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        公司動態

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        油缸等鍍鉻零部件電刷鍍鉻修復技術及其應用
        來源:本站發布時間:2018-09-28 09:11:34點擊次數:2624 次
          費敬銀,辛文利,王衛康
          西北工業大學理學院應用化學系 (710072)
          摘要
          現場修復局部破損的超大型鍍鉻零件一直是困擾維修工作者的技術難題。本文詳細地介紹了採用FJY系列電刷鍍鉻技術修復挖掘機、裝載機、水壓機、印刷機、艦船液壓油缸、煤礦支柱、造紙機、塑料吹膜機等鍍鉻件局部破壞(拉傷、磕碰傷、局部腐蝕)的工藝方案與應用情況。修復后的使用效果表明,採用FJY系列電刷鍍鉻修復技術,可快速完成鍍鉻件的離線或在線修復,經刷鍍鉻修復后的零部件,不僅尺寸精度、外觀色澤與完好件一致,而且使用效果與新件相當。該修復工藝簡便、易行,修復質量穩定、可靠。
          關鍵詞: 鍍鉻,刷鍍鉻,液壓設備維修,油缸修復,刷鍍,電刷鍍,局部修復
          1. 前言
          從理論上講,鉻是一種活性金屬(例如,Cr/Cr3+的標準電極電位為-0.74V)。但是,在大氣環境中,鉻易與空氣中的氧(或含氧的水溶液)反應生成緻密而穩定的氧化物保護膜(Cr2O3)而失去化學活性。一般情況下,金屬鉻主要有兩大用途,在冶金領域,鉻是冶鍊合金結構鋼、耐熱鋼、不鏽鋼、高溫合金、哈氏合金等金屬材料的主要合金化元素;在表面處理領域,電鍍鉻是除電鍍鍍銅、鎳、鋅之外的主要鍍種。與具有一定延展性的金屬純鉻不同,電鍍鉻層具有如下突出特性:
          1. 電鍍鉻層通常具有較高的硬度(一般大於55HRC),是常見純金屬鍍層中硬度最高的一類鍍層。
          2. 鍍鉻層具有良好的熱穩定性。在500℃以下的使用環境中,鍍鉻層的硬度基本不變,適合鍍覆在工作溫度較高零部件(如缸套、活塞環等)的表面上。
          3. 鍍鉻層有較低的摩擦係數,與之配合的摩擦副通常具有較長的使用壽命。
          4. 鍍鉻層色澤銀白,反光性好,在潔凈的大氣環境中不會失色,常將其用作裝飾性鍍層,或光、熱反射等功能性鍍層。
          5. 表面無缺陷的鍍鉻層具有良好的耐腐蝕性能。對於在野外、潮濕環境下使用的零部件(如工程機械、礦山機械、造紙機械、印刷機械、海洋開發、航運裝備等),對其表面進行鍍鉻處理可顯著提高其使用壽命。
          然而,對於鋼鐵基體而言,失去電化學活性的表面鍍鉻層屬於陰極性鍍層。如果鍍鉻層存在缺陷(如漏鍍、針孔、屏蔽等)、或在使用中出現意外划傷、磕碰傷、電擊傷等局部破壞,以大陰極、小陽極為結構特徵腐蝕微電池的作用,會促使鍍鉻層下的鋼鐵基體發生快速的陽極溶解而迅速腐蝕,出現以麻點、蝕坑、鼓皮、剝落為破壞特徵的局部破損形式。
          2.修復破損鍍鉻件的常用方法及其優缺點
          2.1 焊修
          對於局部破損件的修復,常用的焊修方法包括補焊、釺焊、冷焊、激光熔覆等,每一種焊修方法都有其自身的特點和不足。
          2.1.1 補焊
          補焊修復的最大優點是施工簡便、修復成本低、時間短。然而,補焊是一種特殊的焊修形式,在施焊過程中不可避免地會在焊修部位形成熔池(產生局部高溫),從熔池到工件本體之間的不均勻加熱必然造成焊修區及熱影響區產生熱應力,導致焊修件出現變形、裂紋、局部硬化、相組織變化、疲勞性能下降、咬邊等缺陷。因此,用補焊方法修復鍍鉻件的局部破壞,常常是一種不得已而為之的做法。
          2.1.2 釺焊
          為了降低補焊時的施焊溫度,人們使用熔點較低的釺焊料進行熱熔焊——人們常稱之為釺焊。釺焊與補焊的最大不同之處在於,釺焊時在工件上不形成熔池,釺焊過程中熔化的只是低熔點的釺料,工件基體並未熔化,利用熔化釺料的浸潤作用粘附基體並在釺焊部位形成焊料熔覆層。與補焊相比,釺焊時工件熱影響小,零件很少變形,機械性能也不會受到太大的影響。釺焊的最大缺點是焊層軟、強度低,當釺料或助焊劑選用不當時,難以保證釺焊層與基體結合的牢固度。
          2.1.3 冷焊
          到目前為止,至少有五種冷焊形式。常用的冷焊維修技術及特點簡述如下:
          2.1.3.1 冷焊1(補片)
          補片修復技術是在電阻焊(點焊)的基礎上開發出來的一種新型維修方法。當基體金屬和補片金屬之間有較高的接觸電阻時,脈衝電源瞬間輸出的大電流脈衝所產生的電阻熱將補片金屬與基體金屬粘結在一起。由於補片時只是在電極接觸部的位出現瞬間高溫,工件本身不會升溫,因此熱影響小。補片修復技術的缺點是,當凹坑深度遠高於金屬片的厚度時,需要多次修磨、多次補片才能完成焊修過程,施工效率低下。由於補片是局部粘結,而不是整體焊接,所以補片金屬與基體間的結合強度不高,層間異物夾雜較多。
          2.1.3.2 冷焊2(熔絲焊)
          熔絲冷焊(包括:氣體保護熔絲焊、超聲波電火花堆焊等)修復技術是在傳統氬弧焊基礎上開發出來的一類新型焊修技術。利用焊槍產生的電弧(電弧溫度一般在6000℃以上)將金屬焊絲熔化,用保護氣體(惰性氣體)把熔化的金屬液滴吹射到工件的局部缺陷處,從而填平工件表面的凹坑。與常規的氣體保護電弧焊技術不同,在熔絲冷焊過程中,被熔化的只是金屬焊絲,因此不會在修復部位形成熔池,工件溫升小,不會產生明顯的熱影響。氣體保護熔絲焊修復技術的不足之處是生產效率低,焊層多孔,有微觀缺陷,且表面粗糙。
          2.1.3.3 冷焊3(激光熔覆)
          激光熔覆技術與熱噴焊技術相似,它是利用能量密度高度集中的激光作熱源,將塗覆在工件表面上的自熔性合金粉末或絲材加熱重熔,形成表面熔覆層。熔覆層與基體之間存在互熔和擴散,從而實現熔覆層與基體的冶金結合。在激光熔覆的過程中,熱量只是短時間地集中在激光束照射的微小、局部區域,快速熔化焊料並冷卻,工件無明顯的溫升,避免了熱噴焊技術存在的熱應力、熱變形、或熱應力開裂等問題。由於激光熔覆是快熱、快冷過程,因此,熔覆層硬度高,特別適合耐磨件的表面強化與修復。激光熔覆適合恢復整個面的尺寸超差,如果是局部熔覆,很難在修復面與完好面之間實現平滑過渡。
          2.1.3.4焊修技術存在的共性問題
          不論使用前面提到的哪一種焊修技術修復鍍鉻件,均可能出現兩類質量問題。
          (1)在焊修部位與完好部位之間難以實現平滑過渡。凹凸部位的存在降低了配合件之間的密封性能。在使用過程中,凸起部位很容易刮傷油封,從而在較短的時間內,再次出現滲(漏)油現象。
          (2)即使能夠實現焊修部位與完好部位間的平滑過渡,由於修復區(焊修區)與完好區(鍍鉻區)材料的電化學性質存在差異,在陰雨、潮濕、有水環境中工作的鍍鉻油缸,會出現嚴重的電偶腐蝕問題,導致焊修區的邊界因電化學腐蝕而下陷(出現所謂「肚臍眼」現象),使用不久便出現滲(漏)油現象。隨著腐蝕過程的不斷進行,漏油問題會越來越嚴重。
          2.2 粘結
          使用含有增強填料的複合粘結劑填補局部缺陷,也被認為是一種修復鍍鉻件局部缺陷的簡易方法(如用粘結法修復鍍鉻印刷機滾筒的壓傷)。但是,對於有密封要求、且在有相對運動條件下使用的鍍鉻件,不宜使用粘結方法修復。其主要缺點有:1粘接層與基體的粘附強度不高。2 不宜在有衝擊、疲勞載荷作用的場合下使用。此外,高分子粘結劑本身易老化、不耐油、受熱軟化等問題也是慎用粘結修復技術的主要原因。
          2.3 電鍍修復技術
          電鍍修復技術是修復破損鍍鉻件的傳統方法,也是一種最為有效的維修方法,其修復過程及使用效果與新件鍍鉻基本一致。通常採用兩類電鍍修復工藝:1. 低溫鍍鐵——鍍鉻修復工藝;2. 補焊——鍍鉻修復工藝。對於大面積鏽蝕的鍍鉻件(如井下支柱),多採用前者進行維修;對於少量、局部划傷、碰傷的鍍鉻件(如工程機械、造紙機械、液壓設備等)可採用後者進行維修。但是,電鍍修復法需要在有電鍍廢水處理條件的大規模電鍍廠內進行,無法在維修車間或故障現場進行快速修復。
          為了解決目前鍍鉻件維修困難的技術問題問題,西北工業大學首次在國內外研發成功了「全能鉻面刷鍍修復技術」以及「氣相環保電刷鍍鉻技術」。長期的使用情況跟蹤和使用效果評估結果表明,該成套技術的修復效果與電鍍修復技術相似。修復工藝及應用情況簡述如下。
          3.FJY系列鉻面刷鍍修復技術及其應用簡介
          3.1 普適型鉻面刷鍍修復技術
          普適型鉻面刷鍍修復技術是指快速恢復鍍鉻件使用性能的一種新型維修方法。主要工藝流程包括:機加機械整形(用電動磨頭將缺陷處拓展至適合鍍筆良好接觸)→電凈→水洗→去氧化膜(各種活化處理)→鉻面活化→不水洗→鉻面底鎳→水洗→硬銅合金填坑(或離子冷焊劑填坑)→機械修磨(修磨至平滑過渡)→罩面層(耐磨、耐蝕、光滑表層)。罩面過程包括:電凈→水洗→鉻面活化→鉻面底鎳→水洗→罩面(鎳合金)→水洗→機械修磨→表面拋光→檢驗。普適型鍍鉻件修復用耗材清單(基本配置一):
          3.2 鉻面電刷鍍鉻修復方法
          為了達到修舊如新的目的,對修復后的外觀、色澤有嚴格要求的待修件,可選用《鍍鉻配置二》進行鍍鉻修復。鍍鉻修復工藝流程包括:先用《基本配置一》恢復破損件的尺寸精度及表面光潔度(完成從機械修磨到罩面拋光的所有工序),然後採用《鍍鉻配置二》進行表面鍍鉻。
          表面鍍鉻工藝包括:電凈,水洗,鍍鉻一次活化,水洗,鍍鉻二次活化,不水洗,刷鍍鉻,水洗,磨(拋)光,檢驗。鉻面電刷鍍鍍鉻修復用耗材清單
          3.3 鍍鉻件刷鍍修復實例
          用於工業生產的大型鍍鉻件主要包括:1. 印刷機鍍鉻滾筒,2. 挖掘機鍍鉻油缸,3. 井下鍍鉻支柱,4. 船舶油缸、碼頭裝載機液壓桿,5. 造紙機、吹膜機鍍鉻烘缸,6. 壓力機(水壓機)鍍鉻柱塞等。
          對於在腐蝕性較弱環境下工作(如:印刷機等)、或鍍鉻表面經常處於往複運動狀態並有油膜保護條件下工作(如:挖掘機等)鍍鉻件的修復,按照基本配置一方案進行修復即可滿足使用要求。
          對於在腐蝕環境下工作的鍍鉻件(如煤礦支柱、船舶、碼頭裝載機油缸、水壓機油缸等)的修復,宜選用《鍍鉻配置二》、及相應的修復方案進行修復。
          自從西北工業大學研製成功具有國際領先水平的FJY系列鍍鉻件電刷鍍修復技術之後,國內外用戶廣泛使用該項技術解決其遇到的工程問題。部分應用實例如下圖(如需了解詳細維修方案,請參閱附標題於後文的專題論文):
          4.結論及說明
          採用FJY系列鉻面電刷鍍修復技術,可以在線或離線修復超大型鍍鉻零部件。實際修復實踐結果證明,使用該技術修復后的鍍鉻件,其尺寸精度、外觀、以及使用效果均與鍍鉻新件相近,是一種操作簡便、成本低廉、快速修復鍍鉻件局部破損的可靠方法。
          與本文相關、可供參閱的論文還包括:
          1. 現代表面修復技術(冷焊、激光熔覆、電刷鍍、離子液體冷焊)的特點及存在的問題
          2. 不同材質印刷機滾筒電刷鍍修復方法
          3. 液壓桿(油缸)電刷鍍修復技術及其應用
          4. 氣相環保電刷鍍鉻技術及其應用
          特別說明:在本文中提到的鍍鉻液中含有Cr6+,Cr6+屬於環保部門監控物質。對於沒有能力、措施處理Cr6+的用戶,建議使用鍍鉻件修復基本配置一(普適性鍍鉻件修復方案)。


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