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轴套耐磨性能与耐锌液腐蚀性能的比较

2019-06-11

长寿命滑动轴承副的材料优化选配

轴套在镀锌过程中同样承受强烈的锌液腐蚀和磨损, 因此本文在研究镀锌沉没辊的同时也关注与其配合的轴套耐磨性能与耐锌液腐蚀性能的研究。轴套的寿命主要取决于其材料的性能是否能长时间处于液锌环境中而不发生失效。为了得到合适的轴套材料, 本文分别用 316L 钢和陶瓷材料制备了轴套性能测试试样, 分别对其进行耐蚀性和耐磨性的测试。

 轴套耐磨性能测试方法

试验装置见图 6, 试样呈 120b放置, 与锥体构成摩擦副。试样加工成 30 mm @ 15mm @ 10 mm 小块。锥体锥角为 30b, 采用热作模具钢 H11 制作, 经淬火、回火后硬度为HV676。锌块取自现场锌锅中, 铝含量为 0. 15 % 。锌块与摩擦副一起加热至 460~480 e , 使摩擦副浸入锌液中, 开动电机使锥体旋转进行磨损试验, 载荷为 196 N。试样前端会磨出 30b斜面, 锥体也会磨损。为减少锌液的氧化, 在其上铺盖一层石墨。试验过程中, 观察并记录锥体的下降深度, 显然此值反映了摩擦副整体的磨损量。试验结束后倾倒出锌液, 取出样品。测量锥体下降的深度以表征轴套材料的耐磨性能。

图6.png

不同材料轴套耐磨性能比较

轴套与轴之间的摩擦是不可避免的, 也是造成轴和轴套失效的主要原因之一。因此在开发新型轴套的时候, 沉没辊轴套在其特殊工况环境下的耐磨性是研究的重点。本文关注的是 316L 轴套和陶瓷轴套在锌液中的耐磨性能, 更接近于实际工况的考核, 即在锌液腐蚀环境下, 轴套材料的耐磨性能。就材料特性而言, 陶瓷材料的硬度要高于 316L, 加之耐腐蚀性能远优于 316L, 其腐蚀环境下的耐磨性能远优于 316L, 见图 7( a) ( b) 所示。

轴套生产厂家.png

不同材料轴套耐锌蚀性能比较

将普通 316L 轴套和陶瓷轴套浸入熔融锌液, 进行生产实验, 均使用 7 天后将试样取出。对两种轴套试样的金相试样进行观察, 发现316L 轴套已经发生了严重的腐蚀, 在试样中存在有大量的金属间化合物; 在陶瓷轴套试样中, 试样表面产生了一定的纵向裂纹, 但是裂纹长度较短, 在裂纹中存在有少量的残留锌, 其外形保持较好, 腐蚀程度较轻。在对锌蚀试验后的试样进行称重后发现, 陶瓷轴套试样的质量变化远小于 316L 轴套试样, 也证明陶瓷轴套的耐腐蚀性能远强于 316L 材料的轴套。

后处理工艺对涂层耐蚀性能的影响

尽管涂层工艺在一定程度上提高了沉没辊的耐锌蚀性能, 延长了沉没辊的使用寿命, 但仍然不能满足实际生产对于沉没辊的要求。主要是由于涂层体系中存在有大量的孔隙与微裂纹, 这对于涂层的使用和寿命都是非常不利的, 进而影响到沉没辊的使用寿命。由于组织缺陷的存在, 为强腐蚀性的锌液提供了通道, 使之与沉没辊接触的面积增大, 并且通过缺陷很容易与基体材料直接接触进行腐蚀。为了提高涂层的使用寿命, 减少锌液渗入涂层内部的机会, 必须涂层进行后处理, 即涂层的封孔处理。实验使用超音速火焰喷涂制备的沉没辊涂层,一组进行封孔处理, 而另一组未进行封孔处理。将两种试样进行锌蚀试验后, 观察其金相见图 8( a)( b) 。对二者金相进行观测后发现, 进行封孔处理的涂层试样的腐蚀程度低于未进行封孔处理的试样,进行封孔处理的试样内部只有很少的残留锌, 孔隙中没有腐蚀后的产物。

轴套生产厂家.png

可见:( 1) 超音速火焰喷涂制备的涂层孔隙率低于等离子及其它方式制备的涂层; 超音速火焰喷涂制备的涂层抗锌蚀性能和耐磨性能均高于等离子制备的涂层, 但是二者耐蚀性和耐磨性均高于无涂层的316L 材料; 喷涂层可有效延长沉没辊的使用寿命。( 2) 陶瓷轴套的耐锌蚀性能和耐磨性能远远高于 316L 材料的轴套, 可有效延长沉没辊在锌液中的使用时间。( 3) 喷涂后的封孔处理可以大大提高沉没辊涂层的抗锌蚀能力。


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