{技术管理套表}产品再制造中常用表面技术讲义

——损伤零件的“短板”是个别失效的表面；
——表面常见失效形式：磨损、腐蚀；
——对零件表面失效的治理，在整机再制造中工作量最
大、而且对整机性能以及寿命的影响最为关键；
——表面工程的功能是：恢复尺寸、恢复表面性能或改
善
表面性能。
木桶效应
5
3. 表面工程技术体系
表面改性 表面处理
改变基质材料成分，达到改善性能的目的，不附加膜层。
{技术管理套表}产品再制造中常用表面技术讲义
提纲
1. 再制造工程重要概念回顾 2. 表面工程在产品再制造中的地位作用 3. 表面工程技术体系 4. 常用表面工程技术 5. 结束语
2
1. 再制造工程重要概念回顾
(1) 再制造是相对制造而言。制造是将原材料 加工成具有一定功能的产品，再制造是在这种 产品到达寿命后使其性能和保质期恢复到新品 水平的加工过程。
激光熔覆再制造截齿
激光熔覆不锈钢立柱
激光强化刮板机中部槽
14
激光熔覆加等离子喷涂对烟气轮机叶片再制造
炼油厂烟气轮机叶片工况条件恶劣，承受腐蚀气体和多种硬质 颗粒的冲蚀，损伤严重。采用复合表面工程技术先通过激光熔覆恢 复叶片几何尺寸和力学性能，再用等离子喷涂提高叶片的表面性能 ，可使再制造后的叶片使用寿命超过原型新品。
如：离子注入、化学热处理等。
不改变表面材质成分，只改变基质材料的组织结构及应 力，达到改善性能的目的，不附加膜层。
如：表面淬火、表面变形处理、表
在基质材料表面上制备涂覆层，涂覆层的材料成分、组 织、应力按照需要制备。
如：电镀、电刷镀、化学镀、气相沉积、热喷涂、堆焊、熔覆、 粘涂、涂装等。
二级动叶片典型的损伤状态 二级动叶片激光熔覆过程 熔覆层加工后的二级动叶片 喷涂耐磨涂层后的二级动叶片
15
4.2 热喷涂
原理：以某种热源和焰流，在一定的喷涂距离内，将材料加 热、加速成熔融状态的高速熔滴，当撞击到工件表面时发生粒
气体
子扁平化和快速冷却凝固而构成沉积层。
热喷涂技术原理示意
16
分 类：以喷涂热源为命名基础，再冠以材质形态、焰流速度 的特性。
(4) 中国再制造的特色在于积极开发表面技术、攻 克零件寿命评估难题，着力提高旧件利用率，使之 对循环经济的贡献更大。
(5) 发展再制造产业，不仅写入了《中华人民共和 国循环经济促进法》，而且列入了“十二五”规划 纲要，还被国家选定为战略性新兴产业。
4
2 . 表面工程在产品再制造中的地位作用
——整机寿命的“短板”是部分损伤的零件；
适用条件： 1. 补偿尺寸一般为1~2 mm，最大可达10 mm。
2. 外圆和平面的喷涂面积可大可小，内圆孔径需大于 150 mm，沉积效率1~10 kg/n。
3. 基体温度低于300 ℃，工件不易变形。 4. 可加入硬质粉末或纳米粉末用于改善表面性能。 5. 涂层与基体结合机理以机械咬合为主，辅助
超音速火焰喷涂用于冷轧张力辊的复合制造与再制造
超音速火焰喷涂（简称HVOF）是利用可燃气体在氧气助燃下释 放的化学能为热源，燃气在特殊结构的喷涂枪中形成超音速焰流使喷 涂粉末以熔融状态高速撞击到工件表面制备出喷涂层。超音速火焰喷 涂的特点：具有高的喷涂粒子速度和相对较低的温度，特别适合于喷 涂WC等金属陶瓷材料；喷涂层的压应力结构有利于制备较厚的涂层 ；喷涂效率高，燃气价格较低，经济性好。
的1/10。
高速电弧喷涂箱体自动化操作
20
电弧喷涂的油污水监测处理船
新建造油污水监测处理船
对远望1号航天测量船进行电弧喷涂长效防腐
电弧喷涂666猎潜艇长效防腐
用高速电弧喷涂制备舰船防腐涂层
21
用高速电弧喷涂制备水陆坦克防腐涂层 22
用高速电弧喷涂制备舰船甲板防滑涂层
23
对活塞顶部和排气管用等离子喷涂制备隔热涂 层
药芯焊丝通过改变芯部药粉的种类、比例，可以很容易改变堆焊层的性 能，药芯焊丝作为一种连续填充的材料，使堆焊生产效率大大提高。下图 是以0Cr13Ni4MoN系列药芯焊丝堆焊的连铸辊。
堆焊后的连铸辊
装配后的连铸辊
11
等离子喷焊技术应用于新阀门制造和旧阀门再制造
粉末等离子喷焊是利用压缩等离子弧产 生的高温熔化金属粉末，在工件表面形成 一层与基体冶金结合的、具有特定性能熔 覆层的表面堆焊技术。和手工电弧堆焊、 埋弧堆焊、钨极氩弧堆焊相比，粉末等离 子喷焊具有电弧能量集中、堆焊层稀释率 低、焊层硬度均匀、适用材料范围广、堆 焊材料消耗少、喷焊设备机械化及自动化 程度高、堆焊速度快、质量稳定等优点， 适合用于大批量制备高合金、有色金属合 金焊层。等离子喷焊技术已在大型气阀、 高中压阀门密封面、钻杆耐磨带、玻璃模 具制造及再制造等领域得到广泛应用。
扩散结合、物理结合，结合强度30~90 MPa级。 6. 常用于零件上与滚动轴承内、外圈配合的表面， 密
封件配合表面，滑动摩擦面，不宜用于受交变负荷 的表面。
施工要领： 1. 表面预处理（净化、粗化）
2. 喷涂材料选择及喷涂工艺参数优化
18
高速电弧喷涂箱体手工操 作
19
采用自动化高速 电弧喷涂技术再制造 发动机曲轴箱轴承座 ，涂层厚度0.6 mm。 单件喷涂时间由手工 操作1.5 h缩短为20 min。耗材小于箱体重 量的0.5 %，费用小于 箱体价格
用激光仿形熔覆技术恢复 转子的尺寸及表面性能
石化设备中的螺杆压缩机 阴阳转子发生大面积擦伤 再制造后的螺杆压缩机1转3 子副
激光熔覆在矿山机械上的应用
矿山机械工况条件恶劣，零件表面磨损、腐蚀、划伤严重。采 用大功率激光表面强化技术和特种耐磨自熔性合金粉末，对采煤机 及掘进机截齿、综采液压支架不锈钢立柱、刮板机、齿轮传动箱中 的失效零件进行再制造，特别是在截齿端部锥面及刮板机易磨损部 位，制备了冶金结合、硬质点和高韧性金属材料复合的激光强化覆 层，使其使用寿命提高2～4倍。
3. 镀积尺寸便于控制，如快速镍沉积率0.5~10 μm /min，
4.
设备上有安培小时计。
4. 基体温度常温态，零件不变形。
5. 通过选择镀积金属或添加纳米颗粒来调节表面性能。
6. 镀层与基体属外延式联生结晶，结合强度300 MPa级。
7. 常用于零件上与滚动轴承内外圈的配合面、密封件配合
8.
面、花键侧面等，不宜用于受交变负荷的表面。
电刷镀原理
分 类：以镀积金属的特性为命名基础，辅以复合镀时添加的颗粒名称。
如快速Ni/n-SiO2电刷镀，快速铜电刷镀等。设备购置费约3.9万元。
26
适用条件：1. 补偿尺寸：理想为0.2 mm一下，最大3 mm（需多层夹 心
2.
镀）。
2. 外圆和平面镀积面积可大可小。内孔以镀笔能伸入、
镀液易流动为原则。
复合表面技术
综合运用多类、多种表面工程技术。
如：熔覆+喷涂；纳米化加工+渗扩；粘涂+电刷镀等。
纳米表面工程技术
以传统表面工程技术为基础，通过引入纳米材料、纳 米技术改善表层性能。
如：纳米电刷镀、纳米热喷涂、纳米熔覆、纳米粘涂等。
6
4. 常用表面工程技术
5. 4.1 堆焊与熔覆
熔覆材料（丝 材、粉材）
外圆刷镀层与基体结合良好旁证 41
9. 8. 便于现场施镀，便于对设备局部解体施镀。
施工要领： 1. 表面预处理要求高（净化、活化）。
2. 正确选择镀液及规范。
3. 镀后一般磨削加工或打磨
27
空军某部利用纳米电刷镀技术再制造苏-XX飞机发动机压气 机叶片，并已通过空军装备部组织的300小时台架考核和专家组 鉴定。该技术已被空军批准用于飞机发动机零部件的批量再制 造，已创造经济效益7500 万元以上。
31
用电刷镀恢复缸体曲轴轴瓦配合面
32
用电刷镀治理坦克轮盘内孔密封环配合面
33
用电刷镀治理坦克被动轴自压油档配合面
34
用电刷镀修理电机转子内孔
35
用电刷镀修复大电机轴滑动摩擦面 36
用电刷镀修复造纸机烘干筒
37
用电刷镀制备导电排银层
38
用电刷镀现场治理飞机起落架划伤 39
用电刷镀现场治理冲压机活塞杆划伤 40
分类：
1. 电弧堆焊，包括手工焊条堆焊/药芯焊丝自动堆焊/丝 材或带材埋弧堆焊等。擅长堆焊大面积、大厚度，设 备购置费约3万元。
2. 等离子弧喷焊。擅长在规则形面上制备耐热合金层， 3. 设备购置费约70万元。 3. 激光熔覆。擅长在复杂形面上制备合金层，设备购置 4. 费约100万元。
8
适用条件 ： 1. 零件磨损量大。 2. 零件服役工况恶劣。 3. 零件可焊性要好（无裂纹、不易变形、应力小）。 4. 涂层与基体冶金结合，结合强度大于500 MPa 级。 5. 能用于承受交变负荷的表面。
施工要领 ： 1. 熔覆层合金化设计（影响表面性能、可焊性及后续 加工性能） 2. 复合表面技术的运用
9
堆焊技术再制造辊类零件
堆焊是表面工程技术的一个重要分支。堆焊是一种历史悠久，而又非 常实用的技术。堆焊的显著特点是堆焊层与母体材料冶金结合，高温、重 载服役条件下剥落倾向小，而且可根据服役性能和生产条件在很宽的范围 内选择堆焊方法和堆焊材料。堆焊已广泛用于钢铁工业的轧辗、能源领域 的加氢反应器、热壁交换炉以及矿山机械和各类阀门中。堆焊不仅是一种 零件的修复、再制造手段，而且已成为诸多新品制造中不可缺少的环节。 堆焊在提高零件的使用寿命以及节能、节材方面发挥着重要作用。
超音速火焰喷涂已用于冷轧张力辊新品的复合制造和旧品的再制 造。下图中张力辊的母材是Q345B，过去辊表面镀铬，现在用超音速 火焰喷涂制备WC涂层后，使用寿命提高3～4倍，环保效果显著。
25
4.3 电刷镀