修復(fù)和改造廢舊機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)，又稱為再制造工程，是廢舊裝備高技術(shù)修復(fù)、改造升級(jí)的產(chǎn)業(yè)化。裝備再制造已成為國(guó)家大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的核心內(nèi)容之一。國(guó)外將再制造產(chǎn)業(yè)稱為“朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”。
熱噴涂修復(fù)和改造以“尺寸恢復(fù)和性能提升”為特色，具有噴涂材料廣泛、基體形狀與尺寸不受制約、涂層厚度容易控制、工藝操作簡(jiǎn)單、基體受熱影響小、能賦予零件表面特殊性能等特點(diǎn)，已經(jīng)作為一種再制造修復(fù)成形技術(shù)在國(guó)防工業(yè)、印刷、航空航天、石油化工、礦山機(jī)械、電力等領(lǐng)域得到廣泛重視和應(yīng)用.
Ⅰ基于等離子噴涂技術(shù)的再制造
等離子噴涂技術(shù)始于上世紀(jì)50年代末期，是利用等離子弧對(duì)噴涂材料進(jìn)行加熱、加速，形成涂層的工藝方法，是熱噴涂技術(shù)中熱源溫度高、能量集中的工藝方法，具有焰流溫度高、射流速度快的特點(diǎn)，理論上可以噴涂所有具有物理熔點(diǎn)的材料。等離子噴涂技術(shù)多用于解決航空、航天領(lǐng)域等高溫部件的修復(fù)再制造。基于以上技術(shù)工藝的發(fā)展，等離子噴涂技術(shù)不但更多的應(yīng)用于金屬零部件表面抗常溫腐蝕、沖蝕、磨損的再制造，而且在新型熱障涂層、固體氧化物燃料電池、人工關(guān)節(jié)涂層、半導(dǎo)體絕緣涂層等領(lǐng)域也有著極大的應(yīng)用前景[6、7]。
1、用于重載履帶車(chē)輛薄壁零部件的再制造
重載履帶車(chē)輛傳動(dòng)、行動(dòng)和操縱部分表面損傷的零件中有許多薄壁零件，約占60％，這類(lèi)薄壁零件的內(nèi)表面通常都承受磨料磨損。例如，主離合器總成中的壓縮輪盤(pán)的內(nèi)表面，與耐磨鑄鐵制造的2個(gè)密封環(huán)相配合，服役時(shí)，重載履帶車(chē)輛揚(yáng)起的灰塵、砂土等侵入該部位而形成SiO2沙粒的磨料磨損。上世紀(jì)70、80年代國(guó)內(nèi)應(yīng)用普通等離子噴涂技術(shù)修復(fù)重載履帶車(chē)輛的薄壁零件，選用鎳包鋁作噴涂底層材料，面層材料主要以鐵基、鎳基合金為主。對(duì)經(jīng)等離子噴涂修復(fù)的重載履帶車(chē)輛的薄壁零件，分兩批共6輛車(chē)進(jìn)行了裝車(chē)考核試驗(yàn)。結(jié)果表明，對(duì)于密封環(huán)配合表面，噴涂修復(fù)層比新品的耐磨性能提高了2.13倍；對(duì)于自壓油擋配合表面，噴涂層的耐磨性比新品提高7.34倍。報(bào)廢零件經(jīng)過(guò)等離子噴涂處理，不僅恢復(fù)了尺寸，而且延長(zhǎng)了使用壽命。
2、重載車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)活塞裙部的再制造
活塞裙部是活塞組的重要組成部分，它主要起導(dǎo)向、傳熱作用，并承受來(lái)自曲柄連桿機(jī)構(gòu)的側(cè)向推力。鋁合金活塞在使用過(guò)程中，因活塞與缸套的非正常配合運(yùn)動(dòng)，致使活塞裙部產(chǎn)生劃傷、磨損，進(jìn)而影響缸套的壽命。
針對(duì)活塞的工況和磨損形式，考慮到基體材質(zhì)采用超音速等離子噴涂AlSi＋Ni/Al復(fù)合涂層對(duì)活塞裙部進(jìn)行修復(fù)強(qiáng)化。涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度大于55MPa，顯微硬度比基體提高2倍以上，經(jīng)過(guò)1100h的臺(tái)架考核試驗(yàn)，得到了活塞裙部的耐磨損性能比基體提高1倍以上，實(shí)現(xiàn)了活塞裙部再制造。
3、印刷機(jī)械網(wǎng)紋輥的再制造
雕刻網(wǎng)紋輥通常應(yīng)用在柔性印刷、凹版印刷、高品質(zhì)的涂布及層壓復(fù)合機(jī)械上。傳統(tǒng)加工基材一般選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼管，鋼管的壁厚為7～1mm。輥體結(jié)構(gòu)均采用帶軸輥體形式，即用法蘭盤(pán)和芯軸與鋼管連接在一起。通過(guò)在金屬基輥體表面電鍍銅或電鍍鉻處理后，電刻蝕網(wǎng)紋（著墨孔）。在印刷過(guò)程中，刮墨刀的作用會(huì)對(duì)網(wǎng)紋輥產(chǎn)生一定的磨損，使著墨孔的開(kāi)口度逐漸變小，同時(shí)深度逐漸變淺，網(wǎng)紋輥的傳墨性下降。
針對(duì)網(wǎng)紋輥表面高耐磨性的要求，可采用等離子噴涂陶瓷涂層(如Cr2O3、Al2O3涂層)修復(fù)傳統(tǒng)鍍鉻失效輥，然后用激光雕刻制成陶瓷網(wǎng)紋輥。采用等離子噴涂技術(shù)再制造后的陶瓷網(wǎng)紋輥硬度高（1100～1300HV），在耐磨損、耐腐蝕、親水性能方面都有大幅度提升，印刷圖像清晰、逼真。
4、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件的再制造
隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與性能提升，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度也逐步升高。目前先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)出口溫度已達(dá)到650℃，燃燒室及加力燃燒室的工作溫度接近2000℃，渦輪進(jìn)口溫度達(dá)到1650～1750℃。這些部位的零件多采用鈦合金、鎳合金等材料制造，承受的溫度有限，往往因高溫疲勞而失效。研究表明，通過(guò)調(diào)整基體材料的方法提高零部件的使用溫度已經(jīng)很難有所突破。
熱障涂層是航空、航天領(lǐng)域應(yīng)用比較成熟的一項(xiàng)強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)，它是通過(guò)采用等離子噴涂技術(shù)在高溫合金基體表面制備氧化物陶瓷涂層，通過(guò)陶瓷涂層的隔熱作用，實(shí)現(xiàn)了航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件使用溫度（耐溫性能）的提升。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、尾翼噴管采用等離子噴涂技術(shù)制備MCrAlY－Y2O3/ZrO2雙層結(jié)構(gòu)熱障涂層修復(fù)后，零件的隔熱性能比基體提高了50～100℃。
Ⅱ基于高速火焰噴涂（HVOF／HVAF）技術(shù)的再制造
２１世紀(jì)以來(lái)，采用空氣助燃的大氣超音速火焰噴涂系統(tǒng)（HVAF）出現(xiàn)，其焰流溫度較低（1400～1600℃）、粒子速度更快（700～800m/s），在制備Cu基、Al基等易氧化材料涂層及其WC－Co、NiCr－Cr3C2等金屬陶瓷涂層方面顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
超音速火焰噴涂具有粒子速度快，結(jié)合強(qiáng)度高，涂層內(nèi)部為壓應(yīng)力，可以厚成形（幾個(gè)毫米）的特點(diǎn)，超音速火焰噴涂技術(shù)適用于各類(lèi)大型磨損失效軸、輥的再制造，可廣泛應(yīng)用于航空航天、鋼鐵冶金、石油化工、造紙及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域損傷部件的再制造。
1、鋼鐵冶金輥類(lèi)部件的再制造
鋼鐵冶金領(lǐng)域熱鍍鋅槽中的沉沒(méi)輥、穩(wěn)定輥，經(jīng)受?chē)?yán)重的熔融鋅液腐蝕，使用壽命較短。一般工作1～2周，因輥面腐蝕而產(chǎn)生嚴(yán)重的粘鋅渣現(xiàn)象，在鍍鋅過(guò)程中對(duì)鋼板產(chǎn)生劃傷，影響鍍鋅板質(zhì)量。對(duì)鍍鋅工作輥傳統(tǒng)的修復(fù)方法是采用車(chē)削減小尺寸修復(fù)法，重新獲得好的輥面狀態(tài)。但經(jīng)幾次加工后，整個(gè)輥體因超差而報(bào)廢。
采用超音速火焰噴涂技術(shù)，在沉沒(méi)輥、穩(wěn)定輥上制備80～120μm的WC－12Co涂層，再加上后期的封孔處理。結(jié)果表明，涂層孔隙率小于1％，硬度在1000～1100HV之間，具有優(yōu)異的抗粘鋅、耐磨損性能，再制造后輥?zhàn)拥氖褂脡勖鼜脑瓉?lái)的2周提高到7～9周，效果顯著。
2、航空航天起落架等部件的再制造
飛機(jī)起落架因在飛機(jī)起落階段承受?chē)?yán)重的沖擊和磨損，通常是在起落架表面鍍硬鉻層，由于鍍鉻層的硬度有限，使起落架的壽命很難滿足要求，報(bào)廢嚴(yán)重。針對(duì)起落架的實(shí)際工況，目前國(guó)外多采用超音速火焰噴涂技術(shù)來(lái)修復(fù)強(qiáng)化起落架。噴涂材料選用WC－Co、WC－CoCr金屬陶瓷，修復(fù)后涂層的硬度比原鍍鉻層高出50％。
3、造紙行業(yè)工作輥的再制造
造紙行業(yè)的工作輥，對(duì)輥面的表面粗糙度有較高要求，目前需每隔半個(gè)月到4個(gè)月精磨一次。由于表面耐磨性不高，輥?zhàn)拥氖褂弥芷诤蛪勖艿捷^大影響。對(duì)嚴(yán)重磨損的工作輥，采用HVOF在輥體表面制備150μm的WC－Co涂層，涂層孔隙率低于0.5％，硬度比基體材料提高5～6倍，大幅度降低了工作輥的維護(hù)成本。
4、石油化工球閥、柱塞等零件的再制造
在石油化工領(lǐng)域，許多球閥、柱塞等零件尺寸大、磨損嚴(yán)重，使用壽命較短。例如，工作溫度在540℃，壓力高達(dá)140MPa的含有腐蝕性砂漿的管線中的金屬座球閥，球閥材質(zhì)一般為316或304不銹鋼，經(jīng)高壓砂漿沖刷后，磨損非常嚴(yán)重。嚴(yán)重影響了閥門(mén)正常通斷功能，有時(shí)使用幾周就因磨損需要更換。對(duì)這一類(lèi)球閥零件，采用超音速火焰噴涂WC－Co涂層對(duì)其進(jìn)行尺寸修復(fù)再制造。涂層硬度可達(dá)1200—1300HV，耐磨粒磨損和沖蝕磨損性能比基體提高3～5倍。
Ⅲ 基于高速電弧噴涂技術(shù)的再制造
近年來(lái)新型噴涂槍和逆變噴涂電源的不斷研發(fā)，使該技術(shù)工藝穩(wěn)定可靠。噴涂材料也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，可選材料范圍廣泛。高溫電弧噴涂具有效率高、成本低，涂層厚度大、零件尺寸用量少，應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)。高速電弧噴涂技術(shù)可以賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。在恢復(fù)零部件產(chǎn)品的磨損、腐蝕失效尺寸的同時(shí)，可有效提升產(chǎn)品的表面性能。目前，電弧噴涂技術(shù)已在裝備發(fā)動(dòng)機(jī)、石油化工、礦山機(jī)械和電力行業(yè)傳動(dòng)部件及結(jié)構(gòu)件的修復(fù)與再制造等方面得到了一定的應(yīng)用，效果顯著。
1、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的再制造
重載裝備車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體主軸承座孔在使用中長(zhǎng)期承受交變應(yīng)力及瞬間沖擊，變形嚴(yán)重，而且表面產(chǎn)生腐蝕和磨損，造成尺寸超差和劃傷。采用電弧噴涂不銹鋼涂層的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，涂層耐蝕性較好，但硬度較高不利于后續(xù)加工，且涂層易產(chǎn)生裂紋，使用中存在隱患，不能滿足再制造產(chǎn)品的可靠性要求。使用自動(dòng)化高速電弧噴涂技術(shù)制備不銹鋼＋低熔點(diǎn)合金的偽合金復(fù)合涂層，防腐耐磨效果好，而且涂層殘余應(yīng)力較低、硬度可控，后加工方便，經(jīng)考核，該再制造產(chǎn)品獲得了較好的應(yīng)用效果。
2、石油化工鉆機(jī)設(shè)備零部件的再制造
石油鉆機(jī)等設(shè)備中一些大功率曲軸以及各類(lèi)泵柱塞經(jīng)常發(fā)生磨損失效，損失嚴(yán)重。研究表明，采用高速電弧噴涂修復(fù)再制造柱塞，使用壽命是原先表面淬火柱塞的1倍以上，且成本低于噴焊鎳基合金。對(duì)于一些大直徑柱塞，噴焊對(duì)工件會(huì)產(chǎn)生變形，無(wú)法使用噴焊修復(fù)。而用高速電弧噴涂再制造一個(gè)12噸左右的柱塞，并對(duì)涂層作封孔處理，其再制造產(chǎn)品使用性能優(yōu)于新的柱塞，而成本只有新柱塞的1/4。
3、礦山機(jī)械關(guān)鍵部件的再制造
油壓機(jī)或水壓機(jī)是礦山機(jī)械中的重要裝備，由于重復(fù)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞零件易造成大面積劃傷，以致無(wú)法正常工作。更換新柱塞成本較高，損失巨大。 采用高速電弧噴涂“鎳鉻”復(fù)合涂層體系或其它耐磨損涂層技術(shù)，可以修復(fù)磨損的柱塞。
例如，某型500噸的油壓機(jī)，柱塞重約1.4噸，因軸向劃痕損傷嚴(yán)重，劃痕深度約0.2～0.8mm，造成漏油。據(jù)統(tǒng)計(jì)更換一根新柱塞約需4萬(wàn)元，而對(duì)損壞的柱塞進(jìn)行噴涂處理成本僅為1000元左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
4、電力行業(yè)的結(jié)構(gòu)件再制造
電廠鍋爐管道和葉輪片等零部件都因磨損、沖蝕、腐蝕等原因失效，損壞、維修率高。采用高速電弧噴涂技術(shù)制備45CT、SL30、FeAl金屬間化合物耐高溫腐蝕和耐磨的復(fù)合涂層，對(duì)損傷工件進(jìn)行修復(fù)再制造。結(jié)果表明，使用FeAl/Cr3C2新型噴涂絲材，采用自動(dòng)化高速電弧噴涂技術(shù)制備了具有優(yōu)異抗熱腐蝕與沖蝕性能的復(fù)合涂層，涂層中生成的新型Fe3Al和FeAl金屬間化合物抗高溫?zé)岣g性能優(yōu)異，Cr3C2顆粒彌散分布于涂層中，起到了硬質(zhì)相的抗沖蝕強(qiáng)化效果。
應(yīng)用該技術(shù)對(duì)火電廠鍋爐高溫省煤器等管道進(jìn)行了噴涂施工，結(jié)果表明，涂層的抗高溫腐蝕與沖蝕性能是工業(yè)高溫用20鋼的2倍以上，降低了電廠維護(hù)的成本，有效避免了爆管等故事的發(fā)生，并使資源得以二次利用。
除了上述三種熱噴涂技術(shù)之外，其他熱噴涂技術(shù)如普通火焰噴涂技術(shù)、燃?xì)獗▏娡考夹g(shù)、電熱爆炸噴涂技術(shù)等在再制造領(lǐng)域也得到一定的研究和應(yīng)用。修復(fù)和改造廢舊機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)，又稱為再制造工程，是廢舊裝備高技術(shù)修復(fù)、改造升級(jí)的產(chǎn)業(yè)化。裝備再制造已成為國(guó)家大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的核心內(nèi)容之一。國(guó)外將再制造產(chǎn)業(yè)稱為“朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”。
熱噴涂修復(fù)和改造以“尺寸恢復(fù)和性能提升”為特色，具有噴涂材料廣泛、基體形狀與尺寸不受條件、涂層厚度容易控制、工藝操作簡(jiǎn)單、基體受熱影響小、能賦予零件表面特殊性能等特點(diǎn)，已經(jīng)作為一種再制造修復(fù)成形技術(shù)在國(guó)防工業(yè)、印刷、航空航天、石油化工、礦山機(jī)械、電力等領(lǐng)域得到廣泛重視和應(yīng)用.