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秸秆压块机模块电弧喷涂耐磨性的研究
摘要：本文针对当前饲料压块机模块磨损失效问题，提出了电弧喷涂3Cr13改善模块表面性能新工艺。通过正交试验和多因素方差分析，研究了电弧电流、电弧电压、喷涂距离及空气压力对模块耐磨性的影响，优化了在饲料压块机模块上喷涂3Cr13的工艺参数：电弧电流200A，喷涂距离180mm，空气压力0.6MPa，电弧电压38V。
关键词：压块机； 模块； 电弧喷涂；耐磨性
引言
随着秸秆压块机械的迅猛发展，设备使用寿命低、事故率高的问题频频出现，如核心模块部分，耐磨性差，失效频繁，从而增加了生产成本，制约了其推广规模。因此，提高工件的耐磨性，延长工件的使用寿命，对于节约生产成本提高生产效率都具有非常重要的意义。针对该问题，本文对饲料压块机模块进行电弧喷涂耐磨性工艺的研究。
1试验目标及因素
1.1试验目标的确定
秸秆压块机模块部分则是压块机设备的核心部件。压块机工作时，模块受到的强烈磨损，由于模块工作环境恶劣，高温高压下磨损极快，该部件机械结构及性能的好坏直接影响到秸秆压块质量，工作速度和压块后的秸秆性能。主要是由秸秆的木质纤维、秸秆中夹带的砂粒、压膜的的压力、挤压时的高温高压作用等使模块极易磨损而失效。为此，试验选取模块的耐磨性作为研究目标，对电弧喷涂工艺规范进行优化设计。
1.2试验因素的确定
在电弧喷涂过程中，电弧电流、电弧电压、喷涂距离、雾化压力、喷涂角度等对涂层的性能有重要的影响。喷涂电压过低，喷涂过程不连续，电压不断提高，喷涂粒子颗粒增大，表面粗糙，同时碳元素烧伤大，涂层硬度低，耐磨性差，内应力增加，从而影响结合强度；电弧电流增大，涂层耐磨性增强，涂层抗拉强度增加；喷涂距离决定雾化颗粒撞击到零件表面的冲击力和涂层的温度，而涂层的结合强度主要取决于熔滴到达基体表面时的动能、温度及被氧化的程度；雾化压力小，熔滴被雾化的程度差，形成涂层粗糙，耐磨性变差，雾化压力变大，熔滴雾化效果增强，涂层结合力增强。
综上所述，考虑影响喷涂层耐磨性的主要因素，电弧电流A、电弧电压B、喷焊距离C、空气压力D作为试验因素，各因素水平如表１所示。
2试验材料及设备
2.1试验材料
喷涂试件选用与模块材质一样的铸钢板（ZG200-400），试验采用砂粒为：G14(1.18～2mm)钢砂。喷涂材料为3Cr13喷涂丝。
2.2试验设备选用
利用CMD-AS1620电弧喷涂设备喷涂丝材涂层，MM-200型环-块式摩擦磨损试验机，采用DTG-160型分析天平称重。
3试验方法及步骤
3.1喷涂试验
电弧喷涂工艺包括喷涂前工件预处理、喷涂、喷涂后处理等。在喷涂之前，对铸钢试件利用化学清洗去除铸钢试件表面的油污、油漆；利用钢砂粗化试件表面，以增大涂层的结合强度。利用CMD-AS1620电弧喷涂设备将两根带有不同极性的金属丝，经送丝机构驱动，送到电弧喷涂枪，在电弧喷涂枪前端相遇，产生电弧形成熔滴，同时压缩空气将熔滴雾化，吹向前方，沉积在工作表面形成涂层。涂层厚度为2mm。电弧电流A、电弧电压B、喷焊距离C、空气压力D为试验因素，按L9（34）正交表安排喷涂试验，试验设计如表2所示。
3.2磨损试验
采用MM-200型盘销式磨损试验机测试涂层的耐磨性。试样涂层厚度2mm，摩擦方式为干摩擦，摩擦速度为200r/min，载荷为50N，磨擦时间为1h。利用分析天平称重，根据磨损前后试样失重?驻W来评价涂层的耐磨性。?驻W值越小，说明涂层的耐磨性越好。
4试验结果与分析
4.1试验结果
对制备试件的涂层测定磨损失重，试验结果见表3，并采用极差分析法对试验结果进行分析，分析结果见表4。
4.2试验分析
由表4可知，按R数值确定的各因数水平组合行为，确定各因素主次顺序为I、L、P、U即电弧电流占据首要位置,喷涂距离处在第二的位置,而电弧电压与空气压力两个因数对涂层磨损影响较小。按k1AV，k2AV，k3AV数值确定的各因数最佳水平组合行为，确定各因数最佳水平组合为I1L2P1U2，可见，具有良好耐磨性能的2#试验为最佳参数水平组合。影响涂层耐磨性的因素主要有以下两个方面：
电弧电流的影响。当电流为120A时，涂层磨损失重稳定性较差,平均磨损失重最大达到12.80mg，如8#试验，磨损失重波动性较大（10.60mg~15.70mg）。当电流增大到200A时，磨损失重波动性减轻，平均磨损失重值降低(7.07mg)，如2#试验，磨损失重波动性降低。
喷涂距离的影响。表中分析结果表明：当电弧电流一定，喷涂距离为180mm时,喷涂涂层耐磨损性能较好。如2#, 4#, 9#试验，比相同电流时其他试验的涂层磨损失重少，耐磨损性能好，这说明喷涂距离过大过小都影响涂层耐磨损性能。
5 结论
5.1 影响涂层耐磨性能的工艺参数主要是电弧电流I，其次是喷涂距离L，而雾化空气压力P和电弧电压U的影响较小；
5.2 控制不同的喷涂工艺参数，可以得到不同的强化效果。其本试验条件下，使涂层具有良好耐磨性能的喷涂工艺参数最佳水平组合为：电弧电流200A，喷涂距离180mm，雾化空气压力0. 6MPa，电弧电压38V。
参考文献
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