第六章 船机零件的修复工艺

电镀 第三节 电镀修复法 一、电镀 定义：所谓电镀是利用电解原理使金属或非金属零件的表面上镀覆一层金属的操作。

欲镀金属 被镀零件 欲镀金属离子 原理及组成 在船厂应用较多的是镀铬、铁 阴极：被镀零件接电源的负极，发生还原反应。阳离子自阴极得到电子沉积成镀层。 阳极：欲镀金属。失去电子变成阳离子溶于电解液中。 欲镀金属 被镀零件 在船厂应用较多的是镀铬、铁 电解液：含欲镀金属离子的盐溶液。 欲镀金属离子 电镀槽：用不溶解的金属或非金属制成。

恒电位仪 数控电源 计算机 阳极 阴极 R.E.

二、镀铬 组成： 零件：阴极； 铅锑合金作阳极； 电解液为CrO3+H2SO4+H2O 电化学反应： 阴极：Cr6++6eCr, 2H+2eH2 阳极：Cr3+-3eCr6+; 4OH--4e2H2O+O2

镀铬的特点： 优点： （1）温度低（55～65℃），对材料的组织性能没有任何影响，不会产生变形和开裂等； （2）镀层与基体的结合强度高，b=300MPa，且与镀前准备工作有关； （3）镀层的硬度与强度高；与镀层的厚度有关（镀层薄时强度高）； （4）化学稳定性好，长时间保持光泽； （5）摩擦系数小，耐磨（镀层硬度高）；

缺点： （1）铬的沉积速度慢，效率低，成本高。 （2）镀层厚度增加，内应力大，脆性大（与镀层厚度有关），镀层一般为0.1～0.25mm. （3）大型零件、形状复杂或难于拆卸的零件因设备的限制而难于采用此方法。 （4）镀鉻过程中大量气体溢出，带出鉻酸，危害人体皮肤、眼睛、和呼吸道。

镀铬在修船中的应用 （1）硬质镀铬层： 特点： 硬度高，耐磨性好。 应用： A．用于提高负荷小润滑条件好的零件的耐磨性； B．磨损零件的尺寸修复，如：曲轴、油泵等。 （2）松孔镀铬层 特点：镀层呈网状或多孔状，储油性能好，可改善润滑条件。 应用：负荷较大及润滑条件差的耐磨件的修复。如：缸套、活塞环、活塞销等。

三、低温镀铁 原理： 同前，阳极为铁或低碳钢；电解液为FeCl2水溶液。 工艺过程： 1.镀前预处理： 除油、阳极刻蚀（放入25～30℃的H2SO4电解液中，以工件为阳极、铅板为阴极，通直流电，去除表面氧化膜，并粗化，以提高镀层结合强度） 2.侵蚀 将经过预处理的工件放入镀铁液中，先不通电，静放5min左右，预热工件，溶化钝化膜。

3.电镀 （1）起镀 35～40℃，5～10min (2)过渡镀 固定正半波电流，逐步降低负半波电流，10~15min. （3）正常镀（直流电镀）。

“无刻蚀镀铁”。 过程：盐酸水浸洗——对称交流活化处理——不对称交流起镀和过渡镀。 特点：简化了工艺，降低了污染，降低了成本。镀层结合强度高，耐磨性好，质量稳定可靠。

特点: （1）镀液温度低（30～40℃），电解挥发小，容易配制，污染小； （2）镀层与基体的结合强度高，450MPa; （3）镀层晶粒细，硬度高（可>50HRC)； （4）沉积速度快，镀厚能力强，沉积速度是镀铬的10倍，镀层厚度2～4mm; （5）电流效率高，可达90％，耗电少; （6）成本低，有害气体少，对环境污染小。 应用：曲轴、缸套等要求镀层厚度大的场合，用于恢复尺寸。

四、电刷镀 又称刷镀、涂镀，是一种无槽快速电镀工艺。 原理：应用的是电化学原理，刷镀时专用直流电源的负极接工件，正极接镀笔，包裹的阳极与工作表面接触并作相对运动，含有金属离子的镀液不断添加到阳极和工件之间的需要刷镀的表面处。镀液中的金属离子在电场力的作用下定向迁移到工件表面获得电子还原成原子形成镀层，镀层随时间而增厚至所需的尺寸。

电刷镀技术的特点 （cont） 刷镀质量高 适用范围广 电刷镀过程中工件的温升<70℃。 可以精确控制沉积镀层的厚度，精确度可达±10%。 适用范围广 能导电的非金属表面； 各种大小、各种形状； 可以实现现场电刷镀和不解体电刷镀。 电刷镀过程中工件的温升<70℃，因此不会引起工件的变形、表面金相组织的变化和产生残余应力。 采用电刷镀电源上的安培小时计可以精确控制沉积镀层的厚度，精确度可达±10%，在要求不高的场合（例如过渡、过盈配合），不经机加工便可获得最终的使用表面。 可以在各种金属表面甚至在能导电的非金属表面进行刷镀； 可以在各种大小、各种形状（外圆、内孔、平面、曲面等）表面上进行刷镀； 可以实现现场电刷镀和不解体电刷镀。

电刷镀技术的特点 （cont） 设备简单、工艺灵活、操作方便 生产效率高 操作安全、环境污染小 可以获得种类繁多的镀层以满足不同工况的需求，一般机械人员经短期（一周左右）培训就可上岗操作。 生产效率高 电刷镀沉积速度是一般槽镀的10-15倍，而且辅助工序和时间少。 操作安全、环境污染小 电刷镀工艺对环境污染小，溶液不含氰化物等剧毒物质，溶液可以循环使用，消耗少，不会造成大量的废液排放。

工艺 尺寸镀层 夹心镀层 工作镀层 起镀镀层 ★镀前准备：表面预处理、除锈及除油、电净、活化等。 ★镀：镀层分二层：过渡层（起镀层（底层，Ni）、夹心镀层）、工作镀层。 工作镀层 起镀镀层 尺寸镀层 夹心镀层

第三节 热喷涂 热喷涂是喷涂与喷焊的总称。 是一种表面强化技术也是一种修复工艺。 是一种表面强化技术（满足不同的性能要求） 第三节 热喷涂 热喷涂是喷涂与喷焊的总称。 是一种表面强化技术也是一种修复工艺。 是一种表面强化技术（满足不同的性能要求） 也是一种修复工艺（恢复损伤零件的原有尺寸和几何精度，恢复配合性质）。

利用某种热源, 如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态, 然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面, 与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层。

热喷涂的分类 喷涂： 喷焊： 电弧喷涂：利用电弧热作热源。（设备、温度）。 等离子喷涂：利用等离子弧作热源。 火焰喷涂（包括爆炸喷涂、超音速喷涂）：利用氧——乙炔火焰。 喷焊： 火焰粉末喷焊、等离子粉末喷焊等 按照所用能源分：

热 源 温 度 ℃ 喷 涂 方 法 粉末火焰喷涂(焊) 火 丝材火焰喷涂 约3000 陶瓷棒材火焰喷涂 焰 高速火焰喷涂(HVOF) 热 源 温 度 ℃ 喷 涂 方 法   粉末火焰喷涂(焊) 火 丝材火焰喷涂 约3000 陶瓷棒材火焰喷涂 焰 高速火焰喷涂(HVOF) 爆炸喷涂(D - GUN) 电 弧 约5000 电弧喷涂 大气等离子喷涂(APS) 等离子弧 10000以上 低压等离子喷涂(LPPS) 水稳等离子喷涂  

低速火焰喷涂 250 500 750 1000 m/s 2500 5000 7500 10000 oC 电弧喷涂 等离子喷涂 高速火焰喷涂 温度 速度

等离子喷涂设备 内孔电弧喷涂设备 推、拉式两用电弧喷涂设备 高速电弧喷涂设备

金属粉末喷焊炬 金属线材喷涂枪 无气喷枪 长杆喷枪

热喷涂的工艺过程 零件表面预处理 预热 喷涂 涂层后处理 凹切、清洁、粗化、非喷涂表面的隔离保护 工艺过程： （1）喷前准备： （2）喷底粉：厚度0.1～0.2mm。 （3）喷工作层：厚度0.3～1.5mm（依要求而定）。 （4）喷涂层的机加工：（车削或磨削）。 零件表面预处理 预热 喷涂 涂层后处理 凹切、清洁、粗化、非喷涂表面的隔离保护 预热温度70-150C

表面预处理 净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢，如氧化皮、油渍、及其他污物，关键是除去工件表面和渗入其中的油脂。净化处理的方法有：溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等。 粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面， 增大涂层与基材的机械咬合力，以提高涂层与基材的结合强度。同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度也是有利的。粗化处理的方法有喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。

预热 预热的目的是为了消除工件表面的水分和湿气, 提高喷涂粒子与工件接触时的界面温度, 以提高涂层与基体的结合强度；减少因基材与涂层材料的热膨胀差异造成的热应力而导致的涂层开裂。 预热温度取决于工件的大小、形状和材质，以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素，一般情况下预热温度控制在60 - 120 ℃之间。

喷涂 喷涂方法主要取决于选用的喷涂材料、工件的工况及对涂层质量的要求。 例如： 如果是陶瓷涂层，则最好选用等离子喷涂； 如果是碳化物金属陶瓷涂层则最好采用高速火焰喷涂； 若是喷涂塑料则只能采用火焰喷涂； 若要在户外进行大面积防腐工程的喷涂，采用灵活高效的电弧喷涂或丝材火焰喷涂。 粉末分为：打底粉和工作粉。

涂层后处理 用于防腐蚀的涂层，为了防止腐蚀介质透过涂层的孔隙到达基材引起基材的腐蚀，必须对涂层进行封孔处理。用作封孔剂的材料有石腊、环氧树脂、硅树脂等有机材料及氧 化物等无机材料。 对于承受高应力载荷或冲击磨损的工件，为了提高涂层的结合强度,要对喷涂层进行重熔处理(如火焰重熔、感应重熔、激光重熔以及热等静压等)，使多孔的且与基体仅以机械结合的涂层变为与基材呈冶金结合的致密涂层。 有尺寸精度要求的，要对涂层进行机械加工。

热喷涂的工艺特点 （1）适用材料范围广：金属和非金属。 （2）喷涂材料广：金属、合金、陶瓷、有机树脂等材料。 （3）设备和工艺简单，操作容易，加工时间短，生产效率高。 （4）喷涂热应力小，零件变形小，喷焊热应力大。 （5）涂层厚度从0.05mm到几毫米，被喷零件尺寸不限。 （6）涂层内部多孔，可存油，润滑性好。 （7）喷涂涂层结合强度低，只有5~50MPa，抗冲击性能差。喷焊为冶金结合，结合强度高，可达300~700MPa。

应用 （1）磨损件的修复，如：轴、增压器的转子； （2）铸件局部缺陷的修复； （3）新制零件工作表面的强化。 （4）不适用于承受高应力交变载荷或冲击载荷的零件表面。

曲轴磨损修复

喷焊 定义：用喷枪把加热到熔化状态的合金粉末喷到零件的表面上，再用火焰使涂层重新熔化，从而使涂层与金属零件的表面熔焊在一起。 应用：受热应力、冲击、磨损作用而损坏的零件：如：轴类零件、缸盖阀座的裂纹等。

操作方法： 喷焊前，待喷表面处理，然后预热，一般为200~250度。 一步法：喷一点粉末熔化一点，喷粉与熔化交替进行；一般用于小零件或精密零件。 二步法：先喷粉，最后进行熔化，适用于大面积的喷焊。 喷焊后应缓冷，防止裂纹（热应力）和变形，必要时进行退火处理。喷焊后一般要采用粗车和精磨。

（2）应用范围不同：喷涂适用于不受高应力交变载荷的静配合面；喷焊可承受冲击载荷作用。 小结：喷涂与喷焊的区别 （1）对工件的热影响不同； （2）应用范围不同：喷涂适用于不受高应力交变载荷的静配合面；喷焊可承受冲击载荷作用。 （3）孔隙率：喷涂：组织疏松，储油性能好，耐蚀性差。