带涂层的气缸活塞杆密封问题

密封件的摩擦和磨损，尤其是活塞杆密封，对液压油缸的效率和使用寿命有着决定性的影响。当液压泵的使用寿命足够长时，密封件摩擦对液压系统效率的影响就变得不再那么重要，而成为次要因素。在这种情况下，安装在油缸中的密封件的主要任务和作用就是：防止泄漏和阻止异物进入液压系统，例如在疏浚河道的挖掘机那样恶劣的工作环境中。

对于液压设备的使用者来讲，除了液压设备的操作舒适性之外环境保护也变得越来越重要。而环境保护首先就对油缸密封和活塞杆密封的摩擦性能提出了很高的要求。过高的静摩擦和动摩擦系数不仅会对密封件的耐磨性能有较强的反作用，对整个液压系统的效率也非常不利，而且还会带来其他负面影响，如不希望的爬行和长时间停机后很高的再启动扭矩。

不良的摩擦特性是产生密封噪声的根源，这会严重影响环境。因此，从环境保护的角度出发，用涂层技术替代镀硬铬是一个非常有效的方案。

图2 按照ISO 7986标准在Anlehnung市建造的活塞杆持久密封性能试验台

涂层对摩擦、泄漏和磨损的影响

随着使用时间的增加活塞杆镀硬铬层的表面质量特性或者粗糙度都会发生变化。使用时间越长，活塞杆密封阻力增加或使密封件出现细小裂纹，最终致使活塞杆的镀铬层脱落，在整个伸缩运动范围内形成长条的磨痕。这些变化对整个摩擦学系统都有着非常不利影响，而且还可能导致液压设备的失效。

为了解决上述问题，长时间保持活塞杆的表面粗糙度和结构不发生变化，人们研发了新的涂层工艺和技术。大量的试验数据和结果表明：涂层对活塞杆密封的摩擦、泄漏以及磨损性能都有着非常重要的影响和作用。在“密封可靠性”的测试中，新涂层表现良好，而且还能提高活塞杆密封的耐磨损性能，并通过泄漏提醒用户进行预防性的维护保养，有效防止失效事故的发生。

对不同涂层材料的活塞杆密封的摩擦特性、泄漏和磨损性能进行了大量测试。其中包括不同生产厂家生产的、有着不同粗糙度的镀铬活塞杆；有PTFE涂层的镀硬铬活塞杆；喷涂HVOF涂层的活塞杆；带和不带陶瓷涂层的活塞杆；盐炉渗氮的活塞杆；等离子渗氮的活塞杆（渗氮后磨削和不磨削）；化学镀镍的活塞杆；熔焊镀层的活塞杆以及氮化的和碳氮共渗的活塞杆。

可以采用豪克能技术在进行电镀前代替磨削使用，一方面豪克能技术达到比较的表面光洁度效果有利于电镀降低孔隙率，另一方面，豪克能设备直接在车床上使用，降低30%的工时提升效率，最后，豪克能技术通过超声冲击预置压应力，消除车削产生的应力不会产生磨削应力，防止电镀裂纹。

豪克能加工后效果

在所有测试开始之前和结束之后都对活塞杆的表面粗糙度特性进行了测定，记录了表面质量的变化情况。OD型、B3型和BS型活塞杆密封件的动态性能试验都是在万能液压试验台上进行的，而试验参数都是按照企业标准和国际标准来选择并确定的。耐久性能测试按照ISO 7986标准进行（图2）。根据ISO 7986标准选择的耐久性能测试参数有工作压力P（根据活塞杆的运动方向为0～0.2MPa）、液压油温度T（65℃）、持续时间（500km，相当于一百万次负载转换）、活塞杆直径（36mm）、行程长度（250mm）、滑动速度（0.15m/s）和液压油（HLP 46矿物油）。

图3 B3 U形密封圈（3646 P5008）在硬铬替代涂层性能测试中得出了符合要求的摩擦性能（P=20MPa，T=60℃）

相似的检测结果

在不同涂层材料的活塞杆动态性能测试中，OD型、B3型和BS型的密封件都进行了短时摩擦和持久泄漏性能的测试。图3所示是B3型密封在渗氮活塞杆镀硬铬和替代活塞杆涂层试验结果的比较。除Schu 1活塞杆外，其余不同U形密封件在不同涂层的活塞杆上试验得到的摩擦力和磨损基本一致。

试验结果表明：适于所有应用场合的涂层是不存在的。无论是传统的硬铬镀层还是作为替代方案的表面涂层，对活塞杆的运动方式所产生的影响都是不同的，各有优缺点。要设计出适用于特定应用场合的最佳密封系统，就要与密封件生产厂紧密合作，对活塞杆、润滑材料以及密封件构成的摩擦学动力系统进行细致的技术分析。