零件磨损修复技术及其应用介绍
蔡庆松
摘 要：对于磨损失效的机械零件进行高效的修复，能够有效减少机械维修过程中的成本消耗和金属材料的资源浪费。通过介绍金属零件磨损发生的机理与形式，说明了金属零件表面修复的多种方法，并介绍了新技术的特点与优势。
关键词：零件磨损；修复；技术；应用
中图分类号：TH17 文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.065
机械的运转与使用会不可避免地出现零件的磨损和失效，为节约资源和维修成本，通过利用损坏零件的原结构和本体进行修复，是机械故障维修的有效手段。很多失效的机械零件，往往只在零件表面存在明显的磨损问题，这些零件在进行恰当的修复后不仅能够恢复使用功能，还能保证零件继续拥有可靠的寿命。现阶段对于表面磨损的零件修复工艺十分丰富，修理人员应根据零件磨损特点、作业环境、精度要求选择合理的修复方式，保证零件的修复质量和机械继续使用的可靠性。
1 零件磨损产生的原因和机理
磨损是机械零件失效的主要原因之一，磨损的产生会影响零件表面的配合尺寸，改变原有的几何形状、材料以及性能，使零件的机械性能逐渐减弱，直至无法继续使用。常见的磨损形式包括磨料磨损、疲劳磨损、微动磨损、粘着磨损、腐蚀磨损等几大类。其中以磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损发生概率最高。
磨料磨损主要是因为零件表面与硬质颗粒相互摩擦而引起的金属零件表面材料损失，磨料磨损是机械零件使用过程中最常见的，同时也是危害最大的磨损形式。粘着磨损主要是指金属零件在相互运动的过程中，由于润滑不良或干摩擦作用，导致出现接触表面轻度焊合再撕裂的现象，造成金属零件表面较为严重的损耗。疲劳磨损多发生于纯滚动或滚动与滑动并存的工作条件下，由于交变接触应力的反复作用，零件表面会因疲劳而剥落，造成材料的不断损失。微动磨损通常是由于一定的接触压力导致摩擦副表面的微凸体产生粘着和塑性变形，因小振幅振动导致粘着点受剪切力而脱落的现象。腐蚀磨损多指在相对运动的配合面间，因金属材料和周围介质发生化学或电化学反应，而导致的材料损失现象。
2 零件磨损传统修复方法
（1）机械修理法。主要是对局部磨损的零件进行机械加工的局部修理，包括镶嵌零件、调整工作位置、局部材料更换等。例如将磨损的轴类零件直径尺寸加工减小，再通过热装配等方式嵌套上新加工的另一个零件，使轴类零件恢复工作尺寸；再例如当发动机的飞轮齿圈有一侧磨损严重时，可将齿圈拆下并调转方向重新安装，即可恢复正常的使用状态。
（2）焊接修复法。利用电弧放电产生的热量，将电焊丝与金属表面进行熔化熔合，使局部磨损的位置实现材料的填补，机械使用中大部分的磨损零件都可以通过焊接的方式进行修复，焊接后通过机械加工能有效恢复零件尺寸、形状及配合精度。
（3）粘接修复法。利用粘接剂将磨损部位与修补材料进行结合，粘接法的主要形式包括热熔粘结、溶剂粘接、胶粘剂粘接等几种，由于粘接法不适用于修补具有冲击载荷和高温的工作环境，因此只适合修补不重要位置，对于关键传动部位的应用较少。
（4）电镀修复法。以直流电解为基本原理，利用电解液将金属材料沉积在零件表面，并形成与磨损零件表面的牢固结合的镀层。电镀修复法通常用于表面磨损均匀且面积大的金属零件，例如传动轴、曲轴、机床导轨等，经电镀修复后的零件不仅能够恢复工作尺寸，还能够有效提升耐磨性。
（5）热喷涂修复法。热喷涂修复主要是通过将粉末状或丝状材料加热到熔化状态，再利用压缩空气将其进一步雾化，并以一定的速度将雾化金属喷涂到磨损零件表面，形成覆盖层。热喷涂法主要包括火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂等幾类。由于热喷涂的修复材料可以通过使用要求选择不同的材料配比，并能获得高强度、高耐磨性的修复效果，因此使用十分广泛。
3 零件磨损修复新方法
为提高零件修复质量并满足特殊零件修复的更高要求，表面修复技术近年来也得到了全方位的提升，通过修复后再制造，能有效降低维修成本，延长零件的使用寿命。
（1） 纳米电刷镀技术是指在金属电刷镀液中同时添加具有特定性能的纳米级的固体颗粒，在电刷镀进行的同时，纳米颗粒与金属原子一起沉积到修复零件的表面，形成具有纳米颗粒弥散分布特点的复合型镀层。这种镀层具备了普通电镀技术简单、均匀的优点，同时还能使镀层表面的耐磨性、抗接触疲劳性能、耐高温性能显著提升。
（2） 激光熔覆属于新型的涂层技术，通过激光束聚焦的特点，使材料的融化和冷却速度大幅提升。激光熔覆技术能够使熔体在高温下形成具有远离平衡态的快速冷却效果，以保证凝固后的材料中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相。激光熔覆技术已成为失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础性技术。
（3） 变脉冲电刷镀技术通过使用逆变脉冲电刷镀电源替代原直流电源，使镀层结合强度成倍提高，同时显著降低工作时间，有效提升了原有难镀材质、不可镀材质电刷镀的可能，使其能够广泛应用于碳钢、合金钢、铸铁、铜、铝、铬以及进口不明材质的机械零件的磨损修复。
