發(fā)展中的復(fù)合材料涂層技術(shù)

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 發(fā)展中的復(fù)合材料涂層技術(shù) 高分子復(fù)合材料近年來在中國船舶，機(jī)床,，水力，煤炭,，鐵路等工業(yè)的機(jī)械修理和制造中,，開始應(yīng)用。從解決個別另部件的特殊難題起步,，例如,，應(yīng)用在機(jī)床導(dǎo)軌上，以解決重型機(jī)床的低速爬行和高精度問題,，現(xiàn)在已列為國家標(biāo)準(zhǔn),，應(yīng)用在水輪機(jī)葉片上,，以解決大面積補(bǔ)焊造成的變形問題,，曾獲得國家科技進(jìn)步獎。各方面經(jīng)驗的積累,，異途同歸,，正在通過系統(tǒng)的試驗，鑒定,，推廣,，提高，逐漸發(fā)展成一項有廣泛應(yīng)用價值的新技術(shù),。例如,，鐵路系統(tǒng)曾指定鐵路工廠和6個鐵路局的5個科研所，7個機(jī)務(wù)段,，在蒸汽機(jī)車的十多種有代表性的,，靜配合，動配合另部件上進(jìn)行了,，1-2年的批量運(yùn)行試驗,，經(jīng)鐵道部鑒定，批準(zhǔn)向全路推廣,。這些新技術(shù)名稱不同,，但基本內(nèi)容都是采用新型高分子復(fù)合材料和精密涂層工藝，為機(jī)械修理制造,，和升級改造服務(wù),。為了敘述方便，這里暫時統(tǒng)稱之為機(jī)械精密化技術(shù)。一,，機(jī)械精密化技術(shù)與傳統(tǒng)修理技術(shù)相比,，主要區(qū)別是： [1]精密化技術(shù)采用的材料是針對工件不同性能需要，分類設(shè)計的,，高性能高分子復(fù)合材料,，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬焊條，來修復(fù)工件磨損,，變形,，腐蝕或剝離所造成的形狀，尺寸,，組裝位置等偏差,。在修復(fù)的同時也就完成了零部件由金屬-—金屬工作副，轉(zhuǎn)換為金屬—復(fù)合材料工作副的升級改造,。 [2精]密化工藝是以粘結(jié)技術(shù)為基礎(chǔ),，大量精簡傳統(tǒng)修理工序，只要用刮刀將糊狀的復(fù)合材料抹到清洗過的工件缺陷部位,，將其填平補(bǔ)齊,，然后放入涂有脫模劑的專用工裝中[簡單平面修復(fù)，可僅用一塊定位平板,。單件修理時,，可以直接用與之配對的工件為工裝]調(diào)整定位，抹凈擠出來的余料,，在一定溫度下,，經(jīng)過一定時間，表面涂層固化與基體結(jié)合成型,，即可投入使用,。也就是說，精密化工藝不焊,，不用機(jī)床加工,，不用鉗工鑲配，以一步到位的修理模式,，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的,，以焊接為基礎(chǔ)的，三階段修理模式 [先補(bǔ)焊,，調(diào)直,，熱處理，然后送平臺畫線,，再一個面,，一個面地機(jī)械加工成形,，最后還要靠鉗工刮研鑲配來滿足組裝精度要求]。二,，采用精密化技術(shù)后的效果是： [1] 高精度,，高效率 。 與傳統(tǒng)三步走修理模式不同,，修復(fù)另部件各個工作面的精密涂層工序都是在同一工裝中,，一次調(diào)整，同時完成的,。修復(fù)中不焊,，沒有變形，不需要熱處理,，不用一個面,一個面,往返地機(jī)床加工,，鉗工鑲配。其效率之高是不言而喻的,。涂層各工作面的形狀,尺寸,公差,粗糙度有標(biāo)準(zhǔn)工裝保證,，可以互換。而且在調(diào)整的當(dāng)時,，涂層尚處于糨糊狀態(tài),，各個工作面的組裝位置幾乎可以做到隨心所欲，同時獲得滿足,，其精度之高更非傳統(tǒng)工藝所能比擬,。例如,，鐵路機(jī)車的雙軸轉(zhuǎn)向架的左右矩型橫梁,，緊密地鑲嵌在薄壁的鑄鋼構(gòu)架槽[約50x120x1200mm]中，二者用螺栓連接成一體,。由于長年應(yīng)用變形,，結(jié)構(gòu)松動。結(jié)合螺栓運(yùn)行中慣性松動,折斷,，丟失,。[貨車心盤螺栓類似問題也很嚴(yán)重]如果采用傳統(tǒng)工藝，大面積補(bǔ)焊構(gòu)架,，則變形更大,。再要靠畫線，龍門刨加工,，做到橫梁與構(gòu)架槽三個面同時接觸良好,，而3米長的左右橫梁又能互相平行，前后到位,，真是談何容易,！而采用精密涂層技術(shù)，只需要把調(diào)直好的，橫梁涂上脫模劑,，放入清洗后加有足量糊狀涂料的構(gòu)架槽中,，按各項組裝要求輕而易舉地就可精調(diào)到位。然后抹凈擠出來的多余涂料,。待涂料固化,，修復(fù)工作即告完成。全面達(dá)到組裝精度要求,，而效率則提高10倍,。而且由于有涂層的彈性，接觸面近乎100%,，整個結(jié)構(gòu)的防震性能也進(jìn)一步提高,。廠修兩年后再次進(jìn)廠的機(jī)車，都證實了這點(diǎn),。一般地說,，采用精密化技術(shù)修復(fù)的配件，不論工作面多少,，結(jié)構(gòu)多復(fù)雜,，清垢噴砂后只需幾分鐘，最多半個小時的勞動工時,，加三個小時自動的恒溫固化時間,，在半天功夫內(nèi)完成，全面達(dá)到設(shè)計要求,。這對采用工序復(fù)雜,，工序勞動工時長，工序間搬運(yùn),、等待時間長的現(xiàn)行傳統(tǒng)工藝來說 是不可想象的,。 [2] 高性能。 精密化涂層的摩擦磨損性能異常突出,。美國Machine Design 英國Design Engineering 雜志都曾報道過,。例如，DP型涂料與其他修理材料,，在M2000型試驗機(jī)上測定的性能對比數(shù)據(jù)如下： 測定條件： 1,， 軸壓 500 N， 2,， 轉(zhuǎn)速 400 rpm,， 3， 滴油潤滑,。 試塊材料 試驗時間 分腫 摩擦系數(shù) 磨痕寬度 mm 溫度 0C 磨損率mm3/KM 狀態(tài) DP涂料 1440 0.008 3.3 40 0.005 良好青銅 3 0.2 7.5 120 不正常鑄鐵 5 0.09 110 開始啃傷貨車用耐磨合金 25 0.008 5 35 0.036 良好 可見四種材料在測定的摩擦磨損性能上,，耐磨合金,，DP涂料要好的多。耐磨合金,，DP涂料的減磨性能相似,，而在耐磨性能上，后者較前者要高7倍,。在實際應(yīng)用中,，如橡膠廠的煉膠機(jī)的軋輥軸承，材質(zhì)原設(shè)計為青銅,。用多個穩(wěn)釘固定在軸箱體上,以免在輥碾力下松動,。工作軸壓44噸，軸頸為 ￠250 × 200mm.,。在采用精密涂層技術(shù)修理時,不用銅瓦,，直接在軸箱體上涂層，也無需穩(wěn)釘,。經(jīng)過四個月,，雙班運(yùn)行后檢查，幾乎量不出磨損來,。 DP型 涂料 不僅本身耐磨,，還能保護(hù)其對磨件，極少磨損,，并避免拉傷,。例如，離心式給水泵平衡輪的材料是昂貴的特殊鑄銅與鑄鐵體形成摩擦副,，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)上千,。由于在高速起動下承受很大的沖擊力，一般壽命只半年,，有的幾天就啃傷,，平衡輪報廢，,。采用精密化技術(shù)不僅可以把啃傷的平衡輪修復(fù)使用，壽命還較新輪提高三倍,。又如,，同一臺鐵路機(jī)車，幾個軸箱的滑動面分別與鑄鐵和涂層的游動鈑形成摩擦副,，運(yùn)行時由于缺油,。前者嚴(yán)重拉傷，而后者則全部光滑如初,。此外,，涂層也解決了工作面生銹和酸堿腐蝕問題,；解決了可焊性差或不能焊的鋁,銅,高碳鋼,陶瓷，合金等另部件的修復(fù)問題,。例如3米多長的中碳鋼機(jī)車搖桿,，縱向載荷達(dá)40噸以上，在彎道運(yùn)行時,，側(cè)面承受很大的壓力和沖擊,，為了保證安全，檢修規(guī)程中制定了,，焊接前后嚴(yán)格的熱處理要求,，但是在磁粉探傷時往往仍然有輕微的裂紋顯示，經(jīng)常為此爭論不休,。精密涂層技術(shù)最后把問題解決了,。可見,，精密化技術(shù)在修復(fù)機(jī)械的同時,，也就完成了機(jī)械的現(xiàn)代化升級改造。 [3]高安全率 高溫焊接應(yīng)力和裂紋,，摩擦副咬合等原因?qū)е碌臋C(jī)械故障,，特別是鐵路機(jī)車，車輛臨修,，故障,，占很高比例。最近,，大面積焊接的車輛轉(zhuǎn)向架交叉支撐,，連續(xù)發(fā)生事故，造成提速改造后的k型轉(zhuǎn)向架,，全面停產(chǎn),，更是一個嚴(yán)重的教訓(xùn)。精密化技術(shù)修復(fù)的機(jī)械另部件,，以涂層粘結(jié)取代金屬焊接,，從此將徹底地消滅掉這些安全隱患。 [4]高效益 采用涂層技術(shù),，不焊,，不用機(jī)床加工，可以省掉許多焊接和加工設(shè)備投資,。例如,，薄壁的煤礦支柱液壓缸腐蝕磨損后,由于變形問題無法焊補(bǔ)，采用一般涂層技術(shù)需要高溫作業(yè),而且還要靠昂貴的珩磨機(jī)床,，才能加工到要求的精度和光潔度,。而精密涂層修復(fù)不需要高溫,修復(fù)后的液壓缸則只要簡單地拋光一下就可以,。節(jié)約設(shè)備投資以十萬計。高分子復(fù)合材料質(zhì)量高,，再有精密涂層工藝的配合,，材料消耗小，再加節(jié)省焊接,，熱處理,，調(diào)直，機(jī)床和鉗工工時等費(fèi)用,。其成本較之原來已經(jīng)很低的修理單價,，仍有所降低 。直徑100mm,，高1M的煤礦支柱液壓缸,，有精密涂層工裝配合只消耗涂料140 克 ，涂料費(fèi)用45元,，較采用不銹鋼套修復(fù)成本節(jié)約50% ,。精密化技術(shù)的效果,效益，應(yīng)用范圍隨著復(fù)合材料和涂層工藝的發(fā)展,，正在不斷擴(kuò)大,。例如日本最近開發(fā)的納米涂料，把導(dǎo)熱性能成倍提高,，為突破涂料在高速摩擦副應(yīng)用的禁區(qū),，創(chuàng)造了條件。又如,，除國產(chǎn)的類似涂料外,，瑞士,美國,日本,德國在中國市場上供應(yīng)的品種也不少。但是一般單價偏高,，有的在1200元/公斤以上,，國產(chǎn)品最低也要300元/公斤，而且耐磨的品種不一定減磨,，減磨的品種不一定耐磨,。又缺少精密涂層工藝的配合，耗料多,，費(fèi)用高,，推廣困難。由于技術(shù)進(jìn)步,，現(xiàn)在的精密涂層涂料系列，如上述的DP型涂料單價僅200元/公斤[其中包括50%利潤],，有精密涂層工藝配合,，涂料消耗低,。每修復(fù)100cm2平均磨耗1mm深的缺陷，涂料費(fèi)只要4元,。精密涂層的修復(fù)成本還在不斷降低,，而性能則日新月異，不斷提高,。有工業(yè)就有機(jī)械,，有機(jī)械就要修理，要修理就有精密精密化用武之地,。特別對一些修理批量大的企業(yè),，如鐵路車輛、工程機(jī)械,、煤礦等企業(yè),，意義更為重大。例如,，鐵路正在規(guī)劃的40萬輛貨車提速改造工程中,。如能驗證推廣機(jī)械精密化技術(shù)，無疑將大大加速工程的進(jìn)度,，節(jié)約以億計的投資,。開發(fā)精密涂層的市場前景廣闊，值得引起國內(nèi)外涂層企業(yè)界和機(jī)械修理制造工業(yè)的關(guān)注,。

gzlionking

好費(fèi)眼啊,，拜托下次分個層次好不？