液压泵缸体配流副表面激光熔覆的实验研究

　　0 引言

　　在液压系统中,任何液压元件的失效均导致整个液压系统瘫痪,摩擦磨损问题是液压系统失效的主要原因之一。液压泵中缸体与配油盘在高频率的周期性工况下受到强烈的摩擦磨损,大多数情况下就是因为缸体与配油盘的磨损而失效。因此,提高液压泵配流面的耐磨性对增加液压泵的寿命和液压系统工作的可靠性尤为重要。若液压泵结构一定,在设计液压泵时,能够也必须加以控制的是液压泵摩擦副的材料及表面工艺特性。

　　激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术。它是以不同的涂料方式在被熔覆基体表面放置选择的熔覆材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化,快速疑固后形成稀释度极低、与基体材料成冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐腐、耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法[1]。与传统涂层技术相比,激光熔覆层厚度可控、与基体结合更加牢固且组织均匀细密,基体热变形非常小。随着激光熔覆技术的日趋成熟,该技术的先进性、高效率和经济性受到各国的广泛关注。Toyota公司在铝合金气缸盖上熔覆铜基复合材料显著地提高了耐磨性,是工业应用中成功的范例[2,3]。本文研究了液压泵缸体的配流面的激光熔覆工艺,目的在于降低对液压泵缸体材料的要求,提高耐磨性,降低生产成本。

　　1 试验材料及方法

　　1.1 试验材料和试件

　　某型号液压泵缸体原设计使用材料为铝青铜,现拟改为加工性能好、价格低廉的球墨铸铁QT600-3。激光熔覆试验所用基体材料为球墨铸铁QT600-3。

　　试验用零件如图1所示,图中A面是与配油盘结合形成的摩擦面,要求有较高的耐磨性。在激光熔覆试验之前,对基体材料作退火处理。经检验力学性质和机械强度达到液压泵缸体的设计要求。

　　熔覆材料为Cu基合金粉末,其化学成分如表1所示,粒度为200目。

　　1.2 实验方法

　　激光处理器为武汉团结激光成套设备有限公司生产的HJ-HL-T5000横流CO2激光器。激光器输出光束波长为10.6Lm,导光系统由光闸、反射镜和砷化锭(GaAs)晶体透镜组成。采用DPSE-3型同轴送粉器送粉的方法送粉。

　　通过激光熔覆试验,要获得的工艺参数有:激光功率P、扫描速度v、光斑尺寸D。激光束能量呈“高斯分布”,无保护气体。在其它条件一定的情况下,激光熔覆层的深度H与P、v、D有如下的关系:根据二维温度场的激光熔覆工艺参数理论[4],初步确定了一个工艺参数范围,激光功率P=1.5~3kW,扫描速度v=3~7mm/s,光斑尺寸D=3mm5mm,试件由MNC801型数控回转工作台驱动。以P、v二个因子各取5个水平作正交试验,即确定D=3mm5mm的矩形光斑,激光功率取2700W、2400W、2100W、1800W、1500W,扫描速度分别为3mm/s、4mm/s、5mm/s、6mm/s、7mm/s。