密封件的摩擦和磨損，尤其是活塞桿密封，對液壓油缸的效率和使用壽命有著決定性的影響。當(dāng)液壓泵的使用壽命足夠長時(shí)，密封件摩擦對液壓系統(tǒng)效率的影響就變得不再那么重要，而成為次要因素。在這種情況下，安裝在油缸中的密封件的主要任務(wù)和作用就是：防止泄漏和阻止異物進(jìn)入液壓系統(tǒng)，例如在疏浚河道的挖掘機(jī)那樣惡劣的工作環(huán)境中。

對于液壓設(shè)備的使用者來講，除了液壓設(shè)備的操作舒適性之外環(huán)境保護(hù)也變得越來越重要。而環(huán)境保護(hù)首先就對油缸密封和活塞桿密封的摩擦性能提出了很高的要求。過高的靜摩擦和動摩擦系數(shù)不僅會對密封件的耐磨性能有較強(qiáng)的反作用，對整個(gè)液壓系統(tǒng)的效率也非常不利，而且還會帶來其他負(fù)面影響，如不希望的爬行和長時(shí)間停機(jī)后很高的再啟動扭矩。

不良的摩擦特性是產(chǎn)生密封噪聲的根源，這會嚴(yán)重影響環(huán)境。因此，從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，用涂層技術(shù)替代鍍硬鉻是一個(gè)非常有效的方案。

涂層對摩擦、泄漏和磨損的影響

隨著使用時(shí)間的增加活塞桿鍍硬鉻層的表面質(zhì)量特性或者粗糙度都會發(fā)生變化。使用時(shí)間越長，活塞桿密封阻力增加或使密封件出現(xiàn)細(xì)小裂紋，最終致使活塞桿的鍍鉻層脫落，在整個(gè)伸縮運(yùn)動范圍內(nèi)形成長條的磨痕。這些變化對整個(gè)摩擦學(xué)系統(tǒng)都有著非常不利影響，而且還可能導(dǎo)致液壓設(shè)備的失效。

為了解決上述問題，長時(shí)間保持活塞桿的表面粗糙度和結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，人們研發(fā)了新的涂層工藝和技術(shù)。大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果表明：涂層對活塞桿密封的摩擦、泄漏以及磨損性能都有著非常重要的影響和作用。在“密封可靠性”的測試中，新涂層表現(xiàn)良好，而且還能提高活塞桿密封的耐磨損性能，并通過泄漏提醒用戶進(jìn)行預(yù)防性的維護(hù)保養(yǎng)，有效防止失效事故的發(fā)生。

對不同涂層材料的活塞桿密封的摩擦特性、泄漏和磨損性能進(jìn)行了大量測試。其中包括不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的、有著不同粗糙度的鍍鉻活塞桿；有PTFE涂層的鍍硬鉻活塞桿；噴涂HVOF涂層的活塞桿；帶和不帶陶瓷涂層的活塞桿；鹽爐滲氮的活塞桿；等離子滲氮的活塞桿（滲氮后磨削和不磨削）；化學(xué)鍍鎳的活塞桿；熔焊鍍層的活塞桿以及氮化的和碳氮共滲的活塞桿。

在所有測試開始之前和結(jié)束之后都對活塞桿的表面粗糙度特性進(jìn)行了測定，記錄了表面質(zhì)量的變化情況。OD型、B3型和BS型活塞桿密封件的動態(tài)性能試驗(yàn)都是在萬能液壓試驗(yàn)臺上進(jìn)行的，而試驗(yàn)參數(shù)都是按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)來選擇并確定的。耐久性能測試按照ISO 7986標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行（圖2）。根據(jù)ISO 7986標(biāo)準(zhǔn)選擇的耐久性能測試參數(shù)有工作壓力P（根據(jù)活塞桿的運(yùn)動方向?yàn)?～0.2MPa）、液壓油溫度T（65℃）、持續(xù)時(shí)間（500km，相當(dāng)于一百萬次負(fù)載轉(zhuǎn)換）、活塞桿直徑（36mm）、行程長度（250mm）、滑動速度（0.15m/s）和液壓油（HLP 46礦物油）。

圖3 B3 U形密封圈（3646 P5008）在硬鉻替代涂層性能測試中得出了符合要求的摩擦性能（P=20MPa，T=60℃）

相似的檢測結(jié)果

在不同涂層材料的活塞桿動態(tài)性能測試中，OD型、B3型和BS型的密封件都進(jìn)行了短時(shí)摩擦和持久泄漏性能的測試。圖3所示是B3型密封在滲氮活塞桿鍍硬鉻和替代活塞桿涂層試驗(yàn)結(jié)果的比較。除Schu 1活塞桿外，其余不同U形密封件在不同涂層的活塞桿上試驗(yàn)得到的摩擦力和磨損基本一致。

試驗(yàn)結(jié)果表明：適于所有應(yīng)用場合的涂層是不存在的。無論是傳統(tǒng)的硬鉻鍍層還是作為替代方案的表面涂層，對活塞桿的運(yùn)動方式所產(chǎn)生的影響都是不同的，各有優(yōu)缺點(diǎn)。要設(shè)計(jì)出適用于特定應(yīng)用場合的最佳密封系統(tǒng)，就要與密封件生產(chǎn)廠緊密合作，對活塞桿、潤滑材料以及密封件構(gòu)成的摩擦學(xué)動力系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的技術(shù)分析。

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