表面修复新技术在机械维修中的应用

表面修复新技术在机械维修中的应用

表面修复新技术是“十一·五”期间“广东省重点技术推广应用项目”,该项目的特点是将废

旧或失效的机电产品及零件,通过表面工程新技术来提高零件的使用性能和服役寿命，达到优质、节能、节材、环保等目标，落实“节约型社会”，“循环经济”的战略决策。这是一个资源潜力巨大，经济效益显著，环保作用突出，符合可持续发展的新兴产业。表面修复新技术包含的范围较广，目前比较常用的修复技术如：热喷涂、电刷镀、硬面堆焊技术、电镀硬铬、化学镀、粘接技术、激光修复、电火花冷焊等，还有许多新的修复技术和工艺正在不断的发展。

一、机械零件修复和“再制造”的国内外发展动向

什么是“再制造工程”呢？就是将废旧机电产品回收，用高科技的维修技术，实现产业化生产的新兴产业。亦即构成“回收—维修—再制造”的发展模式。再制造产业在国际上的兴起已有50多年的历史。

我国对废旧产品的再利用经历过几个发展阶段，早期对废旧物资的回收利用非常重视。上世纪九十年代以来国家大力发展维修技术，但单纯的维修往往是单件作业，有其局限性，今后我们的维修工作将向着产业化的“再制造”方向发展，亦即构成“回收-维修-再制造”的发展模式。再制造时，把废旧机电产品作为毛坯，利用高新技术对其进行批量化修复，并且使性能升级，修复以后的新产品在技术性能上达到甚至超过新品的水平。

二、表面工程技术是零件修复和再制造的核心

中国工程院院士、装甲兵工程学院教授、装备再制造技术国防科技重点实验室徐滨士主任对绿色再制造工程和废旧机电产品高科技维修的产业化作过一系列精辟的论述。他强调指出“表面工程技术是再制造过程中的核心技术。因为零件的失效多起源于表面。表面工程的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能。这层表面材料与零件的基体材料相比，厚度薄，面积小，但却承担着工作部件的主要功能”。

三、热喷涂技术及其应用

热喷涂技术是利用氧-乙炔、电弧、等离子、爆炸波等热源，将欲喷涂的各种金属、陶瓷、塑料或复合材料加热到熔融状态，喷向经过处理的工件表面形成牢固的喷涂（焊）耐磨层。

热喷涂技术的特点在于：

（1）、热喷涂方法的多样性。高温高速的射流是热喷涂工艺的基础，而目前已经实施的工艺方法已多达10来种，常见的有氧-乙炔（或燃气）火焰喷涂、电弧喷涂，等离子喷涂、爆炸喷涂……等，如果改进其气流速度，则发展成超音速喷涂，改进其环境状态，形成低压等离子喷涂。最近国内外新开发的冷喷涂，则是将粉末颗粒利用空气动力的原理加速形成超音速流，在完全固态下撞击基材，由于塑性变形而沉积成涂层，它们孔隙率低、少氧化、低残余应力，颇具特色。

（2）、喷涂材料的广泛性：选用不同的工艺方法，能喷涂钢、铜、铝、不锈钢等多种金属及合金、还有陶瓷、金属陶瓷、塑料、石墨等材料，因而能获得多种多样的保护涂层和特殊功能涂层：如耐磨、减摩自润滑、自摩耗封严、耐蚀、抗冲蚀、耐高温、绝热、绝缘、导电、屏蔽、生物功能等性能。

（3）、对零件基体的热影响较小。喷涂过程中，工件的温度一般在100～200℃间，因此基材的组织不会发生变化，不会变形，热应力小。

（4）、可对零件进行局部强化和改性。例如：大型电机转子、叶轮、滚筒，往往是轴位磨损而失效停机，采用热喷涂技术，可将损坏部位改性，建成耐磨合金层的轴位，这一薄层，合金化程度高，性能优越，因此延长了整个工件的使用寿命。

（5）、工艺简便、方便维修。各种喷涂方法，工艺程序少，设备较简单，便于现场维修和推广应用。

四、电刷镀技术在现场维修中的作用

电刷镀技术是应用电化学沉积原理，在工件的指定部位进行局部快速电沉积，主要目的是修复磨损表面，恢复零件尺寸和形状，修补表面划伤、凹坑、孔洞等缺陷。这种维修工艺具有以下几个特点：

（1）、与其它电镀工艺相比，镀层的沉积速度快。因为专用镀液的浓度高，而且有电极的相对运动，大大提高电化学反应速度，一般沉积率可达到槽镀的5～50倍；

（2）、镀液品种多。可根据不同的用途选择专用的镀液，能在表面形成镍、铜、铁、金、银、巴氏合金等单金属、合金镀层和组合镀层，可选择耐磨、耐蚀、减摩、低电阻等专用性能涂层。

(3)、镀层与基体结合强度高。有专用打底镀层，可大大提高结合强度，镀层结晶致密、孔隙率低，厚度可有效控制。

(4)、在常温下作业，工件不变形，基体组织性能无变化。

(5)、可有效的实施现场维修。由于设备轻便，操作灵活，对不便拆卸的大型设备零件，可直接到现场组织抢修，国外很多远洋货轮都自备电刷镀设备以应付急需。

(6)、设备投资少、成本低、节约能源、经济效益好。

刷镀技术的应用面很广，概括起来，可用于以下几种场合：

(1)、磨损的机械零件可恢复原有公差，改善磨损部位的耐磨性能，提高零件表面质量。

(2)、机械加工产品因超差而报废的零件。当一个部件机加工完成后，最后检验发现局部超差，将前功尽弃，用电刷镀修复恢复原有尺寸，可以确保质量并挽回损失。

(3)、模具的修复和防护，如：凹坑、砂眼、产品飞边等局部缺陷的修补，模具整体的防锈耐蚀性。

(4)、新品零件的表面特种性能涂层。如零件耐磨性、耐蚀性、改进钎焊性、线路板插脚镀金、镀银、电气触点镀银，增加导电性等。

(5)、大型机械、精密机械的不拆卸现场维修。此时采用电刷镀技术是比其它维修工艺（喷涂、焊接、电镀、粘接…等）优越得多的工艺方法。

五、硬面耐磨堆焊修复技术

硬面堆焊技术最常见的工艺方法有两类：一种是热喷焊工艺，常见的是氧---乙炔火焰喷焊，以氧---乙炔为热源，用专门研制的自熔性合金粉末为熔敷材料，加热熔融后与基体构成冶金结合，选用的粉末以耐磨、耐蚀，耐高温为主，涂层结合力强、抗冲击，但由于操作温度高容易造成零件的尺寸变形，此外，对基材也有选择性，如常用的鉻钼钒型模具钢受热后容易出现开裂；对铸铁的可焊性差；经表面化学热处理的零件（如氮化处理后）也难喷焊。

另一种是特种焊接修复技术，它具有显著的经济效益，应用比较普遍的是采用氩弧焊等气体保护焊技术，焊缝细而均匀，焊层质量好，无飞溅，还能解决不锈钢和有色金属的焊接问题。新近发展的先进焊接工艺，如激光表面熔敷技术、电子束堆焊等，它们的能源利用率高，热量集中，达到了区域熔融的目的，结合强度高，对工件的热影响小，零件不会变形，由于选用特种焊材、焊层的耐磨性大大提高，但激光设备、电子束设备的一次性投资昂贵，运用费用高。还有一种是等离子弧堆焊，是利用等离子弧的高温加热来实施熔化堆焊，因此热功率高，焊层性能好，稀释率低，且易于实现机械化和自动化操作，例如发动机排气阀的密封面堆焊可实现产品的批量化生产。

六、多种表面修复技术的选用和复合表面工程技术的研发

表面修复新技术是一种新颖的实用新技术,工艺繁多,对于我们从事设备管理、机械维修和现场操作的人员，如何切实有效的应用这一成果，在具体操作中如何选择合适的工艺和涂层呢？总体而言，对失效的零件，我们要分析其使用情况、失效机理，判断造成破损的原因,然后对照表面修复工艺的特点,它的优点和弱点,来选择最佳的表面修复工艺。

复合表面工程技术是国际上最新研究的新领域，因为有一些特殊的工程技术难题，很难以单一的表面工艺技术来解决，因此有了第二代的复合表面工程，它包括多种表面技术工艺的复合和多种表面材料的复合，它们能够形成独特的涂层体系。目前科挺公司已在表面技术工艺的复合方面做了一些有效的尝试并取得成效。例如：

（1）、氩弧焊加电刷镀

（2）、模具修补机和复合修复工艺的应用

（3）、铸铁零件采用化学镀加电镀鉻工艺

七、科挺涂层应用100例

现将科挺公司在“十·五”期间的维修实践中最常见的几类应用汇总，所采用的工艺以热喷涂为主，也包含其它工艺的应用，公司备有光盘，收集了“科挺涂层应用100例”的部分内容。

科挺公司“十·五”期间表面修复典型应用实例

*此文系文字讲稿，几十幅图例以光盘资料配合。请登陆佛山科挺公司网址：https://www.wendangku.net/doc/e410568046.html,.查阅相关图例。