尼龙涂敷技术在机械产品零部件的应用

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摘要：尼龙材料具有优异的耐磨性、耐候性、耐腐蚀性、降噪性等优点，作为表面涂敷技术的材料，能够较大程度地提升被涂敷工件的性能。通过确定合适的工艺流程及参数，将该技术应用于拖拉机的拨叉等零部件，可有效解决变形、磨损等问题，提高产品质量、节约生产成本。

关键词：尼龙；涂敷工艺；磨损；变形；拨叉

1尼龙材料

尼龙（PA）是分子主链上含有重复酰胺基团的热塑性树脂的总称。它的合成是合成纤维工业的重大突破，也是高分子化学发展的一个重要里程碑。尼龙材料经历了近100年的发展，随着尼龙11（法国阿科玛）、尼龙1010（中国上海赛璐珞杨）、尼龙12（德国许路斯和瑞士Emser）、尼龙1212（美国杜邦）、尼龙9T（日本可乐丽）、尼龙1012（郑州大学）、尼龙10T（广州金发科技）等尼龙材料相继得到发明或开发，尼龙材料逐步成为当今产量最大、规格最多、用途最广的五大工程塑料之一。

2尼龙涂敷技术在机械产品上的应用

2．1尼龙1010涂敷应用于活塞式隔膜泵

活塞式隔膜泵是输送高磨蚀固－液两相介质的新一代往复泵，由于使用工况较为复杂，零部件易出现锈蚀破损的问题。通过系统研究尼龙1010材料在铝基合金制品上的涂敷工艺，解决了活塞式隔膜泵的防腐问题。对影响涂层的七个因素进行了正交试验，确定其最佳工艺参数［1－2］，如表1所示。

2．2尼龙11涂敷应用于重型货车零部件

重型货车在行驶过程中会产生较大的振动和噪声，除来源于发动机、变速器、驱动桥、车轮与地面的摩擦等因素之外，传动轴的摩擦也是导致该问题发生的主要因素之一。传动轴总成不仅能产生NVH问题，也破坏了动平衡［3］。传动轴总成包括花键轴和套管，为一对摩擦副。重型货车在行使和越障时，该摩擦副在扭转负荷作用下共同旋转，要求能够自由滑动伸缩，而在某些工况下，摩擦副可能产生很高的滑动伸缩阻力，并面临咬死的极限状态。转矩达到约4000N·m时，该摩擦副产生滑动所需的拉力为25．48kN，该力的作用会造成车辆结构件的损坏。为解决该问题，将尼龙11作为涂层材料进行前处理，使用静电喷涂工艺在重型卡车传动轴总成上进行尼龙涂敷，有效降低了摩擦力，减少了磨损［4］。

2．3尼龙11在海水淡化装置防腐涂层上的应用

1967年，Looksbroek首次将尼龙11涂层钢管应用在饮用水处理工厂，经过40余年的发展，尼龙11作为管道防腐涂层的海水淡化装置得到广泛应用。涂层具有极佳的耐海水性能，涂敷后的工件在高盐高湿环境下即使浸泡10年，也不会发生物理性质的改变［5］，且尼龙11源自于可再生生物材料蓖麻子，不会释放任何有害的化合物，符合多个国家的直饮水标准。目前，尼龙11涂敷的管道已在荷兰近70％的饮用水处理厂以及德国超过50％的饮用水厂得到了使用。

3拨叉尼龙涂敷技术的研究

拨叉是拖拉机的重要部件之一，一拖公司LF2204动力换挡拖拉机传动系国产化进程的推进对拨叉也有相对高的质量技术要求。调研发现，目前国内拖拉机变速箱拨叉均使用的是淬火工艺，容易出现零件变形等现象，致使换挡时齿轮啮合不到位，产生异常受力导致变速箱齿轮发生过度磨损、打齿等问题，严重时可致变速箱齿轮失效。

3．1拨叉类零件加工、使用的常见问题及故障分析

拨叉类零件在产品结构设计时受滑杆与齿轮轮毂的距离（即变速拨叉的工作距离）以及齿轮箱位置空间的限制，一般采用薄壁三叉型结构。拨叉的一头是与滑杆联接的圆柱凸台滑杆孔，而另一头则是拨动滑动齿轮（或啮合套）的叉口。拨叉的生产过程为：锻造→切边→调质→粗加工→叉口感应淬火→精磨→成品，由于拨叉的种类繁多，形态各异，结构比较复杂、加工比较困难，在锻造、加工和热处理的过程中，非常容易产生变形情况。变形主要是由于工件内部的残余应力造成的，为了提高拨叉叉口的强度，需要对其进行热处理，由于相变的不均匀性，导致零件内部出现较大的残余应力，初始残余应力在切削加工的过程中得到释放导致零件变形。由于拨叉变形超差，致使换挡时齿轮啮合不到位，产生异常受力导致变速箱齿轮发生过度磨损、打齿等失效破坏，从而影响产品质量。拨叉在使用中出现的常见问题如表2所示。

3．2拨叉尼龙涂敷后的性能改进及意义

一拖公司对法国TX4A动力换挡传动系进行拆解，检测分析其一、二挡及三、四挡换挡拨叉，发现该车型传动系拨叉没有进行热处理，在其叉口部位涂敷了尼龙涂层，在使用后几乎没有磨损。对涂层进行检测，确定为尼龙11材料。涂层熔点为188℃，涂层厚度分别为303～312μm，368～388μm。红外光谱图如图1所示。使用尼龙涂敷工艺技术，实现叉口部表面强化，能够有效降低磨损，提高产品的性能，同时替代了热处理工序，减少拨叉零件因为变形造成的装配困难，降低使用中的故障率，降低拨叉加工成本，对于推进动力换挡传动系国产化进程而言，是有必要掌握的关键制造技术之一。可推广应用于其它拖拉机关键零部件，提升产品质量。

3．3拨叉类零件尼龙涂敷的工艺流程

拨叉类零件尼龙涂敷工艺流程见图2。3．3．1工件表面处理3．3．1．1预处理清洁的工件表面是保证聚酰胺涂层与零件最佳附着力的最重要因素。清洁过程包括去除无机残留物和有机残留物。有机残留物的去除可以使用蒸汽除油或者升温碱洗等方式。保证工件的清洁度，无机物如铁锈，可以通过喷砂或化学除锈方式去除。喷砂材料可以用氧化铝砂、铁砂、钢砂（60－80目）。喷砂处理后还可以增加工件涂覆部位的粗糙度，增强尼龙涂覆的附着力。3．3．1．2喷涂底漆底漆的作用是增强工件和聚酰胺涂层之间的附着力。在预处理完成后，应该马上对工件进行涂底漆操作。这一点当预处理采用喷砂工艺时，显得尤为重要。缩短预处理和涂覆底漆工序之间的时间，可以减少工件表面氧化层的形成。3．3．2加热加热工件的作用主要有两个，一是底漆需要热量来交联固化；二是工件需要有足够的热量来熔化指定厚度的尼龙11超细粉末。为了得到高质量的涂层并节约成本，应控制好工件的温度。3．3．3尼龙浸涂有很多参数会影响预热工件的温度和最终的涂层厚度。一般有以下几个主要因素：零件尺寸，预热时间（必须保证零件的温度和烘箱设定的一致），烘箱到流化床的转移时间，在流化床中的浸滞时间（调节这个参数可以得到期望的涂层厚度）。为了得到所需涂层厚度，可进行两次或者多次浸涂。两次浸涂之间，需要稍停片刻让粉末充分熔化。3．3．4冷却可对涂敷后的工件进行自然冷却，或待尼龙涂层变硬稳定后用水冷却，并用压空吹干，以免未涂敷处因湿度较大而锈蚀。

3．4拨叉尼龙涂敷工艺研发路线

尼龙涂敷技术的关键点在于加热温度、涂敷时间和涂敷次数的选择。首先要通过试板试验确定各项工艺参数，选用与拨叉材料相同的试板（如45钢），试验探索预处理方法、加热温度、涂敷时间、涂敷次数、固化方式等工艺参数，通过检测外观、粗糙度、厚度、硬度等指标，经综合比较，最终优选合适的工艺参数。再依据工艺条件进行拨叉的涂敷试验，进行尼龙涂层的致密性、耐摩擦、抗冲击、附着力、柔韧性、耐湿热性等各种性能试验，拨叉性能台架分析验证，最后进行装车验证与跟踪分析。

4结论

本文介绍了尼龙材料的发展历史以及尼龙涂敷技术在机械产品上应用的实例，并结合一拖公司拖拉机传动箱拨叉存在的变形、磨损等实际问题，提出了替代热处理工序而采用尼龙涂敷的工艺研发路线。实施该工艺后，可有效降低加工成本，减少零件变形，降低产品故障率，提高使用性能，可推广应用于其它关键零部件产品，从而提高农机产品的整体质量。

参考文献：

［1］李珍芳．活塞式隔膜泵涂敷PA1010工艺研究［C］／／第十四届全国涂料涂装及表面处理技术研讨会论文集．北京：中国腐蚀与防护学会，2007：125－128．

［2］李珍芳，金祝年．用尼龙涂覆活塞式隔膜泵的工艺研究［J］．材料保护，2005，38（9）：46－48．

［3］吴植民．汽车构造［M］．2版．吉林：人民交通出版社，1987．

［4］张克金，张万喜，宋华，等．尼龙自润滑涂层的摩擦磨损特性及其在重型货车上的应用［J］．汽车工程，2006，28（7）：696－698．

［5］吴洁．用尼龙涂敷活塞式隔膜泵的工艺研究［C］／／中国电力脱盐技术（西湖）论坛暨首届全国电站化学专业技术研讨会论文集．北京：中国电力企业联合会，2009：211－217．

作者：李佩哲 曹晨 高鸣 邵经峰 单位：第一拖拉机股份有限公司制造工程中心