刘继彬^1，2，詹华¹，鲍曼雨¹，李蔚³，汪瑞军¹

1. 中国农业机械化科学研究院；
2. 中机试验装备股份有限公司；
3. 国网通用航空有限公司

摘要：为提高活塞杆表面耐磨与耐腐蚀能力，高频响伺服作动器的活塞杆表面常采用电镀硬铬处理工艺。由于硬铬层表面存在的微观裂纹会成为腐蚀介质的渗透通道，导致镀层失效。另外，电镀工艺过程会对环境造成严重污染，必须有新的工艺方法替代。热喷涂涂层在耐磨损、耐腐蚀、耐疲劳性能方面具有一定的优势，其替代电镀硬铬技术已经日趋成熟。本文综述了热喷涂技术在活塞杆表面替代电镀硬铬工艺技术的典型应用，并提出了市场对以喷代镀技术在经济性等方面的需求。

关键词：作动器活塞杆；电镀硬铬；热喷涂涂层；以喷代镀

   伺服作动器主要通过施加可控的推、 拉作用力实现对速度、 方向、 位移和力的控制， 其在航空航天、 工程机械、 采矿冶金、 海洋水利、 试验装备等领域有着广泛的应用。 随着我国工业产业从高速增长阶段向高质量发展阶段转变， 传统伺服作动器逐步转向高频响、 高性能、 高质量、 高可靠性等方面发展。 活塞杆作为高频响伺服作动器的关键核心部件之一， 其性能的好坏直接影响整个系统的控制精度、 响应速度、 瞬态与稳态误差。高频振动加速了活塞杆表面的摩擦磨损， 为了提高活塞杆的表面性能， 延长伺服作动器的使用寿命， 常采用电镀硬铬提高活塞杆的表面耐磨性能，但随着当前苛刻服役条件的需求， 伺服作动器活塞杆长期处于重载、 高温、 盐雾、 粉尘等极端环境之中， 活塞杆极易产生微动磨损、 疲劳和腐蚀等问题， 从而导致伺服作动器密封失效。 传统的电镀硬铬工艺暴露出巨大缺陷， 并且电镀硬铬存在沉积效率低， 工艺过程会产生有毒物质， 导致严重的环境问题。 虽然环保型防腐抗磨的新型电镀工艺已有学者进行了研究， 但镀层显微硬度不足、 镀层中存在微观裂纹、 易氢脆等仍然是新型电镀工艺研究的热点问题。 热喷涂技术作为替代方式之一， 具有选材和应用范围广， 材料表面热影响区小， 涂层厚度范围宽， 工艺可靠性强，经济效益高等优势， 实现了在高频响伺服作动器活塞杆产品上的技术突破。
    本文将从以喷代镀技术的发展历程、 目前国内外以喷代镀技术的研究现状和活塞杆特别是高频响伺服作动器活塞杆表面以喷代镀技术的研究应用现状等方面进行了分析和讨论。    

    二十世纪 20 年代， 诞生了电弧丝喷涂技术。 它可以有效的提高大型结构件的防腐性能和耐磨性能， 相比于电镀硬铬， 在长效防腐、 耐高温腐蚀等方面有着非常大的优势， 利用电弧丝喷涂的民用矿井设备、 军用航海设备等的寿命可延长 15~30 年。

    继电弧丝喷涂之后， 二十世纪 50 年代出现了爆炸喷涂和等离子喷涂， 60 年代出现了自熔性合金粉末火焰等离子喷涂。 等离子喷涂的中心温度高， 因此， 可以进行各种陶瓷、 高熔点、 耐磨损、耐高温材料的喷涂， 并且等离子喷涂涂层的孔隙率低、 涂层与基体的结合强度高， 在耐磨、 耐高温等方面均超越了镀硬铬层。 等离子涂层的出现， 将涂层的应用拓宽至电镀铬层无法应用的领域， 如飞机发动机、 核反应堆等领域所用的热障涂层， 具有生物活性的功能涂层现， 将涂层的应用拓宽至电镀铬层无法应用的领域， 如飞机发动机、 核反应堆等领域所用的热障涂层， 具有生物活性的功能涂层。

    到了 80 年代， 在等离子喷涂技术上又发展起来一种高*的喷涂技术——超音速火焰喷涂 (High velocity oxygen fuel, HVOF)。 超音速火焰喷涂所制备的优质涂层， 在航空航天、 冶金机械等诸多领域得到了应用。 因其工艺性及经济性完全可以实现对电镀铬技术的替代， 从而以喷代镀技术得到了广泛的采用。 美国在航空发动机部件中，已经实现了标准化工艺，性能提高， 成本降低。飞机起落架的服役工况极其恶劣， 原本电镀层在海洋气候下极易产生腐蚀而加速失效，而通过采用超音速火焰喷涂技术制备特殊涂层后，大大提高了抗磨损、 抗腐蚀性能。 在冶金机械领域， 超音速火焰喷涂得到的涂层孔隙率低、 显微硬度高，相比原有电镀铬层，提高了产品的使用寿命， 也提高了冶金机械产品的利润率。在磨损件修复方面， 超音速火焰喷涂技术操作精准、 修复质量高，从而降低了维修成本， 并且避免了电镀液对磨损件的二次损伤 。

原链接：学术论文丨高频响伺服作动器活塞杆 以喷代镀技术的可行性分析