CN103451592B - 一种机车油压式减振器活塞杆的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种机车油压式减振器活塞杆的表面处理方法，其特征是：用航空煤油(或丙烷等可燃气体)为燃料，高压氧气(或氧气与压缩空气混合气体)为助燃剂，控制系统将燃料和助燃剂以一定的流量输送到喷枪，经高速射流雾化喷嘴雾化混合成可燃混合气后喷入喷枪燃烧室，混合气经火花塞点火燃烧后形成高温高压的燃气，通过喷嘴将其加速到超音速；送粉系统将钨钴碳鉻团聚烧结形成的类球形粉末从喷嘴的低压区送入超音速射流，经高温高速射流加热软化成半熔融状态及加速后从喷枪喷出，并高速喷向旋转着的减振器活塞杆表面而沉积形成一种特定的金属陶瓷涂层；通过调节进入喷枪的燃料、助燃剂的流量来调节焰流的速度和温度，控制涂层粉末的加热和加速来控制喷涂粒子的速度和温度，焰流温度为2500～3500℃，焰流速度为1200～2500m／s，粒子飞行速度为300～1000m／s。

Description

一种机车油压式减振器活塞杆的表面处理方法
技术领域
本发明涉及一种机车油压式减振器活塞杆的表面处理方法，属于液体变容式机械这一技术领域。
背景技术
油压式减振器是铁道机车车辆上一个重要部件。由于机车车辆的车轮与钢轨面之间是钢对钢的接触，因此，车轮表面的几何不规则和轨道的不平顺都直接将加速度经车轮传到悬挂部件上去，使机车车辆各部分产生不规则的高频低幅振动，如果这种振动不经过减振处理，就会降低机械部件的结构强度和使用寿命、恶化机车的运行品质。通常的减振方法是采用油压式减振器来吸收所述的振动，所以，油压式减振器的性能优劣直接影响到行车的安全性和舒适性，是机车车辆行驶机构的重要组成部件之一。近年来，我国铁路已经进入一个全新的发展阶段。由于铁路的提速和城市轨道交通的迅速发展，凸显出对高性能油压式减振器的需求。
为了更加清楚地阐述本发明，下面先结合附图1来说明机车油压式减振器的工作原理。
附图1是机车油压式减振器的工作原理图，机车车厢通过联结机构将载荷传递给活塞杆1，当活塞杆1受到突然向上的加速运动时，由于联结于活塞杆1上的单向液压阀3、以及底部的单向液压阀5只允许机油向上流动而不能向下流动，因此机油只能通过节流调压阀2向上流出；节流调压阀2可以预先调整设置一个容许机油顶出的临界压力；这样一来，活塞杆1所受到的突然向上的加速运动就转化成为从节流调压阀2溢出的压力，该压力通过油腔4向下传递，驱使机油从底部的单向液压阀5向上流入工作区。通过这样一个流动循环，由于机油的粘滞性内耗阻尼，活塞杆1所受到的突然向上的加速运动就大幅度减缓。类似地，当活塞杆1受到突然向下的加速运动时，由于联结于活塞杆1上的单向液压阀3允许机油向上流动，但底部的单向液压阀5却不允许机油向下流动，因此在工作区间的机油就受到压缩，只能通过节流调压阀2向上流出；同样地，活塞杆1所受到的突然向下的加速运动就转化成为从节流调压阀2溢出的压力，该压力通过油腔4向下传递，驱使机油从底部的单向液压阀5向上流入工作区。通过这样一个流动循环，由于机油的粘滞性内耗阻尼，活塞杆1所受到的突然向下的加速运动就大幅度减缓。
显然，在机车车辆运行过程中，由于载荷的反复周期性，使得活塞杆1长时间处于大负荷的高频低幅运动，其外表面与油腔之间形成剧烈的高负荷滑动摩擦，表面很容易磨损而产生沟槽，并由此产生密封失效而出现漏油现象，同时又反过来大幅度降低减振器的工作性能，恶化机车车辆的运行安全。
可见，机车油压式减振器的质量与寿命主要取决于活塞杆表面的耐磨性能。迄今为止，已有的机车油压式减振器中的活塞杆，均采用表面电镀硬铬涂层的方法来提高其耐磨性能。
然而，镀铬工艺会产生有害于环境的废弃物(如六价铬，Cr6+)，六价铬属于地表水和土壤的固体污染源，是国际卫生组织确认的环境致癌物之一。
其次，镀铬工艺存在难以克服的微观缺陷如气孔、微裂纹等，在高负荷滑动摩擦过程中，镀层容易从活塞杆基体脱落，造成油压式减振器迅速失效。
另外，电镀硬铬的硬度一般只有HV800～900，远不及一些陶瓷和金属陶瓷材料的硬度和耐磨性好，而且，硬铬层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅速降低，其工作温度也低于400℃，难以适应机车高速运行条件下产生局部高温的工作要求。
针对已有的机车油压式减振器活塞杆的涂层技术的不足，本发明人经过多年探索，采用新颖的氧燃料超音速喷涂技术开发出一种高硬度、高耐磨性及高耐腐蚀性的优异的金属陶瓷涂层，并成功地应用到机车油压式减振器的活塞杆的涂层处理上。
发明内容
本发明涉及一种机车油压式减振器活塞杆的表面处理方法，其特征是：用航空煤油或丙烷为燃料，高压氧气或氧气与压缩空气混合气体为助燃剂，控制系统将燃料和助燃剂以一定的流量输送到喷枪，经高速射流雾化喷嘴雾化混合成可燃混合气后喷入喷枪燃烧室，混合气经火花塞点火燃烧后形成高温高压的燃气，通过喷嘴将其加速到超音速形成超音速射流；送粉系统将碳钨钴鉻团聚烧结形成的类球形粉末从喷嘴的低压区送入超音速射流，经高温超音速射流加热软化成半熔融状态粉末焰流及加速后从喷枪喷出，并高速喷向旋转着的减振器活塞杆表面而沉积形成特定的金属陶瓷涂层。
本发明的一个方面，其中，通过调节进入喷枪的燃料、助燃剂的流量来调节焰流的速度和温度，控制涂层粉末的加热和加速来控制喷涂半熔融状态粉末的温度和速度，其中焰流温度为2500～3500℃，焰流速度为1200～2500m／s，半熔融状态粉末飞行速度加速后为300～1000m／s。
本发明的又一个方面，其中，粉末粒子是由碳(C)、钨(W)、钴(Co)或铬(Cr)等合金元素配制而成，并经合金化及团聚烧结形成粒度为10～80微米的金属陶瓷粉末，其形貌为类球形，其化学成分为：4.8／5.6wt.％C，11.0／13.0wt.％Co，≤1.0wt.％Fe，W余量；或4.6／5.4wt.％C，9.5／10.5wt.％Co，3.5／4.5wt.％Cr，W余量。
本发明的又一个方面，包括：将喷涂有钨、碳、钴或铬等合金的活塞杆表面沉积涂层进行磨削、机械抛光，其表面粗糙度为Ra0.01～Ra0.05的镜面状态。
本发明的又一个方面，其中所述活塞杆表面显微硬度为HV0.3700～HV0.31500。
附图说明
附图1表示机车油压式减振器的工作原理图
附图2表示活塞杆的表面处理方法布置图
具体实施方式
下面结合附图2来详细描述本发明的基本原理。在附图2中，1表示待处理的活塞杆；6表示燃料供给系统；7表示氧气供给系统；8表示点火系统；9表示水冷系统；10表示复合陶瓷粉末的输送系统；11表示控制台；12表示喷枪；13表示喷枪的水冷套；14表示复合陶瓷粉末的喷射流；15表示工作台；16表示夹具；17表示喷涂室；18表示粉尘通道；19表示捕尘罐；20表示出风口。
通过控制台11将来自燃料供给系统6的燃料，和来自氧气供给系统7的助燃剂---高压氧气(或氧气一一压缩空气混合气体)以一定的流量输送到喷枪12，经喷枪12内的高速射流雾化喷嘴雾化混合成可燃混合气后喷入喷枪12内的燃烧室，混合气经火花塞点火系统8点火燃烧后形成高温高压的燃气，通过喷枪12内的拉伐尔喷嘴将其加速到超音速；复合陶瓷粉末的输送系统10将调配好的喷涂粉末从喷枪12内的拉伐尔喷嘴的低压区送入超音速射流，经高温高速射流加热软化成半熔融状态并急剧加速后从喷枪口喷出，并高速喷向待喷涂活塞杆1的表面沉积形成涂层。其中，活塞杆1通过夹具16固定于旋转的工作台15上，使得所述的复合金属陶瓷粉末涂层在活塞杆1的表面能均匀沉积。通过调节进入喷枪的燃料，助燃剂的流量来调节焰流的速度和温度，控制涂层粉末的加热和加速，从而控制喷涂粒子的温度和速度，优选焰流温度为2500～3500℃，焰流速度为1200～2500m／s，粒子飞行速度300～1000m／s。
作为一种优选的例子，以钨(W)、碳(C)、钴(Co)或铬(Cr)等元素通过适当成份配比，经合金化及团聚烧结形成粒度为10～80微米的金属陶瓷粉末，其形貌特征为类球形，密度高，流动性好。优选合金的化学成分为：4.8／5.6wt.％C，11.0／13.0wt.％Co，≤1.0wt.％Fe，W余量；或4.6／5.4wt.％C，9.5／10.5wt.％Co，3.5／4.5wt.％Cr，W余量。喷涂后的涂层经X射线衍射分析，涂层中出现了少许W2C相及CoxWCy相。氧燃料超音速喷涂层的X射线结果与原始粉末接近，只有少量的W2C和含钴亚稳定碳化物，这说明在超音速火焰喷涂过程中，材料成分损失较少，WC几乎不发生脱碳现象，证明射流速度的提高对抑制WC的分解和氧化的效果明显。
通过SEM扫描断面分析涂层为弥散分布的细小WC颗粒，其周围被Co或CoCr紧紧地润湿包覆着，制备的涂层无明显的分层、裂纹和较大的孔洞等缺陷存在，涂层与基体结合良好，界面没有明显的缺陷。用灰度法处理测得喷涂层的孔隙率为0.98％，涂层致密度非常高。
经过实际测量，涂层显微硬度可达700～1500HV，远超过电镀硬铬的硬度。
作为优选，采用粗磨、精磨及抛光等工序，表面粗糙度达Ra0.01～Ra0.05，表面呈镜面状态，因而滑动摩擦系数非常低，特别适用于活塞杆这种滑动传动部件工作。
用本发明的方法在喷涂金属陶瓷类材料过程中能有效地抑制碳化物等硬质相的分解，涂层质量优越，结合强度可高达70MPa以上，孔隙率约为1％左右。
与电镀硬铬相比，在硬度、耐磨性、结合力等方面有着非常显著的优势。通常，用本发明制备的WC金属陶瓷涂层的耐磨损性能是电镀硬铬的4倍左右，结合强度在2倍以上。

Claims (2)

1.一种机车油压式减振器活塞杆的表面处理方法，其特征是：用航空煤油或丙烷为燃料，高压氧气或氧气与压缩空气混合气体为助燃剂，控制系统将燃料和助燃剂以一定的流量输送到喷枪，经高速射流雾化喷嘴雾化混合成可燃混合气后喷入喷枪燃烧室，混合气经火花塞点火燃烧后形成高温高压的燃气，通过喷嘴将其加速到超音速形成超音速射流；送粉系统将碳钨钴铁团聚烧结形成的类球形粉末从喷嘴的低压区送入超音速射流，经高温超音速射流加热软化成半熔融状态粉末焰流及加速后从喷枪喷出，并高速喷向旋转着的减振器活塞杆表面而沉积形成特定的金属陶瓷涂层；
通过调节进入喷枪的燃料、助燃剂的流量来调节焰流的速度和温度，控制涂层粉末的加热和加速来控制喷涂半熔融状态粉末的温度和速度，其中焰流温度为2500～3500℃，焰流速度为1200～2500m/s，半熔融状态粉末飞行速度加速后为300～1000m/s；
所述活塞杆表面显微硬度为HV0.3700～HV0.31500；
所述的粉末粒子是由碳(C)、钨(W)、钴(Co)、铁(Fe)合金元素配制而成，并经合金化及团聚烧结形成粒度为10～80微米的金属陶瓷粉末，其形貌为类球形，其化学成分为：4.8～5.6wt.％C，11.0～13.0wt.％Co，≤1.0wt.％Fe，W余量；
所述涂层的孔隙率为0.98％，所述涂层与活塞杆的结合强度为70MPa以上。
2.基于权利要求1的机车油压式减振器活塞杆的表面处理方法，其特征是：将喷涂有所述钨、碳、钴、铁合金的活塞杆表面沉积涂层进行磨削、机械抛光，其表面粗糙度为Ra0.01～Ra0.05的镜面状态。
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