在當(dāng)前國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與新型城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)的大背景下，液壓挖掘機(jī)憑 借其高效、穩(wěn)定的機(jī)械化施工能力，在多種工程中得到了廣泛應(yīng)用[1]。液壓挖掘機(jī) 中的軸向柱塞泵作為液壓系統(tǒng)的核心部件，具有工作壓力高、功率密度大、噪聲低、 容積效率高、變量方便等特點(diǎn)，在工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)水利、船舶等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng) 用[2]。軸向柱塞泵也是當(dāng)前液壓系統(tǒng)中最常見且廣泛應(yīng)用的液壓泵，由于柱塞泵的 工作壓力高所以其三大關(guān)鍵摩擦副（滑靴副、柱塞副、配流副）也需要承受較高的 載荷，因此會加劇摩擦副的磨損，導(dǎo)致摩擦表面間隙擴(kuò)大，增加柱塞泵內(nèi)部的泄漏， 降低元件的容積效率，還會增加系統(tǒng)發(fā)熱，最終導(dǎo)致柱塞泵的損壞。這就要求軸向 柱塞泵的三大關(guān)鍵摩擦副具有更好的表面強(qiáng)度及其耐磨性來適應(yīng)高壓、高溫、高速 的惡劣工況。在三大關(guān)鍵摩擦副中的配流副是柱塞泵內(nèi)單個結(jié)構(gòu)最大的摩擦副而 且在滿足配流作用的同時又要起到支承缸體以維持缸體受力平衡的作用[3]。在如此 惡劣的工作環(huán)境中，配流副極易發(fā)生磨損甚至燒盤。因此，柱塞泵配流副要求具備 磨損小，壽命長，熱傳導(dǎo)性好且韌性強(qiáng)耐沖擊性好。

斜盤式軸向柱塞泵及配流盤結(jié)構(gòu)示意圖

為了提高銅鋼復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度及銅層的耐磨性能，符合建設(shè)資源節(jié)約型 社會發(fā)展方向。通過增加過渡層來緩和基體與涂層材料性能參數(shù)差異過大所帶來 的問題，設(shè)計出一種交替條紋涂層結(jié)構(gòu)，后在Cu及10Sn5Bi層中加入TiBN陶瓷 顆粒，從而實(shí)現(xiàn)銅鋼復(fù)合材料力學(xué)及摩擦性能的增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計了適用于激光 熔覆技術(shù)的Cu基耐磨涂層的制備方案，分別對其缺陷、組織、力學(xué)性能、摩擦性 能進(jìn)行深入分析，成功制備出了無缺陷、組織致密、力學(xué)性能、摩擦性能優(yōu)良的Cu 基耐磨涂層。

鋼激光熔覆制備Cu 基耐磨涂層的研究內(nèi)容

加入不同TiBN含量的Cu-TiBN粉末顏色：0%TiBN；2%TiBN；4%TiBN； 6%TiBN；8%TiBN

Cu/10Sn5Bi-TiBN 交替涂層的表面形貌:(a)處理前；(b)處理后

不同激光功率下Ni15 熔覆層表面宏觀形貌：（a）900W；（b）1000W；（c）1100W；

（d）1200W；（e）1300W

不同間隔Cu/10Sn5Bi 涂層截面形貌：（a）間隔3.3mm；（b）間隔3.5mm；（c）間隔

3.7mm；（d）間隔3.9mm

Cu/10Sn5Bi 交替涂層的整體EDS 面掃描映射圖像

4.15（a）Cu/10Sn5Bi 界面的TEM 明場圖像；（b）Cu/10Sn5Bi 界面的高分辨率圖像；

（c）時效后位置A 的衍射結(jié)果；（d）10Sn5Bi 底部的TEM 明場圖像；（e）10Sn5Bi 底部的高分辨率圖像；（f）時效后位置B 的衍射結(jié)果

不同間隔Cu/10Sn5Bi 交替涂層的XRD 圖譜

摩擦系數(shù)隨涂層滑動時間的變化.

在10Sn5Bi 中添加不同TiBN 的Cu/10Sn5Bi-TiBN 涂層整體截面形貌：（a）0%10Sn5Bi-TiBN；（b）2%10Sn5Bi-TiBN；（c）4%10Sn5Bi-TiBN

總結(jié)

本文以制備出無缺陷、高硬度、高耐磨的銅鋼雙金屬復(fù)合材料為目標(biāo)，通過優(yōu) 化Ni15 過渡層制備工藝、設(shè)計交替條紋涂層結(jié)構(gòu)以及調(diào)控TiBN陶瓷顆粒的摻雜 比例，成功制備出結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨性優(yōu)異、力學(xué)性能穩(wěn)定的Cu/10Sn5Bi-TiBN交 替涂層。此外，在研究激光熔覆工藝參數(shù)對涂層質(zhì)量影響的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了不 同工藝參數(shù)以及不同TiBN含量對涂層宏觀形貌、微觀組織、硬度及耐磨性能的影 響，并進(jìn)一步建立了它們之間的關(guān)聯(lián)性。具體結(jié)論如下： （1）針對銅與45鋼基材結(jié)合強(qiáng)度差的問題，采用Ni15合金作為過渡層，研 究了不同激光功率、掃描速度和送粉速度對Ni15過渡層宏觀形貌和成形質(zhì)量的影 響。最終得出在激光功率1000W，掃描速度 8mm/s，送粉速度 8r/min，搭接率為 50%，搭接路徑為交錯路徑下的Ni15過渡層缺陷最少，成型好。 （2）針對純銅涂層耐磨性不足的問題，本文創(chuàng)新性地設(shè)計了Cu/10Sn5Bi交替 條紋涂層結(jié)構(gòu)。首先，對Cu和10Sn5Bi層的熔覆工藝參數(shù)進(jìn)行研究，確定Cu和 10Sn5Bi 層的最佳工藝參數(shù)后研究了不同搭接間隔對涂層微觀組織、力學(xué)性能及耐 磨性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，該交替結(jié)構(gòu)能夠兼顧游離態(tài) Bi 良好的流動性、Cu 和 10Sn5Bi 的自潤滑作用以及含有Cu3Sn 化合物、Ni、Bi 等元素的“硬質(zhì)帶”的支 撐和扎釘作用，充分發(fā)揮了潤滑和硬質(zhì)涂層的協(xié)同作用，有效提升了涂層的耐磨性。 （3）針對Cu基粉末激光吸收率低以及進(jìn)一步增強(qiáng)Cu/10Sn5Bi涂層的硬度及 耐磨性，本文在Cu、10Sn5Bi涂層中分別摻雜不同含量的TiBN陶瓷顆粒，并研究 其對涂層微觀組織、硬度和摩擦磨損性能的影響。研究表明，TiBN陶瓷顆粒的引入不僅提高了Cu基粉末的激光吸收率，還顯著增強(qiáng)了涂層的耐磨性和硬度。當(dāng)Cu 及10Sn5Bi 層中摻雜TiBN含量為2%時，涂層整體硬度得到較大提升，涂層整體 摩擦系數(shù)降低至0.36。