钢丝绳磷化涂层技术_崔影

随皮带制作技术的不断进行及工艺的不断更新，钢丝绳芯的数目及排列间隙也在不断发生变化，国内及国外皮带硫化标准不一致也对于皮带机硫化产生了重要影响。

黄骅港一期、二期BM皮带机最初采用的是日本横滨ST1500带，国内目前都有ST1600皮带进行代替，然而当进行更换时发现钢丝绳数目存在差异，横滨带钢丝绳数目为123根，国产皮带钢丝绳数目为159根，因此如何对钢丝绳进行搭接形式的选择及选择钢丝绳摆放形对于皮带机接头硫化质量产生重大的影响。

为此采用了二级搭接方式的同时尽可能使钢丝绳均匀摆放，在保证胶接强度的前提下适当延长接头长度可以有效的保证接头质量。

2．2．7现场环境因素硫化接头理想的工作环境应该是在尽量密闭的空间，隔绝煤尘，降低空气湿度，由于在实际操作过程中，皮带机总是相邻并排排列，两条皮带机的间隔有的仅仅只有700mm左右，因此当对其中一条皮带机进行维修时，不仅在空间上不允许，同时对于生产也不能造成影响，因此这些要求在实际维修中较难实现。

所以当硫化接头时环境湿度远大于要求湿度时（理想作业环境是空气湿度小于80%），皮带钢丝、胶料表面会有肉眼难以察觉的水汽存在，这些水汽会在硫化过程中受热变成气体进而在皮带内部形成大面积气泡，直接影响接头强度。

因在铺上盖较后，需要用尖锥或刀片对气泡进行划开放气，避免硫化后气穴情况的产生。

3结语硫化接头质量的好坏与硫化工艺控制、温度、时间、压力等诸多因素相关，仅仅加强某一方面的控制并不能从根本上加强接头强度，必须持续改进钢丝绳芯皮带机硫化接头制作技术，不断完善硫化工艺，同时不断改进皮带保护装置，避免皮带因意外划伤等事件造成的皮带硫化，持续积累工作经验，才能有效预防断带事故的发生。

参考文献［1］GB/T9770－2001普通用途钢丝绳芯输送带［S］．2001：7－10．［2］陈国栋，陈至芳．硫化温度对橡胶和金属粘接强度的影响［J］．世界橡胶工业，2009（9）：40－42．赵炎：061000，河北省沧州市渤海新区神华黄骅港务公司收稿日期：2013－08－12DOI：10．3963/j．issn：1000－8969．2014．01．13钢丝绳磷化涂层技术无锡通用钢绳有限公司崔影摘要：钢丝绳使用过程中受到交变应力的作用，内部相邻钢丝因受力不均匀导致变形不同步时将发生微动；微动使钢丝表面产生磨损，从而使钢丝横截面积减小致应力集中的发生，促进疲劳微裂纹的萌生，微动疲劳是钢丝绳失效的主要原因。

磷化涂层钢丝绳专利技术是将制绳钢丝磷化处理后捻制股及钢丝绳，磷化膜使钢丝表面更加耐磨，同时增加润滑脂在钢丝表面的驻留量，减小摩擦力促进滑动，抑制钢丝表面损伤及微动疲劳的发生，从而大幅度延长钢丝绳使用寿命。

关键词：钢丝绳；磷化；表面处理Steel WireＲope Phosphate Coating TechnologyWuxi Universal SteelＲope Co．，Ltd．Cui YingAbstract：There is alternating stress in the process of using rope．The fretting would occur when the wire adjacent uneven due to internal forces cause deformation of sync．Fretting makes steel surface wear，and wear make wire cross－sec-tional area decreases to stress concentration occurs．It promotes initiation of fatigue microcracks．Fretting fatigue is the main reason for the failure of the rope．Phosphate coating technology is the rope phosphate treatment before twisting shares and wire rope．Phosphate coating makes the surface more resistant，while increasing the amount of grease that reside in the wire surface，reducing sliding friction to promote inhibit the wire surface damage and fretting fatigue occurs．Thus it extends the service life of the rope greatly．Key words：steel wire rope；phosphate；surface treatment03Port Operation2014.No.1（Serial No.214）1钢丝绳的微动疲劳失效分析钢丝绳是各类起重设备不可或缺的重要零部件，它具有强度高、挠性好、自重轻、易弯曲变形、适用于复杂恶劣环境等优点，广泛应用于煤炭、冶金、交通、运输、建筑、旅游等国民经济主要行业和部门之中。

钢丝绳内部钢丝表面氧化锈蚀程度、磨损导致的直径减小数值，以及钢丝绳单位长度内出现的钢丝断裂根数是判定钢丝绳报废的主要依据。

对失效报废钢丝绳做拆股检验分析，在钢丝疲劳断裂处均具有明显的磨损痕迹，部分钢丝断裂处磨损非常严重，甚至断口断后横截面积只有原钢丝的60%，钢丝磨损处表面多处萌生裂纹并逐渐形成多疲劳源，然后向钢丝径向扩展至断裂，钢丝表面的磨损对裂纹的萌生和疲劳断裂有至关重要的影响［1－3］。

这种磨损既包括钢丝绳外表面的磨损，也包括钢丝绳内部钢丝表面的磨损，钢绳外表面磨损是钢丝绳与绳轮或其它物体摩擦所致。

下面重点讨论钢丝绳内部钢丝表面的磨损机制。

钢丝绳使用过程中受到交变应力的作用，当钢丝绳内部相邻钢丝受到的轴向应力不均匀导致变形不同步时，相邻钢丝之间将发生微动，微动时的摩擦力使钢丝表面逐渐产生塑性变形，进而在钢丝表层或次表层萌生微裂纹。

这种微裂纹缓慢扩展，微裂纹的扩展至相互联通时可以造成钢丝表面部分材料的脱落，即产生了磨损，如果这种微裂纹沿钢丝径向扩展将造成钢丝的疲劳断裂。

磨损在宏观上使钢丝横截面积减小致应力集中的发生，进一步促进疲劳微裂纹的在磨损损伤处的萌生，磨损越严重则摩擦力作用下微裂纹萌生的几率越高数目越多［4］。

钢丝绳围绕滑轮变形时受到弯曲应力的作用，弯曲应力有利于疲劳微裂纹在钢丝径向的扩展，弯曲半径越小则微裂纹向钢丝径向扩展的几率越大、速率越快。

机械设备由于服役于交变载荷或者机械振动下，导致构件接触表面之间发生微小幅度的相对滑动，滑动幅度在微米量级。

这种滑动被称为微动，同时交变载荷和微动促使疲劳裂纹早期萌生和早期扩展，最后导致构件在大大低于材料疲劳极限，甚至低于材料弹性极限时破坏失效。

这一现象被称为材料的微动疲劳［5］。

微动疲劳是起重钢丝绳失效的主要原因，在海洋等腐蚀环境中使用的钢丝绳，腐蚀疲劳是失效的主要原因。

2抑制、延缓微动疲劳发生的技术措施微动疲劳的防护措施包括表面改性技术、选择适宜的材料、改进结构设计等［6］。

表面改性的工艺方法很多，如磷化、阳极氧化、渗C、N、S及碳氮共渗、硫氮共渗等，渗氮层具有较好的抗微动磨损和抗微动疲劳性能，磷化层也具有类似的性能，某些材料阳极氧化可以提高微动磨损性能。

因为阳级氧化层和硬颗粒磨屑阻止了金属与金属间的接触和粘着磨损，磷化涂层具有多孔性有利于储藏润滑剂，具有显著的抗微动磨损效果。

表面机械处理如喷丸强化等，是通过加工硬化使表面硬度增加并在表面形成压应力，从而提高抗微动磨损失效的能力的［7］。

上述技术措施，有些适用于钢丝绳行业，有些则不适用，但钢丝绳行业可以依照上述措施的原理，研发适合的抗微动疲劳技术。

润滑剂在微动磨损中的作用有两点，一是形成保护性膜防止微凸体的直接接触，二是阻止氧气参与磨损过程［8］。

磨损与金属氧化的交替作用通常表现为彼此加速。

干摩擦下绝大部分的磨损，其表面颗粒的剥离主要通过粘着、疲劳、磨粒和腐蚀等机制来实现。

干摩擦下的微动磨损理论也主要涉及这4种基本的磨损机制，微动下这些机制相互叠加和影响，使得微动磨损机理复杂化。

但应该注意，无论造成磨损发生的机制是其中的一种或是几种的复合作用，磨损都是在摩擦力作用下发生的，磨损过程中也经历表面塑性变形、裂纹萌生、扩展、联通等阶段，并最终造成部分材料从钢丝表面脱落。

而磨损形成的初期微裂纹如果在弯曲应力作用下向钢丝径向扩展将使钢丝发生疲劳断裂，只要通过技术手段降低钢丝绳内部钢丝之间的摩擦力或使钢丝表面更耐磨，即通过技术措施阻断或削弱摩擦力在钢丝表面的作用，就可以有效抑制制绳钢丝表面损伤的发生，从而达到延缓微动疲劳发生、延长钢丝绳使用寿命的目的。

3钢丝绳磷化涂层技术磷酸盐转化膜应用于铁金属、铝、锌及其合金上，可增强耐蚀性、提高基体与涂层间或其他有机精饰层间的附着力、改善材料的冷加工性能如拉丝等、改进表面摩擦性能以促进其滑动。

这种以提高耐磨性为主的磷化处理工艺现已广泛应用于汽车、轻工、化工、电器、军事工业等领域的摩擦零件，如各种齿轮、凸轮、挺杆、曲轴、活塞、万向接、油泵、制冷压缩13港口装卸2014年第1期（总第214期）机及武器部件等［9］，将磷化膜层的厚度控制在：10 18μm，膜重：11 20g/m2之间，汽车变速器齿轮减摩磷化可以取得非常好使用效果［10］，由此可见通过磷化提高材料耐磨能力应用范围极其广泛且效果显著。

近年出现的磷化涂层钢丝绳专利技术，或简称为磷化钢丝绳，正是利用了表面改性技术达到延长钢丝绳使用寿命的。

磷化钢丝绳技术就是将制绳用钢丝磷化处理，在钢丝表面得到磷化膜，钢丝包括优质碳素钢丝和合金钢丝，也包括镀锌、镀铝、镀锌铝合金镀层的钢丝。

制绳用钢丝表面磷化膜膜重控制在3 60g/m2之间，使用磷化后的钢丝捻制股绳和钢芯，再将股绳和钢芯捻制成钢丝绳。

磷化膜具有非常良好的电绝缘性和改善金属表面摩擦性能促进滑动的性质，磷化膜的存在可以提高制绳钢丝的耐蚀、耐磨能力。

由于磷化膜具有多孔性，润滑脂可以渗入到磷化膜孔隙之间，有利于在钢丝绳内部制绳钢丝表面储存更多的润滑脂，而且润滑脂在钢丝绳使用条件下不容易从钢丝表面流淌滑脱。

磷化膜与润滑脂的共同作用可以有效提高钢丝绳内部制绳钢丝间的润滑效果和防腐蚀能力，磷化涂层可以提高钢丝的耐磨能力并使制绳钢丝之间的摩擦因数大幅度降低。

钢丝在磷化过程中会有部分金属被溶解，磷化膜在3 15g/m2之间时，钢丝磷化后的直径几乎不变，磷化膜大于20g/m2时，钢丝直径增加值也非常有限，制绳钢丝的力学性能在磷化前后没有明显变化（需除氢防止氢脆的发生）。