實際應用范例請參閱以下中國機械工程師雜志文章 : L' L; B7 }- l" Y
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精密涂層技術的應用
9 T3 Y2 o: R. Z3 G- q3 e8 M$ s 范哲, I, [- z8 {5 O2 ~- ?
《安徽銅陵鐵路車輛廠，安徽銅陵244142》) Q9 G3 z2 U2 ]* `1 {, o
摘要：論述了三階段修理模式存在的主要問題，介紹了精密涂層技術在機床工業、水利工業及煤炭工業的應用，并重點介紹了精密涂層技術用于鐵道工業靜配合部位及動配合部位的實例。0 b# G! o9 Z+ X$ X+ s1 i, S
關鍵詞：修理模式；熔焊；精密涂層；& T- ~# |: u8 `5 \3 q
中圖分類號：-.++/文獻標識碼：0文章編號：#""!1!$$$（!""!）"$1""#+1"$
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【一】機械三階段修理模式存在的問題
! V5 }. B+ {- n, b' g! r6 J 20世紀以來，熔焊技術的發展，把機械修理提高到一個新的水平，由此建立了以熔焊來填補零部件的磨損和缺陷、再通過機床加工使焊件恢復到需要的尺寸、最后靠鉗工把零部件間的組裝精度修正的三階段機械修理模式。但是這種模式存在著下述主要問題：
. R; U5 v$ s8 G% o3 a! `, c) p, | （1）熔焊產生熱應力大熱應力在一定的條件下，特別是沖擊載荷增大時容易導致零部件裂紋。同時熱應力也導致零部件，特別是薄壁、細長或精密的零部件的變形，需要反復調修。雖然繁瑣耗時的熱處理可以降低熱應力，但不能徹底消除其影響。不同材質的配件還有一個可焊性問題，因此許多修理規范對焊修的零部件材質、部位等都要加以限制，甚至禁止。因而更降低了零部件的修復率。焊條材料一般都采用和零部件類似的金屬，因此，焊補后的零部件在摩擦磨損、防腐等性能上不能有所改進。% I5 @, e9 J2 q; c* K9 u& l
（2）補焊后零部件超差補焊后大多數零部件形狀尺寸變樣，加工恢復費工費時費力，而且修理工廠設備投資大，生產周期長，消耗人力多，經濟效益差。
5 M. c8 E, G8 R( p+ S （3）鉗工修配量大加工后的零部件工作面與相對應的機械工作面，都有一定的組裝精度要求。如接觸面積多少，中心偏差、平行度偏差允許多大等等，這就要靠鉗工手工鑲配修正。精密的零部件要求高超的技巧，笨重的零部件需要繁重的體力勞動。例如：在修理蒸汽機車中，為了消除機車從輪彈簧座與車架面間的間隙，補焊加工后要把幾十公斤的從輪彈簧座上上下下反復靠色檢查、砂輪磨、刮刀刮，勞動強度可想而知。
( d4 }/ m8 v8 L4 H 【二】"精密涂層技術的應用領域及應用實例$ Z4 m& R" G3 @/ i* K0 I; H
隨著技術的發展及科技的進步，一項以復合涂料為修復材料，以形狀、尺寸、組裝精度一步到位的修復工藝，代替熔焊—機床加工—鉗工鑲配三階段修復工藝的新技術已開始走上機械修理的舞臺。這一新技術簡單的說，就是在舊零件清除油垢后，以其非磨損面為基準，用形狀、尺寸與零部件斷面一樣的刮刀，把糊狀的復合涂料涂到磨損面上，將磨損部位填平補齊，略留余量。然后把涂有脫模劑，按產品標準設計制造的模板（批量生產時）或修好的對磨件（單件修理時）壓到磨損件的涂料上。依照基準調整到位，擠掉多余的涂料，在一定的溫度下，經過相應的時間，涂料固化與磨損件結合為一體。卸下模板或對磨件，一個針對具體零件設計的以高性能復合材料為工作面、并保證強度的高精度修復件就完成了。這一新技術在不同部門，有不同的名稱，我們統稱之為精密涂層技術。【以下一節介紹精密涂層在各工業部門的使用情況，早已過時，大部已刪去】。……..水利工業在水輪機、水泵等水力設備和管道上應用防腐耐磨精密涂層，既解決了水輪機葉片焊修中的變形問題和加工問題，又節約了大量不銹鋼焊條，設備質量大幅度提高
3 t8 y! \" N0 F. }' `3 O3 I 。煤炭工業每年腐蝕、磨損待修的支柱液壓缸，僅單體液壓支柱一種，即達數十萬臺，堆積如山，這一直是煤礦系統一項重大的技術、經濟難題。過去曾采用涂層方法修復，但由于涂層剝離，修復后的支柱僅能使用半年，即一個檢修期，因而又被昂貴的不銹缸套壓裝工藝所取代。不久前，在鐵路系統的幫助下，一種按照抗腐蝕、抗滲透、抗水解、抗磨損等性能要求專門設計的復合涂料，以及按照尺寸公差一步到位，不再需要珩磨的精密涂層工藝和高效率裝備脫穎而出。用其技術和設備修復的液壓支柱，通過半年井下試驗無剝離，狀態良好，可以繼續使用到第二、甚至第三個檢修期，而且新涂料又適用于局部缺陷的就地修補。可以預計，精密涂層技術進入液壓支柱及各種機械液壓缸修理領域的日子已經不遠。1 w# E( B$ N$ J) O5 T% e7 m& G3 \2 y$ R
鐵道工業在蒸汽機車機械設備的修理上，曾成功地進行了比較系統的精密涂層技術研究和應用試驗。（!）靜配合部位+ V; r6 o- E: l& n
例!蒸汽機車雙軸導輪轉向架的左、右矩型橫梁與構架的矩型槽鑲合，用螺栓緊固成一體。要求梁與槽的三個鑲嵌面都要接觸良好。左右橫梁的位置，要調整到與軸箱連接孔相互平行，軸距正確。由于長年運行顛簸變形，造成結構松動，轉向架構架結合螺栓慣性折斷。用傳統工藝修復，需要大面積補焊，而薄壁鑄鋼構架形狀復雜，焊后變形大，調修困難，還需要大型龍門刨加工，且各孔堵焊后要重新平臺畫線、鉆孔、鉸孔、重配螺栓。而采用精密涂層技術修復時，只需將調修好的橫梁涂上脫模劑，放入填有涂料的構架槽內，按要求調整到位，清理掉擠出來多余的涂料，等固化后即可投入下一工序。調整時涂層尚在漿糊狀態，組裝精度幾乎可以做到隨心所欲，幾個面一次完成，接觸面同時達到近!""#。其組裝精度、工作效率、效益之高，遠非電焊$機床加工$鉗工鑲配的三階段模式修理技術所能比擬。再者，涂層薄膜在結合面間，還可以起到類似新一代客車轉向架彈性定位器的作用，削弱沖擊和震動的危害。而且進一步避免了金屬接觸面銹死的問題。德國在用粘結劑代替壓裝車輪和輪軸的試驗中，曾發現由于薄薄的一層粘結劑的彈性，輪緣磨損明顯降低，由此更可以證明彈性結構的優越性。精密涂層修復后的轉向架經過一個檢修期的運用，狀態不變，保證了繼續運行。可見，如果采用精密涂層技術來修理數以萬計的現有車輛，以提高其性能，滿足提速增載的需要，比設計制造新車要及時、現實得多。例％機車閥動裝置各傳動桿的兩叉部，靠錐度螺栓保持一定的距離。為此，錐度螺栓與兩叉部的錐度孔的接觸，必須同時達到50%以上，并留有!''以上的緊余量。常規修理時要先鉸孔，錐度螺栓全部更新，按鉸孔后的尺寸現配，對號入座，再由鉗工反復刮研到位，工序多，周期長。采用精密涂層技術修復時，舊的錐度螺栓可以成批修正儲備，孔的錐度也無需嚴格控制，并可保證接觸面達到90%以上。8 r: j! ]+ t+ M6 Q7 o
（2）動配合部位& Z! G7 u- W3 X# @5 f
例1，一般滑動摩擦副，如表面滲碳淬火的機車月牙板和高頻淬火的高碳鋼滑塊摩擦副，工作壓力為1.5MPa，往復頻率為5/秒，線速度約10M/分。磨損后，舊滑塊大部分報廢。若使月牙板與滑塊備品和新造時一樣，必須靠昂貴的滲碳和高頻淬火設備，并要專用磨床修配，工序多，周期長，半成品儲備量大。采用精密涂層技術和專用涂層工裝（小量修復時可以利用月牙板本身做模板）后，舊滑塊不要求淬火就完全可以利用，而且月牙板由于涂層的保護，磨損極小，至少可以保證一個檢修期間不需要磨修，為全國機務段節約了設備投資。最受歡迎的是，涂層滑塊解決了月牙板拉傷的慣性事故問題。
4 }' V* H' p) C7 J 可焊性差和不可焊的工件如高碳鋼、鋁、銅、陶瓷件等，也可用精密涂層技術修復。
! S( r- p9 t8 G$ I 例2.。重載低速、往復運動摩擦副，如機車動輪軸箱和平斜鐵，游動板摩擦副，工作壓力)
& h# z' a( q5 j 50噸平均7MPa,往復運動。六個機務段參與了精密涂層試點，其中有代表嚴寒地區的哈爾濱段，代表濕熱地區的永安段。在!!臺機車上，裝100塊左右涂層游動板，各進行了10萬公里左右的試驗。結果涂層的游動板及其對磨的軸箱工作面均光潔如初，無啃傷。有的軸箱工作面甚至還留有加工時的刀花。而未涂層的游動板或平斜鐵及其對磨的軸箱工作面則嚴重拉傷。至于在缺油的情況下，有無涂層的差別更為明顯。6 a7 e! k& B y; M! K) A% P8 i
例3 ，重載低速，旋轉運動摩擦副，如橡膠廠煉膠機的軋輥軸承，材質原設計為青銅，用多個穩釘固定在軸箱體上，以免在輥碾力下松動。其工作軸壓為44t軸頸為250x200。在采用精密涂層技術修理時不用 銅瓦，直接在軸箱體上涂層，也無需穩釘。經過4個月雙班運行后檢查，幾乎無磨損。繼續試驗中，由于連續1天忘了給油而燒損（如果用青銅軸承，缺油幾小時就燒了），但涂層在軸箱上粘合牢固，直至燒損也未轉動。如果把類似的技術應用在煤礦的采煤機上，代替進口的特薄型滾動軸承，不僅可以節約數以萬計的美元外匯，而且可以使采煤機設計得更輕，體積更小。
. J! A# B; ^* g9 n* ] 當前，一般涂層材料尚不兼備耐高溫的性能，導熱性也較低，因此一時還不能直接滿足高速重載摩擦副的需要。必要時可以采取一些散熱、導熱措施，如加大給油量，涂層中鑲嵌銅鋼網等。( ~3 {! b, H- |( T- I, `' [/ I
離心式給水泵平衡輪，材料是昂貴的特殊鑄銅，每分鐘轉數上千，由于在高速下承受很大的沖擊力，一般壽命僅半年，有的幾天就啃傷報廢。采用精密涂層技術不僅可以修復使用，壽命還提高3 倍。機車上很多限制部件橫動量的工作面，如焊后慣性裂紋的搖桿側面，動輪組裝狀態下不許補焊的曲拐銷轂面等，雖然摩擦速度高，但是載荷是間歇性的，熱容易散發，都可以用精密涂層技術來解決，而且摩擦磨損性能會更好。相信隨著復合材料，例如納米級復合材料的發展，涂層材料的耐高溫性能和其他性能也會愈來愈高。
1 d* o2 F8 W! w7 W6 M4 Y 【三】精密涂層技術的優點
/ ?9 A% p6 W# M& `! u （1）在簡化甚至無需機床加工、鉗工鑲配的條件下獲得機床加工、鉗工鑲配難以達到的機械精度。減少加工設備，減少昂貴的專用設備的投資。笨重工件可以就地修復，減少繁重的拆裝、往返搬運和等待加工的時間。; G. A! u) N* y o8 u5 ?1 G. @
（2）精密涂層后，零部件不僅能達到而是遠遠超越原來的摩擦磨損性能。從而降低或消滅機械拉傷、燒損、機床爬行、能源及油脂消耗。保護對磨件少磨損，減少摩擦副的修換率，保證操作輕松靈活。
* X$ t, @$ z1 w# J （3）沒有焊接的熱應力、熱變形、熱裂紋和可焊性差等問題，解決了鋁、生鐵、高碳鋼、塑料及薄壁結構形狀復雜零部件難焊、不準焊、不能焊的問題。
/ r/ s9 U8 _' p: l. s$ }* a, x （4）減少單件修復修配的范圍，對修換率高的零件，實現批量修復。# ~) W2 r& D# t4 ?1 x- X2 M
（5）由于精密涂層技術與現代合成材料接軌，把原來的金屬與金屬的接觸面，改革為金屬與合成材料的接觸面。因此，對靜配合面來說，可以大大提高整個結構的抗震、抗沖擊能力。對動配合面來說，可以明顯的提高其各種摩擦磨損及耐銹蝕、抗酸堿等物理性能。從而創造出高于原制造時的新水平。
. C% |( V) w3 m8 T （編輯畢勝）
( K" c- V# \ w' p# O0 p6 j 作者簡介：范哲（1920），男，高級工程師，研究方向：復合材料及其
/ T" Q8 h5 u+ g 精密涂層技術。+ u" R9 i" I; e; j, @
收稿日期：2001-11-13
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樓主: zhef84
發表于 2013-3-22 17:00:54
