乳化液泵曲轴再制造涂层制备及耐磨性研究

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乳化液泵站是用来向综采工作面的液压支架或普采工作面的单体液压支柱输送压力液体的动力设备,主要由乳化液泵箱体、曲轴、连杆和滑块等组成。乳化液泵站工作过程中,易出现曲轴的磨损和擦伤失效,导致泵站压力下降。乳化液泵站系统为进口设备,价格昂贵,其中单根曲轴价值约10万元,具有较高的再制造价值。据估计,因磨损造成的失效曲轴约占90%,磨损失效曲轴只能被拆下闲置,造成资源极大浪费。热喷涂技术是再制造工程的关键技术之一,它可以制备出优于本体材料性能的耐磨、防腐等功能涂层,在恢复零件尺寸的同时,进一步提升了零件的表面性能。因此,针对乳化液泵曲轴的磨损失效问题,本文采用高速电弧喷涂技术对其进行再制造,根据曲轴的材质和实际工况,研究与之性能匹配的新材料,制备出耐磨性优于曲轴基体的耐磨涂层。本论文主要开展了以下研究工作:(1)针对进口 S375乳化液泵材质及热处理未知的难点,分析了曲轴的化学成分,观察了曲轴的金相组织,测试了曲轴的显微硬度,结合曲轴服役工况及曲轴的磨损轴颈微观形貌阐述了其磨损失效机理。结果表明:曲轴的材质为42CrMo4,曲轴轴颈表面无渗氮层,轴颈表面热处理层深度约为0.3mm,热处理后的组织主要为回火贝氏体,轴颈表面的平均显微硬度为288HV0.1。(2)设计制备了三种高速电弧喷涂涂层,分析了涂层的微观组织、显微硬度、结合强度、XRD图谱、氧化物及孔隙率含量。结果表明:三种涂层呈典型的层状结构,显微硬度略高于曲轴基体,结合强度高达42.6MPa,涂层主要由α-Fe以及FeNi、Fe3Al、FeCrNi等金属间化合物及少量的A12O3组成。涂层内含有的氧化物及孔隙率之和约为10%。(3)以曲轴基体和3Cr13涂层为参考对象,比较分析了三种涂层的耐磨性。在载荷为2.5N干摩擦条件下,3Cr13涂层的耐磨性优于曲轴基体和三种涂层;在载荷为25N及50N的油润滑条件下,设计制备的三种涂层耐磨性优于3Cr13涂层,其中Cr含量为10%的涂层耐磨性优于曲轴基体。涂层耐磨性能优异的原因是涂层中以大量的金属间化合物为骨架,少量A1203分布于涂层内,提高了涂层的抗黏着磨损和犁沟磨损的能力。
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