产品再制造中常用表面技术讲义

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1、1刘世参刘世参产品再制造中常用表面技术产品再制造中常用表面技术再制造技术重点实验室再制造技术重点实验室23(3) 和制造新品相比，再制造产品的成本低于和制造新品相比，再制造产品的成本低于50%，节能节能60%,节材节材70%，对环境的不利影响低于，对环境的不利影响低于80%。在拉动经济增长、安排就业以及企业增效等方面发在拉动经济增长、安排就业以及企业增效等方面发挥着重要作用。挥着重要作用。(4) 中国再制造的特色在于积极开发表面技术、攻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。对循环经济

2、的贡献更大。(5) 发展再制造产业，不仅写入了发展再制造产业，不仅写入了中华人民共和中华人民共和国循环经济促进法国循环经济促进法，而且列入了，而且列入了“十二五十二五”规划规划纲要，还被国家选定为战略性新兴产业。纲要，还被国家选定为战略性新兴产业。42 . 表面工程在产品再制造中的地位作用表面工程在产品再制造中的地位作用整机寿命的整机寿命的“短板短板”是部分损伤的零件；是部分损伤的零件；损伤零件的损伤零件的“短板短板”是个别失效的表面；是个别失效的表面；表面常见失效形式：磨损、腐蚀；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对零件表面失效的治理，在整机再制造中工

3、作量最 大、而且对整机性能以及寿命的影响最为关键；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工程的功能是：恢复尺寸、恢复表面性能或改善 表面性能。表面性能。木桶效应木桶效应53. 表面工程技术体系表面工程技术体系改变基质材料成分，达到改善性能的目的，不附加膜层。改变基质材料成分，达到改善性能的目的，不附加膜层。表面工程技术体系表面改性表面改性表面处理表面处理表面涂覆表面涂覆复合表面技术复合表面技术纳米表面工程技术纳米表面工程技术不改变表面材质成分，只改变基质材料的组织结构及应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

4、，不附加膜层。力，达到改善性能的目的，不附加膜层。如：离子注入、化学热处理等。如：离子注入、化学热处理等。如：表面淬火、表面变形处理、表面纳米化加工等。如：表面淬火、表面变形处理、表面纳米化加工等。在基质材料表面上制备涂覆层，涂覆层的材料成分、组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。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、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。粘涂、涂装等。综合运用多类、多种表面工程技术。综合运用多类、多种表面工程技术。如：熔覆如：熔覆+喷涂；纳米化加工喷涂；纳米化加工+渗扩；

5、粘涂渗扩；粘涂+电刷镀等。电刷镀等。以传统表面工程技术为基础，通过引入纳米材料、纳米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。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。如：纳米电刷镀、纳米热喷涂、纳米熔覆、纳米粘涂等。64. 常用表面工程技术常用表面工程技术5. 4.1 堆焊与熔覆堆焊与熔覆7母母 材材fB熔覆材料（丝熔覆材料（丝材、粉材）材、粉材）热源热源电弧；等离电弧；等离子弧；激光束；电阻子弧；激光束；电阻丝等丝等熔覆层截面熔覆层截面熔覆金属的面积熔覆金属的面积f f；母材熔化区面积母材熔化区面积 B B稀释率稀释率原原 理理 ： 在某种

6、热源作用下，使熔覆材料和母材熔化，构成在某种热源作用下，使熔覆材料和母材熔化，构成 合金化熔池，经冷却结晶形成覆层。合金化熔池，经冷却结晶形成覆层。 B大于零，称为堆焊，大于零，称为堆焊， B趋于零，称为熔覆。趋于零，称为熔覆。 稀释率反映熔覆材料的合金成分被母材的冲淡情况。稀释率反映熔覆材料的合金成分被母材的冲淡情况。1. 电弧堆焊，包括手工焊条堆焊电弧堆焊，包括手工焊条堆焊/药芯焊丝自动堆焊药芯焊丝自动堆焊/丝丝材或带材埋弧堆焊等。擅长堆焊大面积、大厚度，设材或带材埋弧堆焊等。擅长堆焊大面积、大厚度，设备购置费约备购置费约3万元。万元。2. 等离子弧喷焊。擅长在规则形面上制备耐热合金层，等

7、离子弧喷焊。擅长在规则形面上制备耐热合金层，3. 设备购置费约设备购置费约70万元。万元。3. 激光熔覆。擅长在复杂形面上制备合金层，设备购置激光熔覆。擅长在复杂形面上制备合金层，设备购置4. 费约费约100万元。万元。分分 类类 ：8适用条件适用条件 ：1. 零件磨损量大。零件磨损量大。2. 零件服役工况恶劣。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）。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，结合强度大于涂层与基体冶金结合，结合强度大于500 MPa 级。级。5. 能用于承受交变负荷的表面。能用于承受交变负荷的表面。施工要领施工要领 ：

8、1. 熔覆层合金化设计（影响表面性能、可焊性及后续熔覆层合金化设计（影响表面性能、可焊性及后续 加工性能）加工性能）2. 复合表面技术的运用复合表面技术的运用9堆焊后的立磨磨辊堆焊后的立磨磨辊立磨磨辊辊面堆焊现场立磨磨辊辊面堆焊现场10堆焊后的连铸辊堆焊后的连铸辊装配后的装配后的连铸辊连铸辊11大型阀门密封面大型阀门密封面 等离子喷焊机等离子喷焊机 锥面喷焊锥面喷焊大型柴油机气阀密封面喷焊大型柴油机气阀密封面喷焊电站高压闸阀电站高压闸阀 密封面喷焊密封面喷焊13用激光仿形熔覆技术恢复转用激光仿形熔覆技术恢复转子的尺寸及表面性能子的尺寸及表面性能 石化设备中的螺杆压缩机阴石化设备中的螺杆压缩机阴

9、阳转子发生大面积擦伤阳转子发生大面积擦伤 再制造后的螺杆压缩机转子副再制造后的螺杆压缩机转子副 激光熔覆再制造截齿激光熔覆再制造截齿激光熔覆不锈钢立柱激光熔覆不锈钢立柱激光强化刮板机中部槽激光强化刮板机中部槽1415二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 4.2 热喷涂热喷涂气体气体热喷涂技术原理示意热喷涂技术原理示意16 高速电弧丝材喷涂高速电弧丝材喷涂。温度。温度5 0006 000 ，粒速，粒速100 300 ms-1，擅长制备常用合金涂，擅长制备常用合金涂 层，设备购置费约层，设备购置费约 3.5 万元万元。 等离子弧粉末

10、喷涂等离子弧粉末喷涂。温度。温度10 00015 000 ，粒速，粒速100 400 ms-1，擅长制备陶瓷涂层，设备购置费约，擅长制备陶瓷涂层，设备购置费约 89 万元万元。 超音速燃气粉末喷涂超音速燃气粉末喷涂。温度。温度3 100 ，粒速，粒速300500 ms-1，擅长制备金属陶瓷，如，擅长制备金属陶瓷，如 WC/Co 涂层涂层，设备购，设备购 置费约置费约 100 万元。万元。适用条件：适用条件：1. 补偿尺寸一般为补偿尺寸一般为12 mm，最大可达，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

11、率，沉积效率110 kg/n。3. 基体温度低于基体温度低于300 ，工件不易变形。，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。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，辅助涂层与基体结合机理以机械咬合为主，辅助 扩散结合、物理结合，结合强度扩散结合、物理结合，结合强度3090 MPa级级。6. 常用于零件上与滚动轴承内、外圈配合的表面，常用于零件上与滚动轴承内、外圈配合的表面， 密密封件配合表面，滑动摩擦面，不宜用于受交变负荷封件配合表面，滑动摩擦面，不宜用于受交变负荷的表面。的表面。施工要领：施工要领： 1. 表面预处理（净化、粗

12、化）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喷涂材料选择及喷涂工艺参数优化181920高速电弧喷涂箱体自动化操作高速电弧喷涂箱体自动化操作新建造油污水监测处理船新建造油污水监测处理船电弧喷涂电弧喷涂666666猎潜艇长效防腐猎潜艇长效防腐用高速电弧喷涂制备舰船防腐涂层用高速电弧喷涂制备舰船防腐涂层2122用高速电弧喷涂制备舰船甲板防滑涂层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对活塞顶部和排气管用等离子喷涂制备隔热涂层层25电刷镀原理电刷镀原理4.3 电刷镀电刷镀26适用条件：适用条件：1. 补偿尺寸：理想为补偿尺寸：理想为0.2 m

13、m一下，最大一下，最大3 mm（需多层夹（需多层夹 心心2. 镀）。镀）。2. 外圆和平面镀积面积可大可小。内孔以镀笔能伸入、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。镀液易流动为原则。3. 镀积尺寸便于控制，如快速镍沉积率镀积尺寸便于控制，如快速镍沉积率0.510 m /min，4. 设备上有安培小时计。设备上有安培小时计。4. 基体温度常温态，零件不变形。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，结合强度镀层与基体属外延式联生结晶，结合强度300 MP

14、a级。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。面、花键侧面等，不宜用于受交变负荷的表面。9. 8. 便于现场施镀，便于对设备局部解体施镀。便于现场施镀，便于对设备局部解体施镀。施工要领：施工要领： 1. 表面预处理要求高（净化、活化）。表面预处理要求高（净化、活化）。 2. 正确选择镀液及规范。正确选择镀液及规范。 3. 镀后一般磨削加工或打磨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飞机发动机压气飞机发动机压气机叶片，并

15、已通过空军装备部组织的机叶片，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，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，已创造经济效益已创造经济效益7500 万元以上。万元以上。 2829 在自动化专机上应用电刷镀技术再制造发动机连杆，镀层厚度0.15 mm，一次刷镀46件。耗材是零件本体重量的2%，费用是该零件新品价格的1/10。303132333435363738394041镀层镀层 过度区过度区( (磨痕磨痕) ) 基体基体( (铸铁铸铁) ) 镀层镀层 过度区过度区( (磨痕磨痕) ) 基体基体( (铸铁铸铁) ) 缸孔偏磨 磨痕放大图 内孔电刷镀层与基体结合良好旁证42434445谢 谢 ！