水压元件陶瓷化新工艺的试验研究

　　1　水压元件的陶瓷化及其应用情况

　　20世纪80年代以来,随着新型工程材料的出现,在水压传动技术中,采用陶瓷、塑料以及复合材料制作各种水压元件的研究许多国家相继展开。围绕水介质的物化性质及水压元件在工作时的力学及流体性能的特殊性,对水压传动的润滑、耐摩擦、耐磨损、抗冲击、抗腐蚀以及表面硬度和热稳定性等提出了很高的要求,促使人们对水压传动所用的配偶付进行了大量的筛选工作。十几年来,科研人员研制出了许多采用整体陶瓷和碳纤维增强塑料等来制作高压柱塞泵的柱塞及斜盘、滑靴等构件。在水压阀方面采用了不锈钢材料,制成的压力阀及流量阀已成功地应用于生产实际。对水压元件的陶瓷化,近年来较多的则是采用了表面涂层技术。如日本的DsRv公司和法国Bronzavia航空设备公司联合开发的水压柱塞泵,其压力14MPa,转速1 500r/min,使用树脂和陶瓷做滑动轴承,斜盘和柱塞均采用工程陶瓷和碳纤维增强塑料。采用Si3N4做轴承套,在轴颈处喷涂WC代替铜基轴承,在相同工况下,磨耗仅为原来的1/50。德国汉堡工业大学试制的轴向柱塞泵其滑靴、缸体和斜盘则全部采用了整体工程陶瓷制作。

　　纯陶瓷材料因其机械加工难度很大,目前一般都采用金刚石砂轮进行磨削,加工精度不易保证,加工费用昂贵,对特殊几何形状的加工更是困难。而且整体陶瓷构件的抗冲击韧性太低,易脆裂。采用硬度好、强度大的金属材料做基体,表面进行陶瓷化处理,使两种材质的优势互补,是当前被采纳的一种切实可行的实现水压元件陶瓷化的有效技术方案。

　　采用陶瓷化表面涂层技术存在的主要问题是必须保证基体与表面陶瓷层间有足够的结合强度。否则,在工作时由于承受很高的接触压力和振动冲击以及在热效应等诸多因素的影响下,由于结合层强度低,往往出现涂层脱落或剥离,使元件无法工作。

　　影响陶瓷化表面涂层结合强度的主要因素是表面涂层工艺方法的选择。目前较普遍采用的是在不锈钢基体上进行等离子喷涂工艺,也有的选用激光重熔和物理、化学气相沉积、等离子注入等多种工艺方法。上述这些方法存在的共同缺点是经表面处理后基体产生热变形,需要对工件进行二次精加工。

　　2　铝合金微等离子体表面强化技术简介

　　20世纪70年代,俄罗斯科学院西伯利亚分院的“微弧”创始人———马尔柯夫教授开始对铝合金表面陶瓷化技术进行了长期而深入的研究。到20世纪90年代,该项技术已发展成熟并获得了成功应用,其技术水平处于世界领先地位。这种表面陶瓷化处理技术的缺点是必须以铝合金材料做基体,对于其它金属材料则不适用。并且陶瓷层的材质与基体材料有一定的匹配要求,所生成的陶瓷层目前局限于氧化铝、氧化镁和氧化钛系陶瓷。这种处理工艺的突出优点是经处理后的基体不产生热变形,生成的陶瓷层表面不引起原有形状和尺寸的变化,从而不需要对工件进行二次精加工。这对于实际应用十分方便,避免了工艺上的难点。另一个优点是采用微等离子体表面强化技术所获得的陶瓷层具有良好的技术指标。