零件磨損修復技術及其應用介紹

蔡慶松

摘 要：對于磨損失效的機械零件進行高效的修復，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生的機理與形式，說明了金屬零件表面修復的多種方法，并介紹了新技術的特點與優勢。

關鍵詞：零件磨損；修復；技術；應用

中圖分類號：TH17 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.065

機械的運轉與使用會不可避免地出現零件的磨損和失效，為節約資源和維修成本，通過利用損壞零件的原結構和本體進行修復，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，這些零件在進行恰當的修復后不僅能夠恢復使用功能，還能保證零件繼續擁有可靠的壽命。現階段對于表面磨損的零件修復工藝十分豐富，修理人員應根據零件磨損特點、作業環境、精度要求選擇合理的修復方式，保證零件的修復質量和機械繼續使用的可靠性。

1 零件磨損產生的原因和機理

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、疲勞磨損發生概率最高。

磨料磨損主要是因為零件表面與硬質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，導致出現接觸表面輕度焊合再撕裂的現象，造成金屬零件表面較為嚴重的損耗。疲勞磨損多發生于純滾動或滾動與滑動并存的工作條件下，由于交變接觸應力的反復作用，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致摩擦副表面的微凸體產生粘著和塑性變形，因小振幅振動導致粘著點受剪切力而脫落的現象。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發生化學或電化學反應，而導致的材料損失現象。

2 零件磨損傳統修復方法

（1）機械修理法。主要是對局部磨損的零件進行機械加工的局部修理，包括鑲嵌零件、調整工作位置、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，使軸類零件恢復工作尺寸；再例如當發動機的飛輪齒圈有一側磨損嚴重時，可將齒圈拆下并調轉方向重新安裝，即可恢復正常的使用狀態。

（2）焊接修復法。利用電弧放電產生的熱量，將電焊絲與金屬表面進行熔化熔合，使局部磨損的位置實現材料的填補，機械使用中大部分的磨損零件都可以通過焊接的方式進行修復，焊接后通過機械加工能有效恢復零件尺寸、形狀及配合精度。

（3）粘接修復法。利用粘接劑將磨損部位與修補材料進行結合，粘接法的主要形式包括熱熔粘結、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境，因此只適合修補不重要位置，對于關鍵傳動部位的應用較少。

（4）電鍍修復法。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合的鍍層。電鍍修復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、機床導軌等，經電鍍修復后的零件不僅能夠恢復工作尺寸，還能夠有效提升耐磨性。

（5）熱噴涂修復法。熱噴涂修復主要是通過將粉末狀或絲狀材料加熱到熔化狀態，再利用壓縮空氣將其進一步霧化，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、高耐磨性的修復效果，因此使用十分廣泛。

3 零件磨損修復新方法

為提高零件修復質量并滿足特殊零件修復的更高要求，表面修復技術近年來也得到了全方位的提升，通過修復后再制造，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，在電刷鍍進行的同時，納米顆粒與金屬原子一起沉積到修復零件的表面，形成具有納米顆粒彌散分布特點的復合型鍍層。這種鍍層具備了普通電鍍技術簡單、均勻的優點，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，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。激光熔覆技術能夠使熔體在高溫下形成具有遠離平衡態的快速冷卻效果，以保證凝固后的材料中形成大量過飽和固溶體、介穩相甚至新相。激光熔覆技術已成為失效零部件的修復與再制造、金屬零部件的直接制造的重要基礎性技術。

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