熱噴涂在軸類表面磨損修復(fù)中的應(yīng)用

呂劍

摘要：熱噴涂技術(shù)是工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域廣泛使用的再制造關(guān)鍵技術(shù)。一些工業(yè)設(shè)備和材料的使用性和壽命僅和材料的表面性能有關(guān)，若使用貴金屬進(jìn)行替 換將增大生產(chǎn)成本，造成浪費(fèi)和損失，熱噴涂技術(shù)可以強(qiáng)化金屬表面性能，可以對(duì)設(shè)備關(guān)鍵零件進(jìn)行修補(bǔ)或強(qiáng)化，提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。文章基于熱噴 涂技術(shù)基本原理和分類，并重點(diǎn)概述了火焰噴涂的分類及基本原理，通過合金粉末火焰噴涂技術(shù)在挖掘機(jī)油泵、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走減速器的傳動(dòng)軸磨損修 復(fù)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：熱噴涂技術(shù)；表面再制造；磨損修復(fù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G174.442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-9129（2017）09-273-02

Abstract：thermalsprayingtechnologyisthekeytechnologyofremanufacturingwidelyusedinindustrialtechnology.Theusabilityandlifeofsomeindustriale- quipmentandmaterialsareonlyrelatedtothesurfacepropertiesofmaterials.Ifthepreciousmetalisusedtoreplaceit，theproductioncostwillbeincreased.Be- cause of waste and loss， thermal spraying technology can enhance metal surface performance， repair or strengthen the key parts of equipment， and improve the productionefficiencyofenterprises.Thispaperisbasedonthebasicprincipleandclassificationofthermalsprayingtechnology.Theclassificationandbasicprinci- ple of flame spraying are summarized emphatically. The wear repair of propeller shaft of excavator oil pump， rotary motor and walking reducer by alloy powder flame spraying technology is introduced. Application.

Key words： thermal spraying technology； surface remanufacture； wear repair； application

引言

熱噴涂技術(shù)是廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備制造領(lǐng)域、冶金、化工、電子、航空航天領(lǐng)域的工業(yè)技術(shù)。是軸類零件表面再制造關(guān)鍵技術(shù)。通過軸類零件表 面覆蓋具有強(qiáng)度、耐磨、耐蝕的膜狀涂層達(dá)到修復(fù)磨損，強(qiáng)化金屬表面的 目的。

1 熱噴涂技術(shù)基本原理和工藝階段

熱噴涂技術(shù)是借助噴涂設(shè)備，在一定氣壓下，將被加熱的合金粉末， 以一定的速度覆蓋在基體表面，達(dá)到錨固的目的，合金粉末在機(jī)體表面形成一定強(qiáng)化涂層，對(duì)零件形成保護(hù)和加強(qiáng)的作用。如圖 1 所示，為熱噴涂技術(shù)的基本原理[1]：

圖 1 熱噴涂技術(shù)基本原理

使用熱噴涂技術(shù)進(jìn)行零件加工再制造需經(jīng)過四個(gè)階段。首先，熔化階段，在金屬粉末到達(dá)高溫區(qū)域時(shí)熱噴涂材料被加熱熔化，形成金屬熔滴； 其次，熔滴霧化，絲材端部形成的熔滴在氣流或者熱源的作用下霧化成細(xì)微熔滴向前噴射；接著，噴涂材料做加速和減速飛行。最后，金屬離子與基體表面形成沖擊，并凝固，由于基體表面相對(duì)粗糙容易使可以停留表面并發(fā)生形變，最后冷凝收縮，形成零件表面的金屬涂層。

使用熱噴涂技術(shù)進(jìn)行零件修復(fù)強(qiáng)化時(shí)，粉末金屬與基體金屬的結(jié)合方式屬于機(jī)械結(jié)合，也就是金屬材料的熔滴和零件粗糙的基體表面形成機(jī)械鍵相互嚙合。

2 熱噴涂技術(shù)主要分類和工藝特性

一般的分類方法是根據(jù)熱源燃燒法和電加熱法，然后再根據(jù)涂層材料進(jìn)行細(xì)分。燃燒法又可以分為火焰噴涂和爆炸噴涂，而火焰噴涂具體細(xì) 分為三種：粉末火焰噴涂、絲材或棒材火焰噴涂、超音速火焰噴涂。電加熱 法也可以分為電弧噴涂和等離子噴涂，而等離子噴涂又具體細(xì)分為大氣等離子噴涂、低壓等離子噴涂、感應(yīng)等離子噴涂和水穩(wěn)等離子噴涂[2]。

火焰噴涂由于噴涂成本低，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，技術(shù)使用普及率較高?；鹧?噴涂通常使用氧氣和乙炔，由于氣體產(chǎn)生的火焰具有較高流速，燃燒時(shí)產(chǎn)生的溫度較高?；鹧鎳娡考夹g(shù)應(yīng)用中可以根據(jù)氧氣和乙炔的流量比例進(jìn)行 調(diào)節(jié)，分為中性焰、碳化焰和氧化焰，比例不同的火焰產(chǎn)生燃燒產(chǎn)生的溫度 不同，中性焰乙炔過剩，具有較強(qiáng)的還原性，最高溫度能夠達(dá)到 3000 攝氏度，氧化焰具有較強(qiáng)的作用燃燒時(shí)最高溫度可達(dá) 3500 攝氏度。高溫燃燒后經(jīng)噴射設(shè)備將金屬噴涂在待加工的零件表面，能夠提高零件性能和使用壽 命幾倍甚至幾十倍，為零件提供防磁、導(dǎo)電、控隙、防腐等功能涂層。

2.1 粉末火焰噴涂技術(shù)。粉末是火焰噴涂使用的主要設(shè)備是噴槍，

氧——乙炔混合氣體通過閥門控制由噴槍端部小孔噴出。噴槍設(shè)置進(jìn)粉口，在經(jīng)高溫燃燒加熱至熔化，被高溫氣體向前推進(jìn)。該噴涂工藝的主要特點(diǎn)是色比操作簡(jiǎn)單，經(jīng)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可操作，再造成本低，耗時(shí)較少，并且 取得較高效益?？梢詰?yīng)用在機(jī)械零件做耐腐耐磨損處理。我公司對(duì)某型號(hào)

斗桿體噴涂碳化鎢，使圓筒端面獲得耐磨層，并進(jìn)行噴鎢順序調(diào)整來控制溫差，控制噴后收縮變形，加固防止收縮變形或橢園，即加防變形圈（取噴

W 孔上偏差大 0.004～0.008 間不等具體由孔大小而定） 并對(duì)防變形圈加上一層機(jī)油來減少收縮變形出模磨擦力，從而根本解決問題，工作效率和 產(chǎn)品質(zhì)量都得到很大的提升。

2.2 絲材及棒材火焰噴涂技術(shù)。該技術(shù)主要使用的涂層材料為絲材或棒材，經(jīng)過高溫火焰熔化或者霧化后噴涂到零件表面。與粉末火焰噴涂相比，主要區(qū)別在于絲材或棒材熔化 - 霧化的過程，噴涂絲材的端部經(jīng)高溫后形成熔滴，在高速氣流作用下破碎霧化，與粉末噴涂相比，該方法噴涂顆粒熔化較好，速度更高，涂層的相對(duì)強(qiáng)度和致密性較好。主要應(yīng)用在戶外情況下的施工需要。該方法經(jīng)過噴涂工藝的調(diào)整，可以實(shí)用多用原料， 可應(yīng)用在機(jī)械零件制備防護(hù)涂層。

2.3 超音速火焰噴涂技術(shù)。該技術(shù)是在粉末火焰噴涂技術(shù)上發(fā)展而來 的，使用氧氣和燃?xì)庾鳛槿剂?，在高壓的作用下，火焰的射速很高，是聲速?7 倍，噴涂顆粒的速度最高可達(dá)到 2000m/s，超音速火焰噴涂的主要優(yōu)點(diǎn)是金屬粉末的氧化率較低，在超高速作用下，原始材料的性質(zhì)變化較小。目前該技術(shù)多應(yīng)用于航空航天零部件的加工和冶金工業(yè)。

3 熱噴涂技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 材料受限小。加工部件的材料和噴涂材料受限較小，基體材料可以是金屬、陶瓷、塑料，甚至是非金屬材料木材、水泥和石膏等。熱噴涂技術(shù)使用中可對(duì)氣氛進(jìn)行調(diào)節(jié)，任何加熱過程中不升華、不降解的材料都可作為噴涂材料。并且涂層材料具有多樣性，可以混合使用，對(duì)噴涂工藝進(jìn)行再設(shè)計(jì)便可以獲得各種性能的涂層和制品，噴涂功能多樣，如耐磨、耐 蝕、抗沖擊、防磁、密封、控隙等，尤其在軸類鑄件的再制造應(yīng)用中發(fā)揮重 要作用。

3.2 工件受限小，涂層厚度范圍寬。熱噴涂技術(shù)工具操作方便，對(duì)工件 的大小沒有限制，工件、結(jié)構(gòu)件等都可以進(jìn)行噴涂。并且熱噴涂的涂層可達(dá) 0.1～2.5mm，焊層可達(dá) 0.1～8mm。技術(shù)使用范圍比較難廣。

3.3 工藝效益高。使用熱噴涂技術(shù)可以對(duì)噴涂材料和工藝進(jìn)行特殊設(shè) 計(jì)，提高構(gòu)件的性能和壽命高達(dá)幾十倍，在工業(yè)制造領(lǐng)域可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，開發(fā)具有特殊工藝的新構(gòu)件可以提高是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械的使 用者可以減少備用件庫(kù)存，削減成本，帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 熱噴涂技術(shù)的實(shí)例應(yīng)用

廣西玉柴重工有限公司為了改進(jìn)工藝方法，提高公司產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，研究熱噴涂技術(shù)多年，在長(zhǎng)期為企業(yè)服務(wù)的實(shí)踐過程中取得了許多有益經(jīng)驗(yàn)，為了提高產(chǎn)品性能，對(duì)我公司挖掘機(jī)油封漏油、失壓進(jìn)行改進(jìn)。作為挖掘機(jī)的動(dòng)力、動(dòng)作輸出主要元件：油泵、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走減速器，由于轉(zhuǎn)速高，工作環(huán)境差，油封位置容易滲進(jìn)砂塵，造成轉(zhuǎn)動(dòng)軸磨損，使油泵、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走減速器漏油、失壓。

圖 2 為轉(zhuǎn)動(dòng)軸磨損示意圖

4.1 方法選擇。修復(fù)傳動(dòng)軸目前有兩種方法：1）普通電焊熔覆軸磨損位置，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，適應(yīng)各種環(huán)境，缺點(diǎn)焊接變形大，校直 困難，熔覆量大，后續(xù)加工量大；2）激光熔覆軸磨損位置，優(yōu)點(diǎn)是熔覆層可 控，熔覆只在表面進(jìn)行，變形極小，缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，只能在室內(nèi)進(jìn)行。為 了解決油泵、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走減速器的傳動(dòng)軸磨損問題，公司采用合金粉 未火焰噴涂方式進(jìn)行修復(fù)，目前已經(jīng)裝機(jī)使用，取得很大成效。應(yīng)用合金 粉火焰噴涂技術(shù)，操作設(shè)備采用金屬粉未噴焊炬，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，適應(yīng)各種環(huán)境。合金粉未火焰噴涂熔覆只在表面進(jìn)行，工件受熱程度均不超過350℃，不改變工件的金相組織，工件原有硬度不改變。合金粉未火焰噴涂熔覆生產(chǎn)效率高，且熔覆層表面均勻，厚度可控，熔覆后加工余量少。該 技術(shù)受熱溫度小，再輔以工件旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使軸旋轉(zhuǎn)，受熱均勻，軸整體變形 極小。傳動(dòng)軸熔覆后重新磨合尺寸。圖 3 為修復(fù)圖。

4.2.2. 選擇合適的合金粉未，由于加熱溫度不能過高，需要確定合適的合金粉末熔點(diǎn)。

4.3 技術(shù)改進(jìn)的經(jīng)濟(jì)效益。按以往磨損軸類再制造是直接換新軸，而合金粉未火焰噴涂修復(fù)的制造成本是新軸的20%，成本下降80%；換新軸的采購(gòu)周期是 20 天，合金粉未火焰噴涂修復(fù)的生產(chǎn)周期是 4 天，生產(chǎn)效率提高 5 倍。

4.4 技術(shù)推廣價(jià)值。適用于所有的軸類磨損修復(fù)。并可推廣應(yīng)用于孔 類磨損修復(fù)。

4.5 驗(yàn)收結(jié)論。 傳動(dòng)軸修復(fù)后，質(zhì)量處于受控狀態(tài)。油泵、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走減速器再制造成本降低 80%。油泵、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走減速器再制造效率提高 5 倍。

5 結(jié)束語

熱噴涂技術(shù)自軸類零件的磨損修復(fù)中效果顯著，雖然已在一些企業(yè)應(yīng)用，但遠(yuǎn)未遍及，我們希望與對(duì)此項(xiàng)技術(shù)感興趣的制造企業(yè)，在更廣泛 的領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)大應(yīng)用。

圖 3 轉(zhuǎn)軸磨損修復(fù)

參考文獻(xiàn)：

[1]劉勇，賴嘯，郭晟.軸類零件再制造火焰噴涂高頻感應(yīng)熔覆復(fù)合工藝 方法研究[J].西部皮革，2017，39（12）：14.

[2]李紅峰.基于軸類零件再制造火焰噴涂高頻感應(yīng)熔覆復(fù)合工藝及裝