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发展中的复合材料涂层技术 高分子复合材料近年来在中国船舶，机床，水力，煤炭，铁路等工业的机械修理和制造中，开始应用。从解决个别另部件的特殊难题起步，例如，应用在机床导轨上，以解决重型机床的低速爬行和高精度问题，现在已列为国家标准，应用在水轮机叶片上，以解决大面积补焊造成的变形问题，曾获得国家科技进步奖。各方面经验的积累，异途同归，正在通过系统的试验，鉴定，推广，提高，逐渐发展成一项有广泛应用价值的新技术。例如，铁路系统曾指定铁路工厂和6个铁路局的5个科研所，7个机务段，在蒸汽机车的十多种有代表性的，静配合，动配合另部件上进行了，1-2年的批量运行试验，经铁道部鉴定，批准向全路推广。这些新技术名称不同，但基本内容都是采用新型高分子复合材料和精密涂层工艺，为机械修理制造，和升级改造服务。为了叙述方便，这里暂时统称之为机械精密化技术。一，机械精密化技术与传统修理技术相比，主要区别是： [1]精密化技术采用的材料是针对工件不同性能需要，分类设计的，高性能高分子复合材料，代替传统的金属焊条，来修复工件磨损，变形，腐蚀或剥离所造成的形状，尺寸，组装位置等偏差。在修复的同时也就完成了零部件由金属-—金属工作副，转换为金属—复合材料工作副的升级改造。 [2精]密化工艺是以粘结技术为基础，大量精简传统修理工序，只要用刮刀将糊状的复合材料抹到清洗过的工件缺陷部位，将其填平补齐，然后放入涂有脱模剂的专用工装中[简单平面修复，可仅用一块定位平板。单件修理时，可以直接用与之配对的工件为工装]调整定位，抹净挤出来的余料，在一定温度下，经过一定时间，表面涂层固化与基体结合成型，即可投入使用。也就是说，精密化工艺不焊，不用机床加工，不用钳工镶配，以一步到位的修理模式，代替传统的，以焊接为基础的，三阶段修理模式 [先补焊，调直，热处理，然后送平台画线，再一个面，一个面地机械加工成形，最后还要靠钳工刮研镶配来满足组装精度要求]。二，采用精密化技术后的效果是： [1] 高精度，高效率 。 与传统三步走修理模式不同，修复另部件各个工作面的精密涂层工序都是在同一工装中，一次调整，同时完成的。修复中不焊，没有变形，不需要热处理，不用一个面,一个面,往返地机床加工，钳工镶配。其效率之高是不言而喻的。涂层各工作面的形状,尺寸,公差,粗糙度有标准工装保证，可以互换。而且在调整的当时，涂层尚处于糨糊状态，各个工作面的组装位置几乎可以做到随心所欲，同时获得满足，其精度之高更非传统工艺所能比拟。例如，铁路机车的双轴转向架的左右矩型横梁，紧密地镶嵌在薄壁的铸钢构架槽[约50x120x1200mm]中，二者用螺栓连接成一体。由于长年应用变形，结构松动。结合螺栓运行中惯性松动,折断，丢失。[货车心盘螺栓类似问题也很严重]如果采用传统工艺，大面积补焊构架，则变形更大。再要靠画线，龙门刨加工，做到横梁与构架槽三个面同时接触良好，而3米长的左右横梁又能互相平行，前后到位，真是谈何容易！而采用精密涂层技术，只需要把调直好的，横梁涂上脱模剂，放入清洗后加有足量糊状涂料的构架槽中，按各项组装要求轻而易举地就可精调到位。然后抹净挤出来的多余涂料。待涂料固化，修复工作即告完成。全面达到组装精度要求，而效率则提高10倍。而且由于有涂层的弹性，接触面近乎100%，整个结构的防震性能也进一步提高。厂修两年后再次进厂的机车，都证实了这点。一般地说，采用精密化技术修复的配件，不论工作面多少，结构多复杂，清垢喷砂后只需几分钟，最多半个小时的劳动工时，加三个小时自动的恒温固化时间，在半天功夫内完成，全面达到设计要求。这对采用工序复杂，工序劳动工时长，工序间搬运、等待时间长的现行传统工艺来说 是不可想象的。 [2] 高性能。 精密化涂层的摩擦磨损性能异常突出。美国Machine Design 英国Design Engineering 杂志都曾报道过。例如，DP型涂料与其他修理材料，在M2000型试验机上测定的性能对比数据如下： 测定条件： 1， 轴压 500 N， 2， 转速 400 rpm， 3， 滴油润滑。 试块材料 试验时间 分肿 摩擦系数 磨痕宽度 mm 温度 0C 磨损率mm3/KM 状态 DP涂料 1440 0.008 3.3 40 0.005 良好青铜 3 0.2 7.5 120 不正常铸铁 5 0.09 110 开始啃伤货车用耐磨合金 25 0.008 5 35 0.036 良好 可见四种材料在测定的摩擦磨损性能上，耐磨合金，DP涂料要好的多。耐磨合金，DP涂料的减磨性能相似，而在耐磨性能上，后者较前者要高7倍。在实际应用中，如橡胶厂的炼胶机的轧辊轴承，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。工作轴压44吨，轴颈为 ￠250 × 200mm.。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。经过四个月，双班运行后检查，几乎量不出磨损来。 DP型 涂料 不仅本身耐磨，还能保护其对磨件，极少磨损，并避免拉伤。例如，离心式给水泵平衡轮的材料是昂贵的特殊铸铜与铸铁体形成摩擦副，每分钟转数上千。由于在高速起动下承受很大的冲击力，一般寿命只半年，有的几天就啃伤，平衡轮报废，。采用精密化技术不仅可以把啃伤的平衡轮修复使用，寿命还较新轮提高三倍。又如，同一台铁路机车，几个轴箱的滑动面分别与铸铁和涂层的游动钣形成摩擦副，运行时由于缺油。前者严重拉伤，而后者则全部光滑如初。此外，涂层也解决了工作面生锈和酸碱腐蚀问题；解决了可焊性差或不能焊的铝,铜,高碳钢,陶瓷，合金等另部件的修复问题。例如3米多长的中碳钢机车摇杆，纵向载荷达40吨以上，在弯道运行时，侧面承受很大的压力和冲击，为了保证安全，检修规程中制定了，焊接前后严格的热处理要求，但是在磁粉探伤时往往仍然有轻微的裂纹显示，经常为此争论不休。精密涂层技术最后把问题解决了。可见，精密化技术在修复机械的同时，也就完成了机械的现代化升级改造。 [3]高安全率 高温焊接应力和裂纹，摩擦副咬合等原因导致的机械故障，特别是铁路机车，车辆临修，故障，占很高比例。最近，大面积焊接的车辆转向架交叉支撑，连续发生事故，造成提速改造后的k型转向架，全面停产，更是一个严重的教训。精密化技术修复的机械另部件，以涂层粘结取代金属焊接，从此将彻底地消灭掉这些安全隐患。 [4]高效益 采用涂层技术，不焊，不用机床加工，可以省掉许多焊接和加工设备投资。例如，薄壁的煤矿支柱液压缸腐蚀磨损后,由于变形问题无法焊补，采用一般涂层技术需要高温作业,而且还要靠昂贵的珩磨机床，才能加工到要求的精度和光洁度。而精密涂层修复不需要高温,修复后的液压缸则只要简单地抛光一下就可以。节约设备投资以十万计。高分子复合材料质量高，再有精密涂层工艺的配合，材料消耗小，再加节省焊接，热处理，调直，机床和钳工工时等费用。其成本较之原来已经很低的修理单价，仍有所降低 。直径100mm，高1M的煤矿支柱液压缸，有精密涂层工装配合只消耗涂料140 克 ，涂料费用45元，较采用不锈钢套修复成本节约50% 。精密化技术的效果,效益，应用范围随着复合材料和涂层工艺的发展，正在不断扩大。例如日本最近开发的纳米涂料，把导热性能成倍提高，为突破涂料在高速摩擦副应用的禁区，创造了条件。又如，除国产的类似涂料外，瑞士,美国,日本,德国在中国市场上供应的品种也不少。但是一般单价偏高，有的在1200元/公斤以上，国产品最低也要300元/公斤，而且耐磨的品种不一定减磨，减磨的品种不一定耐磨。又缺少精密涂层工艺的配合，耗料多，费用高，推广困难。由于技术进步，现在的精密涂层涂料系列，如上述的DP型涂料单价仅200元/公斤[其中包括50%利润]，有精密涂层工艺配合，涂料消耗低。每修复100cm2平均磨耗1mm深的缺陷，涂料费只要4元。精密涂层的修复成本还在不断降低，而性能则日新月异，不断提高。有工业就有机械，有机械就要修理，要修理就有精密精密化用武之地。特别对一些修理批量大的企业，如铁路车辆、工程机械、煤矿等企业，意义更为重大。例如，铁路正在规划的40万辆货车提速改造工程中。如能验证推广机械精密化技术，无疑将大大加速工程的进度，节约以亿计的投资。开发精密涂层的市场前景广阔，值得引起国内外涂层企业界和机械修理制造工业的关注。 |
发表于 2006-8-8 08:09:17
