零件磨損修復(fù)技術(shù)及其應(yīng)用介紹

蔡慶松

摘 要：對于磨損失效的機械零件進(jìn)行高效的修復(fù)，能夠有效減少機械維修過程中的成本消耗和金屬材料的資源浪費。通過介紹金屬零件磨損發(fā)生的機理與形式，說明了金屬零件表面修復(fù)的多種方法，并介紹了新技術(shù)的特點與優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：零件磨損；修復(fù)；技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.065

機械的運轉(zhuǎn)與使用會不可避免地出現(xiàn)零件的磨損和失效，為節(jié)約資源和維修成本，通過利用損壞零件的原結(jié)構(gòu)和本體進(jìn)行修復(fù)，是機械故障維修的有效手段。很多失效的機械零件，往往只在零件表面存在明顯的磨損問題，這些零件在進(jìn)行恰當(dāng)?shù)男迯?fù)后不僅能夠恢復(fù)使用功能，還能保證零件繼續(xù)擁有可靠的壽命?，F(xiàn)階段對于表面磨損的零件修復(fù)工藝十分豐富，修理人員應(yīng)根據(jù)零件磨損特點、作業(yè)環(huán)境、精度要求選擇合理的修復(fù)方式，保證零件的修復(fù)質(zhì)量和機械繼續(xù)使用的可靠性。

1 零件磨損產(chǎn)生的原因和機理

磨損是機械零件失效的主要原因之一，磨損的產(chǎn)生會影響零件表面的配合尺寸，改變原有的幾何形狀、材料以及性能，使零件的機械性能逐漸減弱，直至無法繼續(xù)使用。常見的磨損形式包括磨料磨損、疲勞磨損、微動磨損、粘著磨損、腐蝕磨損等幾大類。其中以磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損發(fā)生概率最高。

磨料磨損主要是因為零件表面與硬質(zhì)顆粒相互摩擦而引起的金屬零件表面材料損失，磨料磨損是機械零件使用過程中最常見的，同時也是危害最大的磨損形式。粘著磨損主要是指金屬零件在相互運動的過程中，由于潤滑不良或干摩擦作用，導(dǎo)致出現(xiàn)接觸表面輕度焊合再撕裂的現(xiàn)象，造成金屬零件表面較為嚴(yán)重的損耗。疲勞磨損多發(fā)生于純滾動或滾動與滑動并存的工作條件下，由于交變接觸應(yīng)力的反復(fù)作用，零件表面會因疲勞而剝落，造成材料的不斷損失。微動磨損通常是由于一定的接觸壓力導(dǎo)致摩擦副表面的微凸體產(chǎn)生粘著和塑性變形，因小振幅振動導(dǎo)致粘著點受剪切力而脫落的現(xiàn)象。腐蝕磨損多指在相對運動的配合面間，因金屬材料和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，而導(dǎo)致的材料損失現(xiàn)象。

2 零件磨損傳統(tǒng)修復(fù)方法

（1）機械修理法。主要是對局部磨損的零件進(jìn)行機械加工的局部修理，包括鑲嵌零件、調(diào)整工作位置、局部材料更換等。例如將磨損的軸類零件直徑尺寸加工減小，再通過熱裝配等方式嵌套上新加工的另一個零件，使軸類零件恢復(fù)工作尺寸；再例如當(dāng)發(fā)動機的飛輪齒圈有一側(cè)磨損嚴(yán)重時，可將齒圈拆下并調(diào)轉(zhuǎn)方向重新安裝，即可恢復(fù)正常的使用狀態(tài)。

（2）焊接修復(fù)法。利用電弧放電產(chǎn)生的熱量，將電焊絲與金屬表面進(jìn)行熔化熔合，使局部磨損的位置實現(xiàn)材料的填補，機械使用中大部分的磨損零件都可以通過焊接的方式進(jìn)行修復(fù)，焊接后通過機械加工能有效恢復(fù)零件尺寸、形狀及配合精度。

（3）粘接修復(fù)法。利用粘接劑將磨損部位與修補材料進(jìn)行結(jié)合，粘接法的主要形式包括熱熔粘結(jié)、溶劑粘接、膠粘劑粘接等幾種，由于粘接法不適用于修補具有沖擊載荷和高溫的工作環(huán)境，因此只適合修補不重要位置，對于關(guān)鍵傳動部位的應(yīng)用較少。

（4）電鍍修復(fù)法。以直流電解為基本原理，利用電解液將金屬材料沉積在零件表面，并形成與磨損零件表面的牢固結(jié)合的鍍層。電鍍修復(fù)法通常用于表面磨損均勻且面積大的金屬零件，例如傳動軸、曲軸、機床導(dǎo)軌等，經(jīng)電鍍修復(fù)后的零件不僅能夠恢復(fù)工作尺寸，還能夠有效提升耐磨性。

（5）熱噴涂修復(fù)法。熱噴涂修復(fù)主要是通過將粉末狀或絲狀材料加熱到熔化狀態(tài)，再利用壓縮空氣將其進(jìn)一步霧化，并以一定的速度將霧化金屬噴涂到磨損零件表面，形成覆蓋層。熱噴涂法主要包括火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂等幾類。由于熱噴涂的修復(fù)材料可以通過使用要求選擇不同的材料配比，并能獲得高強度、高耐磨性的修復(fù)效果，因此使用十分廣泛。

3 零件磨損修復(fù)新方法

為提高零件修復(fù)質(zhì)量并滿足特殊零件修復(fù)的更高要求，表面修復(fù)技術(shù)近年來也得到了全方位的提升，通過修復(fù)后再制造，能有效降低維修成本，延長零件的使用壽命。

（1） 納米電刷鍍技術(shù)是指在金屬電刷鍍液中同時添加具有特定性能的納米級的固體顆粒，在電刷鍍進(jìn)行的同時，納米顆粒與金屬原子一起沉積到修復(fù)零件的表面，形成具有納米顆粒彌散分布特點的復(fù)合型鍍層。這種鍍層具備了普通電鍍技術(shù)簡單、均勻的優(yōu)點，同時還能使鍍層表面的耐磨性、抗接觸疲勞性能、耐高溫性能顯著提升。

（2） 激光熔覆屬于新型的涂層技術(shù)，通過激光束聚焦的特點，使材料的融化和冷卻速度大幅提升。激光熔覆技術(shù)能夠使熔體在高溫下形成具有遠(yuǎn)離平衡態(tài)的快速冷卻效果，以保證凝固后的材料中形成大量過飽和固溶體、介穩(wěn)相甚至新相。激光熔覆技術(shù)已成為失效零部件的修復(fù)與再制造、金屬零部件的直接制造的重要基礎(chǔ)性技術(shù)。

（3） 變脈沖電刷鍍技術(shù)通過使用逆變脈沖電刷鍍電源替代原直流電源，使鍍層結(jié)合強度成倍提高，同時顯著降低工作時間，有效提升了原有難鍍材質(zhì)、不可鍍材質(zhì)電刷鍍的可能，使其能夠廣泛應(yīng)用于碳鋼、合金鋼、鑄鐵、銅、鋁、鉻以及進(jìn)口不明材質(zhì)的機械零件的磨損修復(fù)。