cù）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

近年來，噴塗陶瓷塗層（céng）在抗磨損方麵顯示出了優良的性能，但螺杆轉（zhuǎn）子塗層的破壞往（wǎng）往（wǎng）是因（yīn）塗層的剝落造成的。目前，造成塗層剝落的直接原（yuán）因是塗層與基（jī）體的結合不利造成了塗層（céng）過早剝（bāo）落，這一現象已經達成了廣泛共識。通過觀察分析（xī）發現，塗層與（yǔ）基體界麵處的腐蝕嚴重的削弱了塗層的結合（hé），使得轉子在使（shǐ）用一段時（shí）間（jiān）後就發生塗層（céng）成片的脫落，這種（zhǒng）現象在有腐蝕性（xìng）的濕性介（jiè）質中更為突出。

在（zài）現有技術（shù）條件下，無論塗層是以燒結或（huò）是各種噴塗技術途徑形（xíng）成的，氣孔、疏鬆都是塗層客觀存在（zài）的缺陷。如能阻斷腐蝕介質通過對塗層內部的疏鬆、氣（qì）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步提高塗層（céng）自身的結構（gòu）強度，就能有效地提高（gāo）塗層的結合強度，在該複合技術途（tú）徑的綜合作用下（xià），可以（yǐ）實現在現有技術條件下采（cǎi）用熱噴塗陶瓷塗層在螺杆泵轉子上的應用。

4 稀土增強（qiáng）陶瓷塗層技術

近年來，寧波鎮（zhèn）海減變速機公司通過與杭州興龍泵（bèng）業有限公司、中國兵器科學研究院寧波分院合作，研（yán）究開發了稀土增（zēng）強陶瓷塗層技術，並達到了抗磨損、抗腐蝕優良性能的效果。該技術主要途徑是：螺杆轉子表麵（miàn）防（fáng）腐塗鍍處理——稀土增（zēng）韌陶瓷（cí）粉體處理——高能熱噴塗陶瓷塗層——塗層真空有機封堵處理等技術。通過摩擦磨損實驗對塗層及基體材料進行了比較測試，測試結果如表1所示。磨損試（shì）驗選擇栓盤幹磨損方式進（jìn）行，對磨體選用￠5mmGCr15鋼球，載荷分（fèn）別（bié）為30N、90N。速度為500r/min，磨損時間為30min。Cr12MoV鋼經淬火+回火熱處理，硬度為HRC58～62。

                     表1  塗層及基體材料摩（mó）擦磨損性能

表2為塗層與基（jī）體材料抗腐蝕性能實驗結果對比（bǐ）圖。由圖（tú）中（zhōng）可以看出，稀土陶瓷塗（tú）層的腐（fǔ）蝕性能最 好。腐蝕介質為HCl水溶液腐蝕，HCl+去離（lí）子水（10% HCl），PH值1，顯強酸性。在經過800h、1500h和2000h的鹽霧試驗後，表麵未發生任何腐蝕現象（xiàng）。相比之下，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，其表麵腐蝕已經非常嚴重。四種材料的表麵腐蝕情況如圖1至圖（tú）4所示。

                      表2  塗層（céng）及基體材（cái）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（shí）樣品                圖4 4Cr13鋼（gāng）800h腐蝕樣品

塗層抗變形能（néng）力測試結（jié）果（guǒ）如圖5和圖6所示。實驗采用布氏硬度壓痕法（fǎ），鋼球（qiú）直徑10mm，載荷1800N，測試樣品經（jīng）1500h腐蝕測試後（hòu）進行壓痕測試。

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

5 展望（wàng）

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（shèn）技（jì）術封堵塗層缺陷的報道還鮮有報道，且未（wèi）見成（chéng）果應用。開展這一（yī）領域研究，在國（guó）內具有一定的技術先進性，在螺杆（gǎn）泵行業（yè）也有（yǒu）領先技術的優（yōu）勢（shì）。

寧波鎮海減變速機公司借助了國防工業設（shè）備及技術的先進優勢（shì），在噴塗技術途徑上（shàng）采用（yòng）了先進的超音速火焰噴塗技術和等離（lí）子噴塗（tú）技術，獲得了優良的塗層質（zhì）量。塗層防腐技術途徑采（cǎi）用了真空封堵技術途徑，有效克服了噴塗塗層的製備缺陷，同時也（yě）有效地提高了塗層（céng）的（de）結構強度。

目前，在塗鍍層上應用真空浸滲技（jì）術封堵塗鍍（dù）層中的缺陷的已有研究，但進展較慢，由（yóu）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（yè）某研究所從匈牙利引進的真空封堵劑采用（yòng）了矽酸鹽納米粒子技（jì）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（liáng）好效果，使得（dé）塗層的耐腐蝕性能成倍獲得提高。同時，在塗層（céng）與基體（tǐ）界麵的處理上，采（cǎi）用了無裂（liè）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鋼基體達到不鏽鋼的（de）耐酸堿腐蝕（shí）能力，有效增加了塗（tú）層的抗腐蝕性能。