实际应用范例请参阅以下中国机械工程师杂志文章 0 m$ p) @. ~) e+ E ~6 A
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精密涂层技术的应用4 n& W3 k) H1 `' i
范哲
6 n2 d% o+ L7 B4 |8 i0 D 《安徽铜陵铁路车辆厂，安徽铜陵244142》
6 c5 |6 e+ A5 l) ^! V/ r 摘要：论述了三阶段修理模式存在的主要问题，介绍了精密涂层技术在机床工业、水利工业及煤炭工业的应用，并重点介绍了精密涂层技术用于铁道工业静配合部位及动配合部位的实例。
# M; y. ]( e& N a# v& C9 {+ q 关键词：修理模式；熔焊；精密涂层；
0 R0 t$ ]: @7 S1 J 中图分类号：-.++/文献标识码：0文章编号：#""!1!$$$（!""!）"$1""#+1"$5 f# L# |4 |1 v" a6 x( \0 R
% E# Q7 [9 S8 r% P# z" V 【一】机械三阶段修理模式存在的问题
$ m& }2 h8 b' m 20世纪以来，熔焊技术的发展，把机械修理提高到一个新的水平，由此建立了以熔焊来填补零部件的磨损和缺陷、再通过机床加工使焊件恢复到需要的尺寸、最后靠钳工把零部件间的组装精度修正的三阶段机械修理模式。但是这种模式存在着下述主要问题：
2 o! E1 @, x! s* q. u （1）熔焊产生热应力大热应力在一定的条件下，特别是冲击载荷增大时容易导致零部件裂纹。同时热应力也导致零部件，特别是薄壁、细长或精密的零部件的变形，需要反复调修。虽然繁琐耗时的热处理可以降低热应力，但不能彻底消除其影响。不同材质的配件还有一个可焊性问题，因此许多修理规范对焊修的零部件材质、部位等都要加以限制，甚至禁止。因而更降低了零部件的修复率。焊条材料一般都采用和零部件类似的金属，因此，焊补后的零部件在摩擦磨损、防腐等性能上不能有所改进。
; s" d5 r! Z! k& R4 s" q （2）补焊后零部件超差补焊后大多数零部件形状尺寸变样，加工恢复费工费时费力，而且修理工厂设备投资大，生产周期长，消耗人力多，经济效益差。5 ^6 W/ D9 O, V/ E- V6 k( x1 G, @2 n
（3）钳工修配量大加工后的零部件工作面与相对应的机械工作面，都有一定的组装精度要求。如接触面积多少，中心偏差、平行度偏差允许多大等等，这就要靠钳工手工镶配修正。精密的零部件要求高超的技巧，笨重的零部件需要繁重的体力劳动。例如：在修理蒸汽机车中，为了消除机车从轮弹簧座与车架面间的间隙，补焊加工后要把几十公斤的从轮弹簧座上上下下反复靠色检查、砂轮磨、刮刀刮，劳动强度可想而知。# T6 Z; y0 C' T" t& Q
【二】"精密涂层技术的应用领域及应用实例7 a7 W2 h3 D% k/ \. o
随着技术的发展及科技的进步，一项以复合涂料为修复材料，以形状、尺寸、组装精度一步到位的修复工艺，代替熔焊—机床加工—钳工镶配三阶段修复工艺的新技术已开始走上机械修理的舞台。这一新技术简单的说，就是在旧零件清除油垢后，以其非磨损面为基准，用形状、尺寸与零部件断面一样的刮刀，把糊状的复合涂料涂到磨损面上，将磨损部位填平补齐，略留余量。然后把涂有脱模剂，按产品标准设计制造的模板（批量生产时）或修好的对磨件（单件修理时）压到磨损件的涂料上。依照基准调整到位，挤掉多余的涂料，在一定的温度下，经过相应的时间，涂料固化与磨损件结合为一体。卸下模板或对磨件，一个针对具体零件设计的以高性能复合材料为工作面、并保证强度的高精度修复件就完成了。这一新技术在不同部门，有不同的名称，我们统称之为精密涂层技术。【以下一节介绍精密涂层在各工业部门的使用情况，早已过时，大部已删去】。……..水利工业在水轮机、水泵等水力设备和管道上应用防腐耐磨精密涂层，既解决了水轮机叶片焊修中的变形问题和加工问题，又节约了大量不锈钢焊条，设备质量大幅度提高* y4 U0 }7 P* F& |; M
。煤炭工业每年腐蚀、磨损待修的支柱液压缸，仅单体液压支柱一种，即达数十万台，堆积如山，这一直是煤矿系统一项重大的技术、经济难题。过去曾采用涂层方法修复，但由于涂层剥离，修复后的支柱仅能使用半年，即一个检修期，因而又被昂贵的不锈缸套压装工艺所取代。不久前，在铁路系统的帮助下，一种按照抗腐蚀、抗渗透、抗水解、抗磨损等性能要求专门设计的复合涂料，以及按照尺寸公差一步到位，不再需要珩磨的精密涂层工艺和高效率装备脱颖而出。用其技术和设备修复的液压支柱，通过半年井下试验无剥离，状态良好，可以继续使用到第二、甚至第三个检修期，而且新涂料又适用于局部缺陷的就地修补。可以预计，精密涂层技术进入液压支柱及各种机械液压缸修理领域的日子已经不远。
. Y# C/ f. O: B8 l0 v3 ^ 铁道工业在蒸汽机车机械设备的修理上，曾成功地进行了比较系统的精密涂层技术研究和应用试验。（!）静配合部位; I& h5 N1 I4 j2 }3 [+ F
例!蒸汽机车双轴导轮转向架的左、右矩型横梁与构架的矩型槽镶合，用螺栓紧固成一体。要求梁与槽的三个镶嵌面都要接触良好。左右横梁的位置，要调整到与轴箱连接孔相互平行，轴距正确。由于长年运行颠簸变形，造成结构松动，转向架构架结合螺栓惯性折断。用传统工艺修复，需要大面积补焊，而薄壁铸钢构架形状复杂，焊后变形大，调修困难，还需要大型龙门刨加工，且各孔堵焊后要重新平台画线、钻孔、铰孔、重配螺栓。而采用精密涂层技术修复时，只需将调修好的横梁涂上脱模剂，放入填有涂料的构架槽内，按要求调整到位，清理掉挤出来多余的涂料，等固化后即可投入下一工序。调整时涂层尚在浆糊状态，组装精度几乎可以做到随心所欲，几个面一次完成，接触面同时达到近!""#。其组装精度、工作效率、效益之高，远非电焊$机床加工$钳工镶配的三阶段模式修理技术所能比拟。再者，涂层薄膜在结合面间，还可以起到类似新一代客车转向架弹性定位器的作用，削弱冲击和震动的危害。而且进一步避免了金属接触面锈死的问题。德国在用粘结剂代替压装车轮和轮轴的试验中，曾发现由于薄薄的一层粘结剂的弹性，轮缘磨损明显降低，由此更可以证明弹性结构的优越性。精密涂层修复后的转向架经过一个检修期的运用，状态不变，保证了继续运行。可见，如果采用精密涂层技术来修理数以万计的现有车辆，以提高其性能，满足提速增载的需要，比设计制造新车要及时、现实得多。例％机车阀动装置各传动杆的两叉部，靠锥度螺栓保持一定的距离。为此，锥度螺栓与两叉部的锥度孔的接触，必须同时达到50%以上，并留有!''以上的紧余量。常规修理时要先铰孔，锥度螺栓全部更新，按铰孔后的尺寸现配，对号入座，再由钳工反复刮研到位，工序多，周期长。采用精密涂层技术修复时，旧的锥度螺栓可以成批修正储备，孔的锥度也无需严格控制，并可保证接触面达到90%以上。/ T! z7 m3 V; ~7 J2 u
（2）动配合部位
7 K# T4 Q4 {; c+ V. k 例1，一般滑动摩擦副，如表面渗碳淬火的机车月牙板和高频淬火的高碳钢滑块摩擦副，工作压力为1.5MPa，往复频率为5/秒，线速度约10M/分。磨损后，旧滑块大部分报废。若使月牙板与滑块备品和新造时一样，必须靠昂贵的渗碳和高频淬火设备，并要专用磨床修配，工序多，周期长，半成品储备量大。采用精密涂层技术和专用涂层工装（小量修复时可以利用月牙板本身做模板）后，旧滑块不要求淬火就完全可以利用，而且月牙板由于涂层的保护，磨损极小，至少可以保证一个检修期间不需要磨修，为全国机务段节约了设备投资。最受欢迎的是，涂层滑块解决了月牙板拉伤的惯性事故问题。& ]& j1 H j- x8 A& \
可焊性差和不可焊的工件如高碳钢、铝、铜、陶瓷件等，也可用精密涂层技术修复。
]. X+ K' b, C) v 例2.。重载低速、往复运动摩擦副，如机车动轮轴箱和平斜铁，游动板摩擦副，工作压力)
% }+ b# z) m( d6 ]; n' `) Y6 ^9 Y 50吨平均7MPa,往复运动。六个机务段参与了精密涂层试点，其中有代表严寒地区的哈尔滨段，代表湿热地区的永安段。在!!台机车上，装100块左右涂层游动板，各进行了10万公里左右的试验。结果涂层的游动板及其对磨的轴箱工作面均光洁如初，无啃伤。有的轴箱工作面甚至还留有加工时的刀花。而未涂层的游动板或平斜铁及其对磨的轴箱工作面则严重拉伤。至于在缺油的情况下，有无涂层的差别更为明显。2 N: m% l8 q9 P
例3 ，重载低速，旋转运动摩擦副，如橡胶厂炼胶机的轧辊轴承，材质原设计为青铜，用多个稳钉固定在轴箱体上，以免在辊碾力下松动。其工作轴压为44t轴颈为250x200。在采用精密涂层技术修理时不用 铜瓦，直接在轴箱体上涂层，也无需稳钉。经过4个月双班运行后检查，几乎无磨损。继续试验中，由于连续1天忘了给油而烧损（如果用青铜轴承，缺油几小时就烧了），但涂层在轴箱上粘合牢固，直至烧损也未转动。如果把类似的技术应用在煤矿的采煤机上，代替进口的特薄型滚动轴承，不仅可以节约数以万计的美元外汇，而且可以使采煤机设计得更轻，体积更小。
7 n# e2 R; X3 e- o 当前，一般涂层材料尚不兼备耐高温的性能，导热性也较低，因此一时还不能直接满足高速重载摩擦副的需要。必要时可以采取一些散热、导热措施，如加大给油量，涂层中镶嵌铜钢网等。- p9 k, z# z3 q+ s7 Y/ q
离心式给水泵平衡轮，材料是昂贵的特殊铸铜，每分钟转数上千，由于在高速下承受很大的冲击力，一般寿命仅半年，有的几天就啃伤报废。采用精密涂层技术不仅可以修复使用，寿命还提高3 倍。机车上很多限制部件横动量的工作面，如焊后惯性裂纹的摇杆侧面，动轮组装状态下不许补焊的曲拐销毂面等，虽然摩擦速度高，但是载荷是间歇性的，热容易散发，都可以用精密涂层技术来解决，而且摩擦磨损性能会更好。相信随着复合材料，例如纳米级复合材料的发展，涂层材料的耐高温性能和其他性能也会愈来愈高。$ |' w4 @% C( Y5 G
【三】精密涂层技术的优点0 ]6 E( \9 w$ C* G$ k4 {, @
（1）在简化甚至无需机床加工、钳工镶配的条件下获得机床加工、钳工镶配难以达到的机械精度。减少加工设备，减少昂贵的专用设备的投资。笨重工件可以就地修复，减少繁重的拆装、往返搬运和等待加工的时间。5 a$ {9 h# G5 A# P
（2）精密涂层后，零部件不仅能达到而是远远超越原来的摩擦磨损性能。从而降低或消灭机械拉伤、烧损、机床爬行、能源及油脂消耗。保护对磨件少磨损，减少摩擦副的修换率，保证操作轻松灵活。
2 |- R9 a3 p- |% n, c5 O( u+ I. n （3）没有焊接的热应力、热变形、热裂纹和可焊性差等问题，解决了铝、生铁、高碳钢、塑料及薄壁结构形状复杂零部件难焊、不准焊、不能焊的问题。4 N& m5 ]! i. ]8 i$ f
（4）减少单件修复修配的范围，对修换率高的零件，实现批量修复。
+ Q0 h$ F x+ m$ n2 _: s( \0 E （5）由于精密涂层技术与现代合成材料接轨，把原来的金属与金属的接触面，改革为金属与合成材料的接触面。因此，对静配合面来说，可以大大提高整个结构的抗震、抗冲击能力。对动配合面来说，可以明显的提高其各种摩擦磨损及耐锈蚀、抗酸碱等物理性能。从而创造出高于原制造时的新水平。! A8 Q, g4 k$ J; s/ _
（编辑毕胜）
- `8 }7 [1 ?! M 作者简介：范哲（1920），男，高级工程师，研究方向：复合材料及其9 v' W8 [' p* j0 j
精密涂层技术。/ z7 G, M7 W$ O6 e3 V+ s' y
收稿日期：2001-11-13& j4 D- G* X, Z! k' F2 G1 I
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楼主: zhef84
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发表于 2013-3-22 17:00:54
