表麵強化技術在單螺杆泵轉子（zǐ）上的（de）應用（yòng）現狀及（jí）展望

                                                                                                                                                                                                   黃吉平，楊玲，馮勝強（qiáng）

                          （1. 寧波鎮海減變速（sù）機公司（sī），浙江 寧（níng）波 315200；2. 杭州（zhōu）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（yuàn），浙江 寧波 315103）

摘要：螺杆泵中螺杆的失效形（xíng）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（shào）了激光（guāng）合金化技術、熱噴（pēn）塗常（cháng）規塗層技術、稀土增強陶瓷塗層技（jì）術，著重介（jiè）紹了稀土增強陶瓷塗層的耐磨損及防腐（fǔ）蝕性能。對（duì）未來發展趨勢（shì）與應用前景進行了展望。

引言

螺杆泵轉子與定子是整機一大關鍵部（bù）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（yǒu）效提高轉子的使用壽命，與進口轉子尚有較大差距。為此（cǐ），研究人（rén）員不斷探索，試圖通過采用高（gāo）合金耐磨耐腐（fǔ）蝕（shí）材料和提高製件硬度來達到延長螺（luó）杆磨損壽命，然而，這種方法（fǎ）會使得材料中的貴重（chóng）金屬含量不斷（duàn）提高。此外，螺杆泵的磨損（sǔn）和腐蝕均發生在部件表麵，中心部位的高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（shí）的塗層和（hé）針對陶瓷材料噴塗工藝缺陷實施封堵技術，可以充分發揮塗層材料的作用，大幅度降低製件（jiàn）的（de）製造成本，節約貴重金屬資源，該（gāi）項技術具有良好的社會效益和直（zhí）接的經濟效益（yì）。

1 國內外技術差距

在螺杆的表麵進行強化（huà）處理方麵，歐美發（fā）達（dá）國家尤其是德（dé）國始終走在（zài）前列。比如，德國最 佳螺杆耐磨損保護技術是由Battenfeld Extrusiontechnik公司新（xīn）開發的BexaliOJ螺棱（léng）覆層技術，使擠出加工（gōng）生（shēng）產安全可靠性和耐磨（mó）性都達到最 佳狀態。試生產（chǎn）結果表明，采用Bexalit覆層保護技術（shù）的螺杆，其耐磨損性能比常規的氮（dàn）化處（chù）理螺杆提高幅度達100％。該公司采用的可重複進行的等離子一粉末—鑲焊覆層技術。基材和鑲焊（hàn）層之間的金屬結合完全、徹底，因此可避免（miǎn）覆層時預熱和冷卻中應力裂紋。接下來的等離子氮化處理過程使得螺杆螺棱和（hé）料筒壁之間的運轉性能進（jìn）一步提高。

目前，國內在螺杆表麵進行（háng）強化處理方麵的技術及成果與歐美發達國家相（xiàng）比還存在較大（dà）差距。如國產含鎳（niè）高鉻白口鑄鐵轉子壽命是進口鎳硬白口鑄鐵壽命的78%；45#鋼基體轉子（zǐ）表麵噴焊Ni60+WC預保護轉子壽（shòu）命（mìng）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（tiáo）與保（bǎo）護轉子壽命是40%；45#鋼基體表麵電鍍硬鉻轉子（zǐ）壽命＜22%。由此可見，雖然國內已經在轉子基（jī）體表麵進（jìn）行了眾多處理，但是結（jié）果並不盡如人意。

2 激光合金化技術

激光合金化技術國內提出了一種性價比高、具有抗高（gāo）溫粘著磨損和優良（liáng）抗腐蝕性能的（de）激光合金化技術來進行螺杆的（de）表麵（miàn）強化（huà），以滿足成（chéng）型增強改性塑料原料的需（xū）求。采用高科技的納米超細合金粉，在易磨（mó）損的螺杆表麵構成激光合金化複合塗層（céng）。螺杆基體材（cái）料選用40Cr鋼，采用紅硬性優、抗腐蝕性能良的超細合金粉(1～5μm)，具有良好抗粘（zhān）著（zhe）磨損的A1超細合金粉(1～5μm)和納（nà）米碳（tàn）管混（hún）合合金，其質量（liàng）比為1：1：1，組成的化學（xué）元素有（yǒu）C，W，Co，Cr，Ni，Mo等。采用固體激光器表麵（miàn）熔覆技術處理，實現塗層（céng）與基體的冶金結合。經激光合金化強化後（hòu）的螺杆使用壽命至少提高了（le）2倍以上。上世紀末，馬鞍山礦山研究（jiū）院針對混凝土濕噴射噴整機泵轉子采用高鉻鑄鐵轉（zhuǎn）子使用壽命與國外尚有較大差距問題，開（kāi）展了一種新型的以45鋼為（wéi）基體材料（liào）的硬（yìng）麵預保（bǎo）護轉子技術，該技（jì）術采用了噴焊工藝，通過在鎳基上複合添加Cr、Mo與W，在氧（yǎng）乙炔（quē）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（huà）物，促使生成Laves相與第二相的彌散分布強化噴焊層基體。

3 熱噴（pēn）塗常規塗層技（jì）術

近年來，噴塗陶瓷塗層在抗磨損方麵顯（xiǎn）示出了優良的性（xìng）能，但螺杆轉子塗層的破（pò）壞往往是因塗層（céng）的剝落造成的。目前，造成塗層剝落的直接原因是塗層與基體的結合不（bú）利造成了塗（tú）層過早剝落，這一現象已經達成了廣泛共（gòng）識。通過觀（guān）察分析發現，塗層與基體界麵處的腐蝕嚴重的削弱了塗（tú）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（zhì）中更為（wéi）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（tú）層（céng）內部的疏鬆、氣孔（kǒng）對塗層與（yǔ）基體界麵的腐蝕，同時提高界麵的抗腐蝕能（néng）力和進一步提高（gāo）塗層自身的結構強度，就能有（yǒu）效地提高塗層的結合強度，在該複合技術途徑的綜合作（zuò）用下，可以實現在現有技術條件下采用熱噴塗陶瓷塗（tú）層（céng）在螺杆（gǎn）泵轉子上的應用（yòng）。

4 稀土增強陶瓷塗層（céng）技術

近年來，寧波鎮海減變速機公（gōng）司通（tōng）過與杭州興龍泵（bèng）業有（yǒu）限（xiàn）公司、中國兵器科學研究（jiū）院寧波分院合作，研究開（kāi）發了稀土增（zēng）強陶瓷（cí）塗層技（jì）術（shù），並達到了（le）抗磨損、抗（kàng）腐蝕優良性能的效果。該技術主要途徑是：螺（luó）杆轉子（zǐ）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——塗層真空有機封堵處理（lǐ）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。磨損試驗選擇栓盤（pán）幹磨損方式進行，對磨體選用（yòng）￠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+回（huí）火熱處理，硬度為HRC58～62。

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

表2為塗層（céng）與基體材料抗腐蝕性能實驗結果對（duì）比圖。由圖（tú）中可以看出，稀土陶瓷塗層的腐蝕性能最 好。腐蝕介質為（wéi）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（hòu），表麵未發（fā）生任何腐蝕現象。相比之下，WC30%+Fe塗層、CrC塗層（céng）以及Cr12MoV鋼基體的腐蝕情況要比稀土陶（táo）瓷塗（tú）層的嚴重很多，尤其是Cr12MoV鋼基體在800h以後，其表麵腐蝕已（yǐ）經非（fēi）常嚴重。四種材料的表麵腐蝕情況如（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（qiáng）陶瓷塗層2000h腐蝕              圖2 WC30%+Fe陶瓷塗層1500h腐蝕（shí）樣品

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

塗層（céng）抗變（biàn）形能力測試結果如圖5和圖（tú）6所（suǒ）示。實驗（yàn）采用布氏硬度壓痕法，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（shì）。

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

5 展望

在熱噴塗耐磨塗層（céng），尤其在螺杆泵（bèng）技術領域的（de）塗層采用真空浸滲技術封堵（dǔ）塗（tú）層缺陷的報道還鮮有報道，且未見成果應用。開展這（zhè）一領域研究，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優勢。

寧波鎮海減變速（sù）機公司借助了（le）國防工業設備及技術的先進優勢，在（zài）噴塗技術途徑上采用了先進的超音速火焰噴塗技術和（hé）等離子（zǐ）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）真空封堵技術途徑（jìng），有效克服了噴塗塗層的製備缺陷，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（zhēn）空浸滲（shèn）技術封堵塗鍍層中的缺陷的已有（yǒu）研究，但（dàn）進展較慢，由於受封堵劑的限製，在（zài）納（nà）米粒子浸滲（shèn）劑的（de）領域（yù）落後國外。目前兵器（qì）行業（yè）某研究所從（cóng）匈牙利引進的真空封堵劑采用（yòng）了矽酸鹽（yán）納米粒子技術，使得鋁、鎂合金微弧氧化（huà）層、鋁合金（jīn）陽極化層（céng）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（tí）高。同時（shí），在塗（tú）層與基體界麵的處理上（shàng），采（cǎi）用了（le）無裂紋塗鍍層（céng）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（néng）力（lì），有效增加了塗層的抗腐蝕性能。