微弧氧化技术在水压齿轮泵中的应用探讨

　　自20世纪60年代美国海军司令部、海军舰船研究中心及海军工程实验室等单位开始进行海水液压传动技术的研究以来,水压技术一直是国际流体传动 及控制领域的研究热点。经过几十年的发展,水压技术已经取得了相当大的成就,一些生产厂家已经开发出能进行工程应用的系列水压元件,如丹麦Danfoss 公司、德国的Hauhinc公司、英国的Fenner公司等。根据资料显示,国际上所进行的水压技术的研究都集中在柱塞泵方面,但是,要达到水压系统完全 代替油压系统,仅有水压柱塞泵是满足不了要求的。资料表明,我国2000年齿轮泵的产量在三大类泵中占有比为7812%,这说明开发水压齿轮泵是极具市场 潜力的。

　　由于水的黏度低、润滑性差,水压齿轮泵摩擦副对材料的耐磨损、耐腐蚀性要求高,现有材料不能满足水压齿轮泵的要求,因此要对材料进行一些特殊的处理后才能应用,本文采用微弧氧化技术对齿轮泵各摩擦副进行表面处理,并对其在水压系统中进行了试验研究。

　　1 微弧氧化技术简介

　　微弧氧化(Microarc Oxidation)又称微等离子氧化体或阳极火花沉淀,是一种在有色金属表面原位生长陶瓷层的技术,适用于Al、Ti和Ta等金属。美国在20世纪50 年代就开始研究阳极火花沉淀,前苏联从20世纪70年代开始对该项技术进行研究,并取得了很好的研究结果。我国从20世纪80年代后期才开始进行研究。该 项技术采用等离子体化学、电化学原理,在铝合金表面生长一层致密的氧化铝陶瓷膜,膜厚可达300Lm,显微硬度超过3000HV,表面粗糙度可加工至 0.037Lm。图1所示为微弧氧化过程示意图。

　　微弧氧化过程主要分为4个阶段:在电压达到临界击穿电压之前几分钟内属于普通的阳极氧化阶段,表面生成很薄的绝缘氧化膜;当电压达到临界击穿电 压时,氧化膜被击穿,试样表面出现无数细小的白色火花,为火花放电阶段;随着外加电压及膜厚的增加,试样表面出现一些移动的较大红色弧点,此时进入微弧阶 段;随着氧化时间的延长,氧化膜达到一定厚度后,膜击穿变得越来越困难,跳动的红色弧点逐渐变得稀疏,并出现不再移动的较大的红色弧点,并不断放电,发出 尖锐的爆鸣声,这时进入弧放电阶段。由于微弧氧化是直接将基体铝变成氧化铝,所以处理前后试样尺寸变化不大。

　　2 齿轮泵摩擦副的微弧氧化

　　齿轮泵中摩擦副包括齿轮啮合副、端面与侧板、齿顶与壳体、侧板与壳体、轴与轴承等,其中以齿轮啮合副、端面与侧板的磨损对齿轮泵的寿命及容积效 率的影响最为显著,因此我们对齿轮泵的齿轮副、侧板及壳体进行了微弧氧化处理。本试验采用天津特精液压股份有限公司生产的GPC4-32齿轮泵为原型,将 齿轮和侧板的材质换成能进行微弧氧化处理的LC9超硬铝合金,处理后的各零件如图2所示。