劉繼彬^1，2，詹華¹，鮑曼雨¹，李蔚³，汪瑞軍¹

1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院；
2. 中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司；
3. 國(guó)網(wǎng)通用航空有限公司

摘要：為提高活塞桿表面耐磨與耐腐蝕能力，高頻響伺服作動(dòng)器的活塞桿表面常采用電鍍硬鉻處理工藝。由于硬鉻層表面存在的微觀裂紋會(huì)成為腐蝕介質(zhì)的滲透通道，導(dǎo)致鍍層失效。另外，電鍍工藝過程會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，必須有新的工藝方法替代。熱噴涂涂層在耐磨損、耐腐蝕、耐疲勞性能方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，其替代電鍍硬鉻技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。本文綜述了熱噴涂技術(shù)在活塞桿表面替代電鍍硬鉻工藝技術(shù)的典型應(yīng)用，并提出了市場(chǎng)對(duì)以噴代鍍技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性等方面的需求。

關(guān)鍵詞：作動(dòng)器活塞桿；電鍍硬鉻；熱噴涂涂層；以噴代鍍

   伺服作動(dòng)器主要通過施加可控的推、 拉作用力實(shí)現(xiàn)對(duì)速度、 方向、 位移和力的控制， 其在航空航天、 工程機(jī)械、 采礦冶金、 海洋水利、 試驗(yàn)裝備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)從高速增長(zhǎng)階段向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)變， 傳統(tǒng)伺服作動(dòng)器逐步轉(zhuǎn)向高頻響、 高性能、 高質(zhì)量、 高可靠性等方面發(fā)展。 活塞桿作為高頻響伺服作動(dòng)器的關(guān)鍵核心部件之一， 其性能的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的控制精度、 響應(yīng)速度、 瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)誤差。高頻振動(dòng)加速了活塞桿表面的摩擦磨損， 為了提高活塞桿的表面性能， 延長(zhǎng)伺服作動(dòng)器的使用壽命， 常采用電鍍硬鉻提高活塞桿的表面耐磨性能，但隨著當(dāng)前苛刻服役條件的需求， 伺服作動(dòng)器活塞桿長(zhǎng)期處于重載、 高溫、 鹽霧、 粉塵等極端環(huán)境之中， 活塞桿極易產(chǎn)生微動(dòng)磨損、 疲勞和腐蝕等問題， 從而導(dǎo)致伺服作動(dòng)器密封失效。 傳統(tǒng)的電鍍硬鉻工藝暴露出巨大缺陷， 并且電鍍硬鉻存在沉積效率低， 工藝過程會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)， 導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題。 雖然環(huán)保型防腐抗磨的新型電鍍工藝已有學(xué)者進(jìn)行了研究， 但鍍層顯微硬度不足、 鍍層中存在微觀裂紋、 易氫脆等仍然是新型電鍍工藝研究的熱點(diǎn)問題。 熱噴涂技術(shù)作為替代方式之一， 具有選材和應(yīng)用范圍廣， 材料表面熱影響區(qū)小， 涂層厚度范圍寬， 工藝可靠性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)勢(shì)， 實(shí)現(xiàn)了在高頻響伺服作動(dòng)器活塞桿產(chǎn)品上的技術(shù)突破。
    本文將從以噴代鍍技術(shù)的發(fā)展歷程、 目前國(guó)內(nèi)外以噴代鍍技術(shù)的研究現(xiàn)狀和活塞桿特別是高頻響伺服作動(dòng)器活塞桿表面以噴代鍍技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀等方面進(jìn)行了分析和討論。    

    二十世紀(jì) 20 年代， 誕生了電弧絲噴涂技術(shù)。 它可以有效的提高大型結(jié)構(gòu)件的防腐性能和耐磨性能， 相比于電鍍硬鉻， 在長(zhǎng)效防腐、 耐高溫腐蝕等方面有著非常大的優(yōu)勢(shì)， 利用電弧絲噴涂的民用礦井設(shè)備、 軍用航海設(shè)備等的壽命可延長(zhǎng) 15~30 年。

    繼電弧絲噴涂之后， 二十世紀(jì) 50 年代出現(xiàn)了爆炸噴涂和等離子噴涂， 60 年代出現(xiàn)了自熔性合金粉末火焰等離子噴涂。 等離子噴涂的中心溫度高， 因此， 可以進(jìn)行各種陶瓷、 高熔點(diǎn)、 耐磨損、耐高溫材料的噴涂， 并且等離子噴涂涂層的孔隙率低、 涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高， 在耐磨、 耐高溫等方面均超越了鍍硬鉻層。 等離子涂層的出現(xiàn)， 將涂層的應(yīng)用拓寬至電鍍鉻層無(wú)法應(yīng)用的領(lǐng)域， 如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、 核反應(yīng)堆等領(lǐng)域所用的熱障涂層， 具有生物活性的功能涂層現(xiàn)， 將涂層的應(yīng)用拓寬至電鍍鉻層無(wú)法應(yīng)用的領(lǐng)域， 如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、 核反應(yīng)堆等領(lǐng)域所用的熱障涂層， 具有生物活性的功能涂層。

    到了 80 年代， 在等離子噴涂技術(shù)上又發(fā)展起來(lái)一種高*的噴涂技術(shù)——超音速火焰噴涂 (High velocity oxygen fuel, HVOF)。 超音速火焰噴涂所制備的優(yōu)質(zhì)涂層， 在航空航天、 冶金機(jī)械等諸多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 因其工藝性及經(jīng)濟(jì)性完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電鍍鉻技術(shù)的替代， 從而以噴代鍍技術(shù)得到了廣泛的采用。 美國(guó)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化工藝，性能提高， 成本降低。飛機(jī)起落架的服役工況極其惡劣， 原本電鍍層在海洋氣候下極易產(chǎn)生腐蝕而加速失效，而通過采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備特殊涂層后，大大提高了抗磨損、 抗腐蝕性能。 在冶金機(jī)械領(lǐng)域， 超音速火焰噴涂得到的涂層孔隙率低、 顯微硬度高，相比原有電鍍鉻層，提高了產(chǎn)品的使用壽命， 也提高了冶金機(jī)械產(chǎn)品的利潤(rùn)率。在磨損件修復(fù)方面， 超音速火焰噴涂技術(shù)操作精準(zhǔn)、 修復(fù)質(zhì)量高，從而降低了維修成本， 并且避免了電鍍液對(duì)磨損件的二次損傷 。

原鏈接：學(xué)術(shù)論文丨高頻響伺服作動(dòng)器活塞桿 以噴代鍍技術(shù)的可行性分析