尼龍涂敷技術在機械產品零部件的應用

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摘要：尼龍材料具有優異的耐磨性、耐候性、耐腐蝕性、降噪性等優點，作為表面涂敷技術的材料，能夠較大程度地提升被涂敷工件的性能。通過確定合適的工藝流程及參數，將該技術應用于拖拉機的撥叉等零部件，可有效解決變形、磨損等問題，提高產品質量、節約生產成本。

關鍵詞：尼龍；涂敷工藝；磨損；變形；撥叉

1尼龍材料

尼龍（PA）是分子主鏈上含有重復酰胺基團的熱塑性樹脂的總稱。它的合成是合成纖維工業的重大突破，也是高分子化學發展的一個重要里程碑。尼龍材料經歷了近100年的發展，隨著尼龍11（法國阿科瑪）、尼龍1010（中國上海賽璐珞楊）、尼龍12（德國許路斯和瑞士Emser）、尼龍1212（美國杜邦）、尼龍9T（日本可樂麗）、尼龍1012（鄭州大學）、尼龍10T（廣州金發科技）等尼龍材料相繼得到發明或開發，尼龍材料逐步成為當今產量最大、規格最多、用途最廣的五大工程塑料之一。

2尼龍涂敷技術在機械產品上的應用

2．1尼龍1010涂敷應用于活塞式隔膜泵

活塞式隔膜泵是輸送高磨蝕固－液兩相介質的新一代往復泵，由于使用工況較為復雜，零部件易出現銹蝕破損的問題。通過系統研究尼龍1010材料在鋁基合金制品上的涂敷工藝，解決了活塞式隔膜泵的防腐問題。對影響涂層的七個因素進行了正交試驗，確定其最佳工藝參數［1－2］，如表1所示。

2．2尼龍11涂敷應用于重型貨車零部件

重型貨車在行駛過程中會產生較大的振動和噪聲，除來源于發動機、變速器、驅動橋、車輪與地面的摩擦等因素之外，傳動軸的摩擦也是導致該問題發生的主要因素之一。傳動軸總成不僅能產生NVH問題，也破壞了動平衡［3］。傳動軸總成包括花鍵軸和套管，為一對摩擦副。重型貨車在行使和越障時，該摩擦副在扭轉負荷作用下共同旋轉，要求能夠自由滑動伸縮，而在某些工況下，摩擦副可能產生很高的滑動伸縮阻力，并面臨咬死的極限狀態。轉矩達到約4000N·m時，該摩擦副產生滑動所需的拉力為25．48kN，該力的作用會造成車輛結構件的損壞。為解決該問題，將尼龍11作為涂層材料進行前處理，使用靜電噴涂工藝在重型卡車傳動軸總成上進行尼龍涂敷，有效降低了摩擦力，減少了磨損［4］。

2．3尼龍11在海水淡化裝置防腐涂層上的應用

1967年，Looksbroek首次將尼龍11涂層鋼管應用在飲用水處理工廠，經過40余年的發展，尼龍11作為管道防腐涂層的海水淡化裝置得到廣泛應用。涂層具有極佳的耐海水性能，涂敷后的工件在高鹽高濕環境下即使浸泡10年，也不會發生物理性質的改變［5］，且尼龍11源自于可再生生物材料蓖麻子，不會釋放任何有害的化合物，符合多個國家的直飲水標準。目前，尼龍11涂敷的管道已在荷蘭近70％的飲用水處理廠以及德國超過50％的飲用水廠得到了使用。

3撥叉尼龍涂敷技術的研究

撥叉是拖拉機的重要部件之一，一拖公司LF2204動力換擋拖拉機傳動系國產化進程的推進對撥叉也有相對高的質量技術要求。調研發現，目前國內拖拉機變速箱撥叉均使用的是淬火工藝，容易出現零件變形等現象，致使換擋時齒輪嚙合不到位，產生異常受力導致變速箱齒輪發生過度磨損、打齒等問題，嚴重時可致變速箱齒輪失效。

3．1撥叉類零件加工、使用的常見問題及故障分析

撥叉類零件在產品結構設計時受滑桿與齒輪輪轂的距離（即變速撥叉的工作距離）以及齒輪箱位置空間的限制，一般采用薄壁三叉型結構。撥叉的一頭是與滑桿聯接的圓柱凸臺滑桿孔，而另一頭則是撥動滑動齒輪（或嚙合套）的叉口。撥叉的生產過程為：鍛造→切邊→調質→粗加工→叉口感應淬火→精磨→成品，由于撥叉的種類繁多，形態各異，結構比較復雜、加工比較困難，在鍛造、加工和熱處理的過程中，非常容易產生變形情況。變形主要是由于工件內部的殘余應力造成的，為了提高撥叉叉口的強度，需要對其進行熱處理，由于相變的不均勻性，導致零件內部出現較大的殘余應力，初始殘余應力在切削加工的過程中得到釋放導致零件變形。由于撥叉變形超差，致使換擋時齒輪嚙合不到位，產生異常受力導致變速箱齒輪發生過度磨損、打齒等失效破壞，從而影響產品質量。撥叉在使用中出現的常見問題如表2所示。

3．2撥叉尼龍涂敷后的性能改進及意義

一拖公司對法國TX4A動力換擋傳動系進行拆解，檢測分析其一、二擋及三、四擋換擋撥叉，發現該車型傳動系撥叉沒有進行熱處理，在其叉口部位涂敷了尼龍涂層，在使用后幾乎沒有磨損。對涂層進行檢測，確定為尼龍11材料。涂層熔點為188℃，涂層厚度分別為303～312μm，368～388μm。紅外光譜圖如圖1所示。使用尼龍涂敷工藝技術，實現叉口部表面強化，能夠有效降低磨損，提高產品的性能，同時替代了熱處理工序，減少撥叉零件因為變形造成的裝配困難，降低使用中的故障率，降低撥叉加工成本，對于推進動力換擋傳動系國產化進程而言，是有必要掌握的關鍵制造技術之一。可推廣應用于其它拖拉機關鍵零部件，提升產品質量。

3．3撥叉類零件尼龍涂敷的工藝流程

撥叉類零件尼龍涂敷工藝流程見圖2。3．3．1工件表面處理3．3．1．1預處理清潔的工件表面是保證聚酰胺涂層與零件最佳附著力的最重要因素。清潔過程包括去除無機殘留物和有機殘留物。有機殘留物的去除可以使用蒸汽除油或者升溫堿洗等方式。保證工件的清潔度，無機物如鐵銹，可以通過噴砂或化學除銹方式去除。噴砂材料可以用氧化鋁砂、鐵砂、鋼砂（60－80目）。噴砂處理后還可以增加工件涂覆部位的粗糙度，增強尼龍涂覆的附著力。3．3．1．2噴涂底漆底漆的作用是增強工件和聚酰胺涂層之間的附著力。在預處理完成后，應該馬上對工件進行涂底漆操作。這一點當預處理采用噴砂工藝時，顯得尤為重要。縮短預處理和涂覆底漆工序之間的時間，可以減少工件表面氧化層的形成。3．3．2加熱加熱工件的作用主要有兩個，一是底漆需要熱量來交聯固化；二是工件需要有足夠的熱量來熔化指定厚度的尼龍11超細粉末。為了得到高質量的涂層并節約成本，應控制好工件的溫度。3．3．3尼龍浸涂有很多參數會影響預熱工件的溫度和最終的涂層厚度。一般有以下幾個主要因素：零件尺寸，預熱時間（必須保證零件的溫度和烘箱設定的一致），烘箱到流化床的轉移時間，在流化床中的浸滯時間（調節這個參數可以得到期望的涂層厚度）。為了得到所需涂層厚度，可進行兩次或者多次浸涂。兩次浸涂之間，需要稍停片刻讓粉末充分熔化。3．3．4冷卻可對涂敷后的工件進行自然冷卻，或待尼龍涂層變硬穩定后用水冷卻，并用壓空吹干，以免未涂敷處因濕度較大而銹蝕。

3．4撥叉尼龍涂敷工藝研發路線

尼龍涂敷技術的關鍵點在于加熱溫度、涂敷時間和涂敷次數的選擇。首先要通過試板試驗確定各項工藝參數，選用與撥叉材料相同的試板（如45鋼），試驗探索預處理方法、加熱溫度、涂敷時間、涂敷次數、固化方式等工藝參數，通過檢測外觀、粗糙度、厚度、硬度等指標，經綜合比較，最終優選合適的工藝參數。再依據工藝條件進行撥叉的涂敷試驗，進行尼龍涂層的致密性、耐摩擦、抗沖擊、附著力、柔韌性、耐濕熱性等各種性能試驗，撥叉性能臺架分析驗證，最后進行裝車驗證與跟蹤分析。

4結論

本文介紹了尼龍材料的發展歷史以及尼龍涂敷技術在機械產品上應用的實例，并結合一拖公司拖拉機傳動箱撥叉存在的變形、磨損等實際問題，提出了替代熱處理工序而采用尼龍涂敷的工藝研發路線。實施該工藝后，可有效降低加工成本，減少零件變形，降低產品故障率，提高使用性能，可推廣應用于其它關鍵零部件產品，從而提高農機產品的整體質量。

參考文獻：

［1］李珍芳．活塞式隔膜泵涂敷PA1010工藝研究［C］／／第十四屆全國涂料涂裝及表面處理技術研討會論文集．北京：中國腐蝕與防護學會，2007：125－128．

［2］李珍芳，金祝年．用尼龍涂覆活塞式隔膜泵的工藝研究［J］．材料保護，2005，38（9）：46－48．

［3］吳植民．汽車構造［M］．2版．吉林：人民交通出版社，1987．

［4］張克金，張萬喜，宋華，等．尼龍自潤滑涂層的摩擦磨損特性及其在重型貨車上的應用［J］．汽車工程，2006，28（7）：696－698．

［5］吳潔．用尼龍涂敷活塞式隔膜泵的工藝研究［C］／／中國電力脫鹽技術（西湖）論壇暨首屆全國電站化學專業技術研討會論文集．北京：中國電力企業聯合會，2009：211－217．

作者：李佩哲 曹晨 高鳴 邵經峰 單位：第一拖拉機股份有限公司制造工程中心