1 、前言

由于鈦合金具有高比強度、低密度、優(yōu)異的耐腐蝕性能以及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，在航空航天、生物醫學(xué)、石油化工和交通運輸等國民生產(chǎn)支柱行業(yè)得到了廣泛的應用。其中，用于基體結構連接、復合材料鉚接的鈦合金緊固件因其優(yōu)異的性能而導致需求量不斷增大，其生產(chǎn)方式也在發(fā)生著(zhù)巨大的變化。傳統的單件熱墩制的生產(chǎn)方式已無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求，生產(chǎn)方式已逐漸被快速高效的連續冷、溫墩制所取代，首道墩制工序的生產(chǎn)效率由 4 ～ 6 件 /min 大幅提高至 80 ～ 120 件 /min。但由于鈦合金材料自身存在較差的耐磨性而導致其在緊固件墩制生產(chǎn)過(guò)程中存在材料易與模具之間發(fā)生黏連的問(wèn)題，造成產(chǎn)品脫模困難，從而影響了緊固件墩制生產(chǎn)的連續性及生產(chǎn)質(zhì)量。

經(jīng)研究表明，對鈦合金進(jìn)行表面處理并在其表面形成改性涂層能有效地提高鈦合金材料的摩擦學(xué)性能，改善材料在墩制過(guò)程中的潤滑問(wèn)題，解決其墩制生產(chǎn)過(guò)程中的材料與模具之間的黏連問(wèn)題，促進(jìn)生產(chǎn)的連續性進(jìn)行。目前國內還沒(méi)有針對鈦合金絲材相關(guān)的表面改性涂層涂覆生產(chǎn)設備的報道，而實(shí)際急需研究相應的工業(yè)化連續性生產(chǎn)設備，以滿(mǎn)足當前

的高效墩制生產(chǎn)需求。本文針對可盤(pán)圓的鈦合金線(xiàn)材（φ4 ～φ10mm），研究探索了相應的涂層材料、涂覆方式，最終根據實(shí)際情況確定了相應的工業(yè)連續化生產(chǎn)需求的涂覆設備。

2、 設計分析與研究

2.1 潤滑涂層材料的選擇

目前，改性鈦合金表面涂層的方式主要有三種：（1）通過(guò)滲氮工藝在鈦合金表面形成高硬度耐磨涂層；（2）對鈦合金表面涂覆自潤滑減摩涂層；（3）通過(guò)各類(lèi)手段在鈦合金表面形成耐磨復合涂層。對比以上三種表面改性方式，其中，在鈦合金表面涂覆自潤滑減摩涂層的形式最適合于工業(yè)化的連續性生產(chǎn)。

二硫化鉬（MoS2）被譽(yù)為“高級固體潤滑油王”，被廣泛地應用于航天領(lǐng)域。其中，MoS2 特殊的六邊形薄層結構及薄層間微弱的范德華力使 MoS2 層間具有低的剪切強度，從

而在摩擦件滑動(dòng)過(guò)程中易產(chǎn)生低的摩擦系數。MoS2 層內的 S具有對金屬很強的粘附力，使 MoS2 能很好地附著(zhù)在金屬表面，始終發(fā)揮著(zhù)潤滑功能。因此，本文選擇 MoS2 作為潤滑涂層材料。但由于 MoS2 為固體黑色粉末，無(wú)法直接涂覆于鈦合金絲材表面，因此，我們以 MoS2 為基體、酚醛樹(shù)脂為粘結劑，同時(shí)，混合 MEK 稀釋劑來(lái)配比相應的涂覆溶液，以此作為后續對鈦合金表面潤滑涂層的涂覆溶液。

2.2 潤滑涂層涂覆方式的對比及研究

目前，針對直條型棒材的表面潤滑涂層的涂覆方式主要有膠輥涂覆和表面噴涂?jì)煞N方式，但未見(jiàn)其適用于鈦合金棒材及絲材的報道。圖 1 為膠輥涂覆形式的示意圖和表面噴涂

形式的示意圖。試驗證明，將這兩種形式應用于鈦合金絲材的潤滑涂層涂覆時(shí)，會(huì )存在諸多的問(wèn)題：

（1）絲材直徑較小，會(huì )存在漏涂問(wèn)題，影響后續墩制生產(chǎn)時(shí)的潤滑效果；

（2）涂覆溶液具有較好的流動(dòng)性，其受重力作用下會(huì )在絲材下表面淤積，從而導致涂層厚度的均勻性不足，嚴重時(shí)導致下表面出現結瘤現象，導致涂層表面質(zhì)量較差；

（3）噴涂形式下，涂覆溶液的噴霧易在空間中彌散而導致生產(chǎn)環(huán)境惡劣，同時(shí)存在涂覆溶劑利用率較低、損耗量較大等問(wèn)題。

（a）膠輥涂覆形式 （b）表面噴涂形式

圖 1 涂覆形式示意圖

為了尋求更好的鈦合金絲材表面潤滑涂層的涂覆方法，經(jīng)過(guò)大量的表面涂覆試驗，最終發(fā)現鈦合金絲材自然浸潤到具有一定配比關(guān)系的涂覆溶液后，豎直提拉取出并在豎直方

向上進(jìn)行固化時(shí)的涂層具有較好的均勻性，如圖 2 所示。這是由于涂覆溶液在豎直方向上同時(shí)受重力、液體表面張力以及涂覆溶液中粘結劑對絲材表面具有一定的黏結依附的共同

作用的結果，從而使涂覆溶液在絲材表面自然均勻分布，此時(shí)，固化后表面涂層較為均勻。其中，為了能對涂覆溶液進(jìn)行迅速固化，設計采用了高效節能的感應固化形式，使其表

面的涂覆溶液在 200℃左右迅速固化，有利于高效的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程。

其中，涂覆溶液的配比對鈦合金絲材表面潤滑涂層的厚度具有較大的影響，不同的成分配比的情況下，所達到的鈦合金絲材表面潤滑涂層的厚度也不盡相同。當 MoS2：酚醛樹(shù)

脂黏結劑：MEK 稀釋劑 =35:65:100 時(shí)，此時(shí)，潤滑涂層厚度約 2 ～ 4um。涂覆后鈦合金絲材如圖 3 所示。

圖 2 浸潤式涂覆形式示意圖

圖 3 鈦合金絲材 表面涂覆后效果圖

2.3折彎形式方案對比及研究

絲材的生產(chǎn)多為卷對卷的生產(chǎn)形式，因此，為保證鈦合金絲材表面潤滑涂層涂覆生產(chǎn)的連續性，設計生產(chǎn)過(guò)程為一端進(jìn)行放線(xiàn)，另一端進(jìn)行收線(xiàn)，中間進(jìn)行潤滑涂層涂覆及烘干生產(chǎn)的形式。其中為配合浸潤式涂覆形式的實(shí)施，需將鈦合金絲材進(jìn)行折彎后在折彎圓弧的豎直部位進(jìn)行浸潤式涂覆。如圖 4 和圖 5 所示，當折彎直徑為 1000mm 時(shí)，上折彎下收線(xiàn)的涂層涂覆后的收卷行程為：3/4 圓弧 + 展開(kāi)長(cháng)度≈ 4.1m。下折彎上收線(xiàn)的涂層涂覆后的收卷行程為：

1/4 圓弧 + 展開(kāi)長(cháng)度≈ 2.1m。由于涂覆后的絲材表面涂層還較為脆弱，較短的行程有利于實(shí)現較高的產(chǎn)品質(zhì)量，因此，設計分析采用下折彎上收線(xiàn)的形式。

圖 4 上折彎下收線(xiàn)方案示意圖

圖 5 下折彎上收線(xiàn)方案示意圖

3、 結語(yǔ)

通過(guò)對潤滑涂層材料的選擇、涂覆方式及折彎形式的對比研究得到以下建議：

由 MoS2 為主體潤滑劑的配比溶液可作為鈦合金絲材的表面改性涂層。

設計提出的浸潤式涂覆形式有利于獲得較為均勻的表面涂層。

下折彎上收線(xiàn)形式有利于實(shí)現較高質(zhì)量的潤滑涂層涂覆的生產(chǎn)。

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