產(chǎn)品再制造中常用表面技術(shù)和應(yīng)用

1、1產(chǎn)品再制造中常用表面技術(shù)和應(yīng)用提 綱 1. 再制造工程重要概念回顧 2. 表面工程在產(chǎn)品再制造中的地位作用 3. 表面工程技術(shù)體系 4. 常用表面工程技術(shù) 5. 結(jié)束語(yǔ)21. 再制造工程重要概念回顧 (1) 再制造是相對(duì)制造而言。制造是將原材料加工成具有一定功能的產(chǎn)品，再制造是在這種產(chǎn)品到達(dá)壽命后使其性能和保質(zhì)期恢復(fù)到新品水平的加工過(guò)程。 (2) 再制造的性能和保質(zhì)期能等同甚至超過(guò)原型機(jī)新品的基本原因是新技術(shù)在老產(chǎn)品上的使用，既包括磨損表面的尺寸恢復(fù)與耐磨性能提升，也包括老產(chǎn)品上局部部件的技術(shù)改造及軟件升級(jí)。3(3) 和制造新品相比，再制造產(chǎn)品的成本低于50%，節(jié)能60%,節(jié)材70%，對(duì)環(huán)境

2、的不利影響低于80%。在拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、安排就業(yè)以及企業(yè)增效等方面發(fā)揮著重要作用。(4) 中國(guó)再制造的特色在于積極開發(fā)表面技術(shù)、攻克零件壽命評(píng)估難題，著力提高舊件利用率，使之對(duì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)更大。(5) 發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)，不僅寫入了中華人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法，而且列入了“十二五”規(guī)劃綱要，還被國(guó)家選定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。4. 表面工程在產(chǎn)品再制造中的地位作用整機(jī)壽命的“短板”是部分損傷的零件；損傷零件的“短板”是個(gè)別失效的表面；表面常見(jiàn)失效形式：磨損、腐蝕；對(duì)零件表面失效的治理，在整機(jī)再制造中工作量最 大、而且對(duì)整機(jī)性能以及壽命的影響最為關(guān)鍵；表面工程的功能是：恢復(fù)尺寸、恢復(fù)表面性能或改善 表面性

3、能。木桶效應(yīng)53. 表面工程技術(shù)體系改變基質(zhì)材料成分，達(dá)到改善性能的目的，不附加膜層。表面工程技術(shù)體系表面改性表面處理表面涂覆復(fù)合表面技術(shù)納米表面工程技術(shù)不改變表面材質(zhì)成分，只改變基質(zhì)材料的組織結(jié)構(gòu)及應(yīng)力，達(dá)到改善性能的目的，不附加膜層。如：離子注入、化學(xué)熱處理等。如：表面淬火、表面變形處理、表面納米化加工等。在基質(zhì)材料表面上制備涂覆層，涂覆層的材料成分、組織、應(yīng)力按照需要制備。如：電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍、氣相沉積、熱噴涂、堆焊、熔覆、粘涂、涂裝等。綜合運(yùn)用多類、多種表面工程技術(shù)。如：熔覆+噴涂；納米化加工+滲擴(kuò)；粘涂+電刷鍍等。以傳統(tǒng)表面工程技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)引入納米材料、納米技術(shù)改善表層性能。

4、如：納米電刷鍍、納米熱噴涂、納米熔覆、納米粘涂等。6 常用表面工程技術(shù)4.1 堆焊與熔覆 7母 材fB熔覆材料（絲材、粉材）熱源電??；等離子??；激光束；電阻絲等熔覆層截面熔覆金屬的面積f；母材熔化區(qū)面積 B稀釋率原 理 ： 在某種熱源作用下，使熔覆材料和母材熔化，構(gòu)成 合金化熔池，經(jīng)冷卻結(jié)晶形成覆層。 B大于零，稱為堆焊， B趨于零，稱為熔覆。 稀釋率反映熔覆材料的合金成分被母材的沖淡情況。 電弧堆焊，包括手工焊條堆焊/藥芯焊絲自動(dòng)堆焊/絲材或帶材埋弧堆焊等。擅長(zhǎng)堆焊大面積、大厚度，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)約3萬(wàn)元。 等離子弧噴焊。擅長(zhǎng)在規(guī)則形面上制備耐熱合金層， 設(shè)備購(gòu)置費(fèi)約70萬(wàn)元。 激光熔覆。擅長(zhǎng)在復(fù)

5、雜形面上制備合金層，設(shè)備購(gòu)置 費(fèi)約100萬(wàn)元。分 類 ：8適用條件 ：1. 零件磨損量大。2. 零件服役工況惡劣。3. 零件可焊性要好（無(wú)裂紋、不易變形、應(yīng)力小）。4. 涂層與基體冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度大于500 MPa 級(jí)。5. 能用于承受交變負(fù)荷的表面。施工要領(lǐng) ： 1. 熔覆層合金化設(shè)計(jì)（影響表面性能、可焊性及后續(xù) 加工性能）2. 復(fù)合表面技術(shù)的運(yùn)用9堆焊技術(shù)再制造輥類零件 堆焊是表面工程技術(shù)的一個(gè)重要分支。堆焊是一種歷史悠久，而又非常實(shí)用的技術(shù)。堆焊的顯著特點(diǎn)是堆焊層與母體材料冶金結(jié)合，高溫、重載服役條件下剝落傾向小，而且可根據(jù)服役性能和生產(chǎn)條件在很寬的范圍內(nèi)選擇堆焊方法和堆焊材料。堆焊已

6、廣泛用于鋼鐵工業(yè)的軋輾、能源領(lǐng)域的加氫反應(yīng)器、熱壁交換爐以及礦山機(jī)械和各類閥門中。堆焊不僅是一種零件的修復(fù)、再制造手段，而且已成為諸多新品制造中不可缺少的環(huán)節(jié)。堆焊在提高零件的使用壽命以及節(jié)能、節(jié)材方面發(fā)揮著重要作用。堆焊后的立磨磨輥立磨磨輥輥面堆焊現(xiàn)場(chǎng)10藥芯焊絲埋弧堆焊用于冶金連鑄輥制造與再制造 表面工程的最大優(yōu)勢(shì)是能夠以多種方法制備出優(yōu)于基體材料性能的表面功能薄層。表面功能薄層的厚度僅是工件整體厚度的百分之一到幾十分之一，但卻使工件表面獲得比基體材料更高的耐磨性或抗腐蝕性、耐熱性等。表面工程技術(shù)用于熱成型部件的制造與舊品再制造，其節(jié)能、節(jié)材效果非常突出。 藥芯焊絲通過(guò)改變芯部藥粉的種類、

7、比例，可以很容易改變堆焊層的性能，藥芯焊絲作為一種連續(xù)填充的材料，使堆焊生產(chǎn)效率大大提高。下圖是以0Cr13Ni4MoN系列藥芯焊絲堆焊的連鑄輥。堆焊后的連鑄輥裝配后的連鑄輥11等離子噴焊技術(shù)應(yīng)用于新閥門制造和舊閥門再制造 粉末等離子噴焊是利用壓縮等離子弧產(chǎn)生的高溫熔化金屬粉末，在工件表面形成一層與基體冶金結(jié)合的、具有特定性能熔覆層的表面堆焊技術(shù)。和手工電弧堆焊、埋弧堆焊、鎢極氬弧堆焊相比，粉末等離子噴焊具有電弧能量集中、堆焊層稀釋率低、焊層硬度均勻、適用材料范圍廣、堆焊材料消耗少、噴焊設(shè)備機(jī)械化及自動(dòng)化程度高、堆焊速度快、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，適合用于大批量制備高合金、有色金屬合金焊層。等離子噴焊

8、技術(shù)已在大型氣閥、高中壓閥門密封面、鉆桿耐磨帶、玻璃模具制造及再制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。大型閥門密封面 等離子噴焊機(jī) 錐面噴焊大型柴油機(jī)氣閥密封面噴焊電站高壓閘閥 密封面噴焊13 以高能量密度的激光為熱源，將零件表面預(yù)置的或與激光束移動(dòng)同步輸送的合金材料熔化，在零件表面形成熔覆層。激光熔覆層與零件基體為冶金結(jié)合且稀釋率低，基體熱影響區(qū)小，熔覆層與基體均無(wú)粗大的鑄造組織，晶粒細(xì)小，組織致密，激光熔覆過(guò)程中基體溫度不超過(guò)80 ，零件不易變形。激光熔覆技術(shù)已成功應(yīng)用于電力、石化、冶金等行業(yè)高端技術(shù)設(shè)備的再制造中。 用激光仿形熔覆技術(shù)恢復(fù)轉(zhuǎn)子的尺寸及表面性能 石化設(shè)備中的螺桿壓縮機(jī)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子發(fā)生大面積擦

9、傷 再制造后的螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子副 激光熔覆技術(shù)再制造螺桿壓縮機(jī)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子 礦山機(jī)械工況條件惡劣，零件表面磨損、腐蝕、劃傷嚴(yán)重。采用大功率激光表面強(qiáng)化技術(shù)和特種耐磨自熔性合金粉末，對(duì)采煤機(jī)及掘進(jìn)機(jī)截齒、綜采液壓支架不銹鋼立柱、刮板機(jī)、齒輪傳動(dòng)箱中的失效零件進(jìn)行再制造，特別是在截齒端部錐面及刮板機(jī)易磨損部位，制備了冶金結(jié)合、硬質(zhì)點(diǎn)和高韌性金屬材料復(fù)合的激光強(qiáng)化覆層，使其使用壽命提高24倍。 激光熔覆再制造截齒激光熔覆不銹鋼立柱激光強(qiáng)化刮板機(jī)中部槽14激光熔覆在礦山機(jī)械上的應(yīng)用 15 煉油廠煙氣輪機(jī)葉片工況條件惡劣，承受腐蝕氣體和多種硬質(zhì)顆粒的沖蝕，損傷嚴(yán)重。采用復(fù)合表面工程技術(shù)先通過(guò)激光熔覆恢復(fù)葉片幾

10、何尺寸和力學(xué)性能，再用等離子噴涂提高葉片的表面性能，可使再制造后的葉片使用壽命超過(guò)原型新品。激光熔覆加等離子噴涂對(duì)煙氣輪機(jī)葉片再制造 二級(jí)動(dòng)葉片典型的損傷狀態(tài) 二級(jí)動(dòng)葉片激光熔覆過(guò)程 熔覆層加工后的二級(jí)動(dòng)葉片 噴涂耐磨涂層后的二級(jí)動(dòng)葉片 4.2 熱噴涂氣體熱噴涂技術(shù)原理示意 原理：以某種熱源和焰流，在一定的噴涂距離內(nèi)，將材料加熱、加速成熔融狀態(tài)的高速熔滴，當(dāng)撞擊到工件表面時(shí)發(fā)生粒子扁平化和快速冷卻凝固而構(gòu)成沉積層。 16分 類：以噴涂熱源為命名基礎(chǔ)，再冠以材質(zhì)形態(tài)、焰流速度的特性。 高速電弧絲材噴涂。溫度5 0006 000 ，粒速100 300 ms-1，擅長(zhǎng)制備常用合金涂 層，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)約

11、 萬(wàn)元。 等離子弧粉末噴涂。溫度10 00015 000 ，粒速100 400 ms-1，擅長(zhǎng)制備陶瓷涂層，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)約 89 萬(wàn)元。 超音速燃?xì)夥勰﹪娡?。溫? 100 ，粒速300500 ms-1，擅長(zhǎng)制備金屬陶瓷，如 WC/Co 涂層，設(shè)備購(gòu) 置費(fèi)約 100 萬(wàn)元。適用條件：1. 補(bǔ)償尺寸一般為12 mm，最大可達(dá)10 mm。2. 外圓和平面的噴涂面積可大可小，內(nèi)圓孔徑需大于150 mm，沉積效率110 kg/n。3. 基體溫度低于300 ，工件不易變形?？杉尤胗操|(zhì)粉末或納米粉末用于改善表面性能。 涂層與基體結(jié)合機(jī)理以機(jī)械咬合為主，輔助 擴(kuò)散結(jié)合、物理結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度3090 MPa級(jí)。6

12、. 常用于零件上與滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈配合的表面， 密封件配合表面，滑動(dòng)摩擦面，不宜用于受交變負(fù)荷的表面。施工要領(lǐng)： 1. 表面預(yù)處理（凈化、粗化） 2. 噴涂材料選擇及噴涂工藝參數(shù)優(yōu)化18高速電弧噴涂箱體手工操作1920 采用自動(dòng)化高速電弧噴涂技術(shù)再制造發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱軸承座，涂層厚度0.6 mm。單件噴涂時(shí)間由手工操作1.5 h縮短為20 min。耗材小于箱體重量的0.5 %，費(fèi)用小于箱體價(jià)格 的1/10。高速電弧噴涂箱體自動(dòng)化操作 電弧噴涂的油污水監(jiān)測(cè)處理船新建造油污水監(jiān)測(cè)處理船對(duì)遠(yuǎn)望1號(hào)航天測(cè)量船進(jìn)行電弧噴涂長(zhǎng)效防腐電弧噴涂666獵潛艇長(zhǎng)效防腐用高速電弧噴涂制備艦船防腐涂層21用高速電弧噴涂制

13、備水陸坦克防腐涂層22用高速電弧噴涂制備艦船甲板防滑涂層23對(duì)活塞頂部和排氣管用等離子噴涂制備隔熱涂層25超音速火焰噴涂用于冷軋張力輥的復(fù)合制造與再制造 超音速火焰噴涂（簡(jiǎn)稱HVOF）是利用可燃?xì)怏w在氧氣助燃下釋放的化學(xué)能為熱源，燃?xì)庠谔厥饨Y(jié)構(gòu)的噴涂槍中形成超音速焰流使噴涂粉末以熔融狀態(tài)高速撞擊到工件表面制備出噴涂層。超音速火焰噴涂的特點(diǎn)：具有高的噴涂粒子速度和相對(duì)較低的溫度，特別適合于噴涂WC等金屬陶瓷材料；噴涂層的壓應(yīng)力結(jié)構(gòu)有利于制備較厚的涂層；噴涂效率高，燃?xì)鈨r(jià)格較低，經(jīng)濟(jì)性好。 超音速火焰噴涂已用于冷軋張力輥新品的復(fù)合制造和舊品的再制造。下圖中張力輥的母材是Q345B，過(guò)去輥表面鍍鉻，

14、現(xiàn)在用超音速火焰噴涂制備WC涂層后，使用壽命提高34倍，環(huán)保效果顯著。 分 類：以鍍積金屬的特性為命名基礎(chǔ)，輔以復(fù)合鍍時(shí)添加的顆粒名稱。 如快速Ni/n-SiO2電刷鍍，快速銅電刷鍍等。設(shè)備購(gòu)置費(fèi)約萬(wàn)元。 電刷鍍?cè)?.3 電刷鍍?cè)?理：電刷鍍是一種無(wú)槽液相電沉積技術(shù)。鍍液中的金屬離子在工件（陰極）上沉積，鍍筆的運(yùn)動(dòng)可提高電流密度并有利于氫氣排出。26適用條件： 補(bǔ)償尺寸：理想為0.2 mm一下，最大3 mm（需多層夾 心 鍍）。2. 外圓和平面鍍積面積可大可小。內(nèi)孔以鍍筆能伸入、 鍍液易流動(dòng)為原則。 鍍積尺寸便于控制，如快速鎳沉積率0.510 m /min， 設(shè)備上有安培小時(shí)計(jì)。 基體溫度常

15、溫態(tài)，零件不變形。 通過(guò)選擇鍍積金屬或添加納米顆粒來(lái)調(diào)節(jié)表面性能。 鍍層與基體屬外延式聯(lián)生結(jié)晶，結(jié)合強(qiáng)度300 MPa級(jí)。 常用于零件上與滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈的配合面、密封件配合 面、花鍵側(cè)面等，不宜用于受交變負(fù)荷的表面。8. 便于現(xiàn)場(chǎng)施鍍，便于對(duì)設(shè)備局部解體施鍍。施工要領(lǐng)： 1. 表面預(yù)處理要求高（凈化、活化）。 2. 正確選擇鍍液及規(guī)范。 3. 鍍后一般磨削加工或打磨27 空軍某部利用納米電刷鍍技術(shù)再制造蘇-XX飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片，并已通過(guò)空軍裝備部組織的300小時(shí)臺(tái)架考核和專家組鑒定。該技術(shù)已被空軍批準(zhǔn)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的批量再制造，已創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益7500 萬(wàn)元以上。 納米電刷鍍用于飛機(jī)再

16、制造28用電刷鍍恢復(fù)連桿內(nèi)孔（手工操作）29用電刷鍍恢復(fù)連桿內(nèi)孔（六件疊加自動(dòng)操作） 在自動(dòng)化專機(jī)上應(yīng)用電刷鍍技術(shù)再制造發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，鍍層厚度0.15 mm，一次刷鍍46件。耗材是零件本體重量的2%，費(fèi)用是該零件新品價(jià)格的1/10。30用電刷鍍恢復(fù)缸體缸套配合面（自動(dòng)操作）31用電刷鍍恢復(fù)缸體曲軸軸瓦配合面32用電刷鍍治理坦克輪盤內(nèi)孔密封環(huán)配合面33用電刷鍍治理坦克被動(dòng)軸自壓油檔配合面34用電刷鍍修理電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)孔35用電刷鍍修復(fù)大電機(jī)軸滑動(dòng)摩擦面36用電刷鍍修復(fù)造紙機(jī)烘干筒37用電刷鍍制備導(dǎo)電排銀層38用電刷鍍現(xiàn)場(chǎng)治理飛機(jī)起落架劃傷39用電刷鍍現(xiàn)場(chǎng)治理沖壓機(jī)活塞桿劃傷40外圓刷鍍層與基體結(jié)合良好旁證41鍍層 過(guò)度區(qū)(磨痕) 基體(鑄鐵) 鍍層 過(guò)度區(qū)(磨痕) 基體(鑄鐵) 缸孔偏磨 磨痕放大圖 內(nèi)孔電刷鍍層與基體結(jié)合良好旁證42 （1） 產(chǎn)品再制造諸多優(yōu)越性的本質(zhì)是：在不改變?cè)O(shè)備（零部件）物理形態(tài)和本體材料的情況下，充分吸納先進(jìn)技術(shù)，使整機(jī)（或零部件）性能恢復(fù)與提升。 （2） 表面技術(shù)在再制造產(chǎn)品上的廣泛應(yīng)用，提高了舊件利用率，對(duì)節(jié)能、節(jié)材、保護(hù)環(huán)境