液压元件的陶瓷化研究

　　引言

　　密封性能是选择和使用液压元件首要关注的问题。目前，大多数液压元件所采用材料的耐磨性和耐腐蚀性差，在使用过程中极易因磨损使密封失效而导致泄漏。如液压阀的阀芯元件常采用金属材料，在阀门的开启、换向过程中阀芯易于磨损造成阀门的泄漏，影响液压元件的使用寿命和液压系统的工作可靠性，同时会造成环境污染，因此需对液压元件关键部位的材料进行改性以提高其磨损性能。研究发现，陶瓷材料具有高的抗摩擦磨损性能及良好的化学稳定性和热稳定性，因此，本文采用对液压元件进行陶瓷化处理，以提高其耐磨性和耐腐蚀性，改善其密封性能。

　　1 陶瓷材料的特点及选择

　　陶瓷材料是以铝硅酸盐矿物或某些氧化物等为主要原料，通过特定的化学工艺在一定高温下制成的物质。陶瓷材料的离子键或共价键极强，与金属和高分子材料相比，其熔点高，硬度、高温强度和弹性模量高，抗腐蚀和抗氧化性强，耐热性好。同时陶瓷原材料对环境不会造成污染，其主要合成元素氧、氮、硅、碳和铝等均易获得。这些特点使陶瓷材料在液压元件的研究中能得到广泛应用。常用陶瓷材料性能如表1 所示。其中，Al2O3基材料的硬度高，具有优良的耐磨和耐蚀性，可用于制作耐滑动摩擦磨损关键零部件材料，例如阀芯、密封件、柱塞等;ZrO2基材料韧性最好，可加工性强，适合制造形状复杂的零部件，如球阀、蝶阀等; Si3N4及 SiC 材料有良好的抗压强度，用其制成的零部件可在环境复杂的工况下工作，如柱塞泵的滑动轴承。因此对液压元件来说，根据其工作环境和性能要求，选择合适的陶瓷材料。

　　2 液压元件的陶瓷化

　　对液压元件进行陶瓷化处理有两种技术方案:

　　① 用陶瓷材料制作液压元件关键零部件，即整体式陶瓷液压元件; ② 采用强度大的金属材料做基体，表面喷涂硬度高的陶瓷材料，使金属材料和陶瓷材料的优势互补，即喷涂陶瓷液压元件。

　　液压元件用途广泛，其工作环境各不相同。例如液压阀，一般工作环境为中温、少冲击、不受压、拉、弯、剪和振动。阀的破坏主要是因为阀芯耐磨性差而产生泄漏，采用在阀芯的表面喷涂陶瓷材料即可提高表面的耐磨性。但对于常在高速、重载的环境下工作的液压元件，若用喷涂技术，表面涂层在重载交变应力的作用下极易脱落、剥离，此时要采用整体式陶瓷元件才能适应其工作环境。

　　2. 1 整体陶瓷化

　　整体陶瓷液压元件的制造工艺流程一般由陶瓷粉末制备、预处理、素坯成形、烧结、精加工和成品等环节组成。工艺过程是把陶瓷粉末进行预处理后经过干压成型，然后进行烧结，使陶瓷微粒紧密结合在一起。其中，烧结环节对陶瓷元件质量的影响最大。因为在烧结过程中陶瓷材料内部要发生一系列复杂的化学、物理变化，以形成预期的矿物显微结构，达到固定的外形要求。如果烧结过程处理不好，就会影响陶瓷元件质量。