表麵強化（huà）技術在單（dān）螺杆（gǎn）泵轉子上的應用現（xiàn）狀及展望（wàng）

                                                                                                                                                                                                   黃吉平（píng），楊玲，馮勝強

                          （1. 寧波鎮海減變速機（jī）公司（sī），浙（zhè）江（jiāng） 寧波（bō） 315200；2. 杭州興龍泵業有限公司，浙江 杭州 310018；3. 中國兵器材料科學研究院寧波分院，浙江（jiāng） 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（jì）術國內（nèi）外發展水平。在此基礎上，分別介紹了激光合金化技術、熱噴塗常規塗層技術、稀土增強陶瓷（cí）塗（tú）層技術，著重（chóng）介紹了稀土增強陶瓷塗層的耐磨（mó）損及防腐蝕性能。對未來發展（zhǎn）趨勢與應用前景進（jìn）行了展望。

引言

螺杆泵轉子與定子是整機一大關鍵部件，螺杆最 常見的失效形式是磨損和腐蝕，它的壽命直接影響了該機組的質量。國內現（xiàn）有常用耐磨材料及表麵強化技術不（bú）能有效提高（gāo）轉（zhuǎn）子的使（shǐ）用（yòng）壽命，與進口（kǒu）轉子尚有較大差距。為（wéi）此，研究人員不斷探索，試圖通（tōng）過采（cǎi）用高合金耐磨耐腐蝕材料和提高製件硬（yìng）度來達到（dào）延長螺杆磨損壽（shòu）命，然而，這種方法會使得材料中的貴重金屬含量不斷提高。此外，螺杆泵的磨損和腐蝕均發生在（zài）部件表麵，中心部位的高合金材料（liào）同樣是一個極大浪費（fèi）造。針對這種情況，采用材料（liào）表麵噴塗耐磨損、耐腐蝕（shí）的塗層和針對陶（táo）瓷材料噴塗（tú）工藝缺（quē）陷（xiàn）實施封堵技術，可以（yǐ）充分發揮塗層材料的（de）作用，大幅度降低製（zhì）件的製造成（chéng）本（běn），節約貴重（chóng）金屬資源，該項技（jì）術（shù）具有良好的（de）社會效（xiào）益（yì）和直接的（de）經濟效（xiào）益。

1 國內外技（jì）術差距

在螺杆的表麵進行強化處理方麵，歐美發達國家尤其是德國始終走在前列（liè）。比如，德國最 佳螺杆耐（nài）磨損保護技術是由Battenfeld Extrusiontechnik公司（sī）新開發的BexaliOJ螺棱覆層技術，使擠出加（jiā）工生產安全可靠性和耐磨性都達到（dào）最 佳狀（zhuàng）態。試生產結果表明，采（cǎi）用Bexalit覆層（céng）保護技（jì）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％。該公司采用的（de）可重複進行的等離子一粉末—鑲焊覆層技術。基材（cái）和鑲焊層之間（jiān）的金屬結合完全、徹底，因此可避免覆層時預熱和冷卻中應（yīng）力（lì）裂紋。接下來的等離子氮化處理過程使得螺杆（gǎn）螺棱和料筒壁（bì）之（zhī）間的運轉性能進一步提高。

目前，國（guó）內（nèi）在螺杆表麵（miàn）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大差距。如國（guó）產含鎳高鉻白口鑄鐵轉子（zǐ）壽命是進口（kǒu）鎳硬白口鑄鐵壽命的78%；45#鋼基體轉子表麵（miàn）噴焊Ni60+WC預保護轉子壽命是33%；45#鋼（gāng）基體轉子碳氮共滲處理壽命是44%；45#鋼基體轉子表（biǎo）麵（miàn）堆焊耐磨焊條與保護轉子壽命（mìng）是40%；45#鋼基體（tǐ）表麵電鍍硬鉻轉子壽命＜22%。由此可見，雖然國（guó）內已經（jīng）在轉子基體表麵進行了（le）眾多處理（lǐ），但是結果並不盡如人意。

2 激光合金化技（jì）術

激光（guāng）合金化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抗腐蝕性能的激光（guāng）合金化技術來（lái）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構成激光合金化複合塗層。螺杆基（jī）體（tǐ）材料選（xuǎn）用40Cr鋼，采用紅硬性優、抗腐蝕（shí）性能良的超（chāo）細合金粉(1～5μm)，具（jù）有（yǒu）良（liáng）好抗粘著磨（mó）損的A1超細合金（jīn）粉(1～5μm)和納米碳（tàn）管混合合金，其質（zhì）量比為1：1：1，組成的化（huà）學元（yuán）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（shí）現塗層與基體的冶（yě）金結合。經（jīng）激（jī）光（guāng）合金化強化後的螺（luó）杆使用壽命至少提高了2倍（bèi）以上。上世紀末，馬鞍山礦山研究（jiū）院針對混凝土濕（shī）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距問題，開展了一種新型的以45鋼為基體材料（liào）的硬麵預保護轉子技術，該技（jì）術（shù）采用了噴焊（hàn）工藝，通過在鎳基上複合添加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六方、立方碳化物，促使生成Laves相與第二相的彌散分（fèn）布強化噴焊層基體。

3 熱噴塗常規塗層技術

近（jìn）年來，噴塗陶瓷塗層在抗磨損方麵顯示出了優良的（de）性能，但螺杆轉子塗層的破壞往往是因塗層的剝落造（zào）成的。目前，造成塗層剝落的直接原因（yīn）是塗層與基體的結合不利造成了塗層過早剝落，這（zhè）一現象已經（jīng）達（dá）成了廣泛共識。通過（guò）觀察分析發現，塗層（céng）與基體界麵處的（de）腐蝕嚴重的削弱了塗層的結合，使得轉子在使（shǐ）用一段時間後就發生塗（tú）層成片的脫落，這種（zhǒng）現象在有腐蝕性的濕性介質中更為突出（chū）。

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（jìn）一步提高塗層自身（shēn）的（de）結構強度，就能有效（xiào）地提高塗層的結合強度，在該複合技術途徑的綜合作用下，可以實現在現有技（jì）術條件下采用熱噴塗陶瓷塗層在螺杆泵轉子上的應用。

4 稀土增強陶瓷塗層技術

近年來，寧波鎮海減變速機公司通過與杭州興（xìng）龍泵業有（yǒu）限公司、中國兵器科學研究院（yuàn）寧波（bō）分院合作，研究開發（fā）了稀土增強（qiáng）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：螺杆轉子表麵防（fáng）腐塗（tú）鍍處理——稀土增韌陶瓷粉體處理——高能熱噴塗陶（táo）瓷塗層——塗層真空有機封堵處理等技術。通過摩（mó）擦磨損實（shí）驗對塗層及基（jī）體材料進行了比較測試，測試結果如（rú）表1所示（shì）。磨損試驗選擇栓盤（pán）幹磨損方式進行，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鋼經淬火（huǒ）+回火熱處理（lǐ），硬度為HRC58～62。

                     表1  塗層及基體材料摩擦磨（mó）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。由圖中可（kě）以看出，稀土陶瓷（cí）塗層（céng）的腐蝕（shí）性（xìng）能最 好。腐蝕介質為HCl水溶（róng）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（yán）霧試（shì）驗後，表麵未發生任何腐蝕現象（xiàng）。相比（bǐ）之下，WC30%+Fe塗（tú）層、CrC塗層以及（jí）Cr12MoV鋼基體的腐蝕情況（kuàng）要比稀土（tǔ）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（liào）的（de）表麵腐蝕情況如圖1至（zhì）圖4所示。

                      表2  塗（tú）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（shí）樣品                圖4 4Cr13鋼（gāng）800h腐蝕樣品

塗層抗變形能力（lì）測試結果如圖5和圖6所示。實驗采用布（bù）氏硬度（dù）壓痕（hén）法，鋼球直徑10mm，載（zǎi）荷1800N，測試樣品經1500h腐蝕測試後進行壓痕測試。

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

5 展望

在熱噴塗耐磨（mó）塗層，尤其在螺杆泵技（jì）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（bào）道（dào），且未見成果應用（yòng）。開展這一領（lǐng）域研究（jiū），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（de）優勢。

寧波鎮海減變速機公（gōng）司借助了國防工業設備及技術的先進優勢，在（zài）噴塗技術（shù）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（tú）層質（zhì）量。塗層防腐技術（shù）途徑采用了真空封堵技術途徑，有效克服了噴（pēn）塗塗層的製備（bèi）缺陷，同時也有效地提高了塗層的結構強度。

目前，在（zài）塗鍍層上應用真空浸（jìn）滲技術封堵塗鍍層中的缺（quē）陷的已有研（yán）究，但進展（zhǎn）較慢，由（yóu）於受封堵劑的（de）限製（zhì），在納米粒（lì）子浸滲劑（jì）的領域落後國外。目前兵器行業某研（yán）究（jiū）所從匈牙利引進的真空封堵（dǔ）劑采用了矽酸鹽納米粒子技術，使得鋁、鎂合金（jīn）微弧氧化層、鋁合（hé）金陽極化層的封堵獲得（dé）良好效果，使得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，采用了無裂紋（wén）塗鍍層（céng）技術，無晶化（huà）鍍層處理，有效提高了基體的抗（kàng）腐蝕性能，使45鋼基體達到不鏽鋼的耐（nài）酸堿腐蝕能力，有效增加了塗層的抗（kàng）腐蝕（shí）性能。