[发明专利]一种气动执行器应用的低磨损导向杆及其表面工艺

说明书

本发明公开了一种气动执行器应用的低磨损导向杆及其表面工艺，包括步骤(1)，提供一导向杆的碳素钢基材，打磨其表面后放置于酸性溶液中，洗涤后再水洗干燥；步骤(2)，利用霍尔气体离子源对预处理后的基材进行气体轰击来强化基材表面，步骤(3)，采用Nd:YAG脉冲激光打孔器在基材表面打圆孔；步骤(4)，采用磁过滤沉积技术在基材表面分别沉积ZrB₂靶和MoS₂靶，形成涂覆于基材表面的固体涂层，进而得到表面工艺处理后的导向杆。本发明制备得到的气动执行器应用的导向杆，具备优良的耐磨性、优异的耐腐蚀性、自润滑性和良好的硬度。

技术领域

本发明涉及气动执行器应用的导向杆材料技术领域，具体涉及一种气动执行器应用的低磨损导向杆及其表面工艺。

背景技术

执行器按其使用的能源可分为气动、电动和液动三大类。以压缩空气为动力的执行器，称为气动执行器，其具有结构简单、动作可靠、性能稳定、输出力大、维护方便和防火防爆等优点。它不仅能与气动单元组合仪表配套使用，而且通过电-气转换器或电-气阀门定位器能与电动组合仪表、计算机配套使用。因此它被广泛应用于化工、石油、冶金、电力等工业控制过程中。

气动执行器主要分为两大类：薄膜式与活塞式。它们都是由控制元件和执行元件组成的。常见的QZ型气动执行器的基本机构包括气缸、活塞、活塞杆、连杆、输出轴及力臂组成。在改进的气动执行器中，还会设置导向杆的结构，导向杆能够承受由于滑动物表面与活塞杆垂直方向角度变化而引起的横向力，对活塞杆起到支撑作用。活塞杆在导向杆的支撑下，抵消了活塞的侧向载荷，减少活塞杆、轴承和密封件的磨损，延长使用寿命。导向杆一般采用碳钢镀硬铬作为主要基材，以保证足够的硬度和耐磨性。但镀硬铬工艺价格高昂，不光镀的费用较高，镀后还要再加工；镀层厚度太薄，一般只有0.05～0.15mm左右，影响材料的耐磨性和耐腐蚀性；镀层的润滑性有限，自润滑效果不佳；另外镀硬铬工艺还对零部件表面的光洁程度要求较高。

随着气动执行器在石化、电力、冶金等工业中运用越来越广泛，严苛的使用环境和操作条件都对气动执行器中零部件的性能和使用寿命提出了更高的要求。理想的导向杆、活塞杆等零部件材料需要具备优良的耐磨性、优异的耐腐蚀性、自润滑性和良好的硬度，如何通过一定的制备工艺获得理想性能的导向杆、活塞杆等零部件材料是目前亟待解决和克服的重要课题。

发明内容

针对目前导向杆零部件材料中存在的问题，本发明提供一种气动执行器应用的低磨损导向杆及其表面工艺。本发明制备得到了一种气动执行器应用的导向杆，并通过一系列的表面处理工艺，使制备所得的导向杆具备了优良的耐磨性、优异的耐腐蚀性、自润滑性和良好的硬度。

本发明公开了一种气动执行器应用的低磨损导向杆的制备工艺，包括如下步骤：

步骤(1)，提供一导向杆的碳素钢基材，打磨其表面，并将打磨后的碳素钢基材放置于酸性溶液中，充分洗涤取出后再水洗干燥，得到预处理的基材；

步骤(2)，利用霍尔气体离子源对所述基材进行气体轰击来强化预处理的基材表面，霍尔源工作电压为500～1800V，轰击环境温度600～800℃，轰击时间2～3h；

步骤(3)，采用Nd：YAG脉冲激光打孔器在步骤(2)处理后的基材表面打圆孔，孔径为0.06～0.1mm，面积率为10％～25％，得到表面织构化的基材；

步骤(4)，采用磁过滤沉积技术(FCVA)在表面织化的基材表面分别沉积ZrB₂靶和MoS₂靶，形成涂覆于基材表面的固体涂层，进而得到表面工艺处理后的导向杆。

优选地，步骤(1)中所述的酸性溶液为含硫酸1～2mol/L和氢氟酸0.5～1mol/L的溶液。

优选地，步骤(2)中所述的气体为氦气、氩气。