新型纳米复合陶瓷材料在纯水比例溢流阀上的应用与研究

　　水压传动技术不仅具有液压技术的共性优点，又具有无污染、安全、节省能源、经济性好、动态性能好、系统效率高等突出的特点，符合机械工业进行绿色制造的可持续性发展的方向[1]。压力控制是液压技术中一个重要的研究方向，溢流阀作为液压系统中必不可少的压力控制元件，将系统的压力稳定在调定值是其主要作用之一。

　　电液比例溢流阀采用比例电磁铁代替了手动的弹簧力调节组件，弹簧的预压缩量正比于输入电信号，使溢流压力正比于输入电信号，实现对压力的比例控制。由于纯水的黏度小、润滑性差、有气蚀破坏和腐蚀破坏，因此对纯水液压元器件要求比较高。目前，纯水和海水液压传动有很大发展，已制成系列的液压元件。所用材料主要是特种塑料、陶瓷、不锈钢等。要解决的问题主要是优良性能的材料、加工及特种设计，纯水液压元器件在材料上还有很大的发展潜力。

　　1 纯水液压比例溢流阀的结构和工作原理

　　纯水液压比例溢流阀的结构如图1 所示。工作原理为: 先导腔的压力由比例阀1 进行调节，蓄能器3 维持先导腔的调定压力，从而调节主阀口的压力。当系统压力超过蓄能器维持的压力时，压力传感器发出信号使比例换向阀换向，先导阀腔压力降低，主阀在外界压力作用下主阀开启使P 口与T 口接通[2]。

　　2 纯水液压比例溢流阀对材料的要求

　　由于比例溢流阀具有良好的静特性和适当的动态特性，以及抗污染性较好、工作可靠、价格低廉，因此在生产中得到广泛应用。但是，比例溢流阀的阀口在液压回路中要经常地打开或关闭来调节进口的压力，因此阀芯受纯水冲击的频率较大，阀芯的温度较高，阀芯和阀套之间的摩擦较大，在高频率的冲击下产生振动的几率也较大。这样会直接影响纯水比例溢流阀的稳定性。因此比例溢流阀对阀芯和阀套的要求较高。水压阀类元件中阀芯和阀套的材料选择主要考虑气蚀和腐蚀，另外还要从摩擦学的角度出发考虑摩擦副对偶件之间相互的减阻耐磨性等。从目前国内外水压元件的摩擦副选材来看，比较成功的摩擦副配对有: 塑料—金属、金属—陶瓷、陶瓷—陶瓷等[3]。水介质的腐蚀、气蚀对阀的影响较大，解决此问题要从以下两个方面入手:

　　( 1) 合理选材 合理选择适用于纯水介质下的具有抗腐蚀性能的金属和非金属材料。工程陶瓷、纳米复合材料、不锈钢等金属或合金都具有很高的抗腐蚀性能。

　　( 2) 表面处理 在金属表面覆盖一层保护膜，将其与周围的腐蚀环境隔开，常用表面喷涂、电镀等技术。

　　3 适用工程材料分析及纯水液压比例溢流阀材料的选取