再制造表面修复技术
再生铝合金铸造工艺中的热处理与表面改性技术
再生铝合金铸造工艺中的热处理与表面改性技术在现代工业制造中，铝合金是一种广泛应用的材料，其具有良好的强度、导电性和导热性等特性，成为许多行业的首选材料之一。
然而，在铝合金生产过程中，往往需要通过热处理和表面改性技术来提高其性能和应用领域。
本文将就再生铝合金铸造工艺中的热处理与表面改性技术进行探讨。
一、再生铝合金铸造工艺再生铝合金铸造工艺是指利用废旧铝材料进行加工，经过熔炼与铸造等过程，再生为新的铝合金制品的一种生产方式。
再生铝合金铸造工艺具有环保、节能、资源循环利用等优点，因而备受关注。
二、热处理技术热处理技术是指通过加热和冷却等过程，改变铝合金的组织结构和性能的一种方法。
再生铝合金铸造工艺中，热处理技术常用于优化铝合金的力学性能和耐腐蚀性能，提高其塑性和强度。
1. 固溶处理固溶处理是再生铝合金铸造工艺中常用的热处理技术之一。
在该工艺中，铝合金经过加热至固溶温度，使合金元素溶解在基体中，然后通过快速冷却固定组织结构，以达到强化合金的目的。
固溶处理可以显著提高铝合金的强度和硬度，同时改善其耐腐蚀性能。
在再生铝合金铸造工艺中，固溶处理可通过合理控制加热和冷却速度，实现理想的组织结构和性能。
2. 淬火处理淬火处理是再生铝合金铸造工艺中另一重要的热处理技术。
该技术通过将铝合金迅速冷却至室温，使其组织结构发生相变，从而使铝合金获得更高的强度和硬度。
淬火处理不仅可以改善铝合金的力学性能，还可以提高其耐腐蚀性能和磨损性能。
在实际应用中，再生铝合金铸造工艺中的淬火处理通常与固溶处理相结合，以达到最佳效果。
三、表面改性技术除了热处理技术外，表面改性技术也是再生铝合金铸造工艺中不可忽视的一环。
通过改变铝合金表面的物理、化学性质，可以增强其耐腐蚀性、耐磨性和装饰性，提高其使用寿命和颜值。
1. 防腐蚀处理铝合金容易受到氧化、腐蚀等影响，因此在再生铝合金铸造工艺中，防腐蚀处理是必不可少的。
常见的防腐蚀处理方法包括阳极氧化、电镀和化学处理等。
科技成果——大型水利设备过流部件循环修复再制造及表面防磨减阻节能处理技术
科技成果——大型水利设备过流部件循环修复再制造及表面防磨减阻节能处理技术
技术开发单位
天津阿麦特工程技术有限公司、爱德艾瑞（北京）科技发展有限公司
成果简介
该技术针对水轮机及离心泵的汽蚀磨损这一业内通病难题，结合军转民技术，首次在国内用高频爆震熔射技术将专有的非晶金属陶瓷粉末熔射在零件表面形成高韧性、抗冲击超硬涂层，在非晶陶瓷涂层上进一步选择性涂覆专有抗汽蚀、磨蚀的聚合物陶瓷涂层，形成双涂层防护。
该技术开发了配套专用涂层施工工艺，可在用户现场实现灵活快速涂层施工，双涂层既可抵抗泥沙冲刷磨损，又能很好解决强汽蚀对水轮机和泵的过流部件破坏，使水轮机部件的金属磨耗失重量降低为原来的1/40，成功解决水利过流部件的汽蚀磨损难题。
该技术研发成功后，从2015年开始陆续在国内一些有代表性的水电及泵站进行推广，目前已服务50余套机组累计230余件过流部件，其抗汽蚀抗磨损效果卓越。
主要性能指标
1、非晶陶瓷涂层硬度HRC70～80，非晶陶瓷涂层厚度0.3mm，非晶陶瓷涂层结合强度≥70MPa。
2、聚合物陶瓷涂层厚度2-3mm，聚合物涂层结合强度≥40MPa，聚合物最高工作温度170℃。
适用范围
适用于水电站、提灌抽水泵站、挖泥泵、污水泵过流部件的修复及抗磨蚀涂层防护场合。
装备再制造技术
装备再制造技术在装备再制造诸多技术中，每种技术各有优长，也各有应用的局限性，有些技术应用面很广，而且技术已经很成熟，如堆焊技术、普通镀液电刷镀技术、普通丝材高速电弧喷涂技术、修复热处理技术、自修复技术等；有些技术是近期发展的高新技术，如微纳米表面工程技术、材料制备与成形一体化技术、再制造快速成形技术等。
一、微纳米表面工程技术微纳米表面工程技术是在材料或零部件表面获得微纳米结构或微纳米复合结构膜层的各种表面技术的统称。
与传统表面工程技术相比，纳米工程技术具有以下几方面显著的优越性：1）赋予表面新的服役性能。
纳米材料的奇异特性保证了纳米表面工程涂覆层的优异性能。
包括：①涂覆层本身性能的提升，如涂覆层的硬度、强度、耐磨性和抗接触疲劳性能等大幅度提高；②涂覆层的功能提升，如高性能的声、光、电、磁等纳米结构功能膜及超硬膜的制备。
2）使零件设计时的选材发生重要变化。
纳米表面工程中，在许多情况下，传统意义上的基体材料只起载体作用，而纳米表面涂覆层成为实现其功能或性能的主体，如高速工具钢刀具可以改用强度、韧性高的传统材质，而通过在切削刃表面沉积纳米超硬膜来提高其切削性能，耐蚀材料和抗高温材料也可以选用普通材质，通过把与介质接触的表面进行纳米化处理而提高材料的耐蚀、抗高温性能。
3）为表面技术的复合提供新途径。
纳米表面工程为表面工程技术的复合提供了一条全新的途径，具有广阔的应用前景。
例如，表面纳米化技术与离子渗氮技术相结合，使渗氮工艺由原来的500℃条件下处理24h转变为300℃条件下处理9h。
1.微纳米表面工程技术的分类微纳米表面工程技术可以在材料表面制备出纳米结构或纳米/微米复合结构的表层，根据获得表面微纳米膜层的途径不同，有微纳米表面工程纳米化和表面复合纳米化，当前已经开发出了多种实用的纳米表面工程技术。
（1）纳米颗粒复合电刷镀技术电刷镀技术是表面工程的重要组成部分，已被广泛应用于机械零件表面修复与强化。
近年来，纳米颗粒材料在电刷镀技术中的应用，产生了纳米颗粒复合电刷镀技术，促进了复合电刷镀技术在高温耐磨及抗接触疲劳载荷等更广阔领域中的应用。
大型汽轮机转子轴径激光熔覆修复再制造技术及应用全威
大型汽轮机转子轴径激光熔覆修复再制造技术及应用全威发布时间：2023-06-02T09:05:33.070Z 来源：《中国科技人才》2023年6期作者：全威[导读] 汽轮机转子自重大，转速快，转子轴颈因润滑油系统运行情况不佳或其他因素会发生磨损，引起转子振动超标或其他安全隐患。
针对这类在役转子轴径的损伤，先进的激光熔覆修复再制造技术可以消除损伤，修复质量满足转子长期安全运行要求，跟传统熔焊修复技术相比更加灵活、高效。
本文所涉及的应用案例即是一种应用半导体激光器作为热源，使用激光熔覆的方法在损伤轴颈表面熔覆修复层的一种修复技术。
上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂上海 200240摘要：汽轮机转子自重大，转速快，转子轴颈因润滑油系统运行情况不佳或其他因素会发生磨损，引起转子振动超标或其他安全隐患。
针对这类在役转子轴径的损伤，先进的激光熔覆修复再制造技术可以消除损伤，修复质量满足转子长期安全运行要求，跟传统熔焊修复技术相比更加灵活、高效。
本文所涉及的应用案例即是一种应用半导体激光器作为热源，使用激光熔覆的方法在损伤轴颈表面熔覆修复层的一种修复技术。
激光熔覆层与母材结合强度高，焊接热输入小，自动化程度高，轴颈修复焊缝质量完好，修复前后转子各形位尺寸无明显变化。
关键词：转子轴颈；激光熔覆；修复前言转子是汽轮机的核心部件，需要承受高温、高压、高转速、高应力等严苛工况条件。
但是转子轴颈部位由于润滑油油质、杂质及其他不利的运行因素，有时会发生磨损，严重影响汽轮机组的安全稳定运行。
近年来，激光再制造修复技术在消除转子轴径磨损得到尝试性应用，与传统的电镀、化学镀、热喷涂、电弧焊等传统技术相比，激光再制造修复技术具有结合强度高、热影响区小、稀释率低、变形小、后续加工余量小、选区性强、自动化程度高等优势，成为重要零部件尺寸恢复、表面改性、延寿改造等再制造领域的重要手段[1~4]。
某电厂在役运行的汽轮机，运行8年后其低压转子轴颈发生多处磨损，严重影响机组的安全运行，电厂委托上海汽轮机厂进行轴颈磨损部位的修复。
激光熔覆技术用于高附加值部件和设备的修复再制造
在金属基 体表 面制 备 出以添加 的粉 末为 主体 的 ，与基体 呈
冶 金 结 合 的 涂 层 制 备 技 术 （ １ ，是 一 种 先 进 实 用 的修 复 图 ） 强 化 技 术 ，可 用 来 提 高 基 体 金 属 的 耐 蚀 耐 磨 性 能 、修 复 高
附加值 的部件或 直接制造 出三维实 体 、处 理对热 敏感 和对
１激 光熔 覆技 术 特 点 及 修 复 流 程 ．
激 光 熔 覆 是 一 种 以激 光 为 热 源 、 以粉 末 为 添 加 材 料 ，
单 道 送 粉 一 次 涂 覆 厚 度 在 ０２ ２０ ． ． ～ ｍｍ； 能进 行 选 区熔 覆 ，材 料 消 耗 少 ，具 有 卓 越 的性 能 价 格 比 ；光 束 瞄 准 可 使 难 以接 近 的 区 域 熔 覆 ；工 艺过 程 易 于实 现 自动 化 。 激 光 熔 覆 依 据 合 金 粉 末 供 应 方 式 的 不 同 ，可 分 为 两 大 类 ： 预 置 法 和 同 步 送 粉 法 。 预 置 法 是 先 将 粉 末 与 粘 结 剂 混 合 后 以 某 种 方 法 预 先 均 匀 涂 覆 在 基 体 表 面 ，然 后 采 用 激 光 束 对 合 金 涂 覆 层 表 面 进 行 照 射 ，涂 覆 层 表 面 吸 收 激 光 能 量
变较 小 ，尤其 是采用高功 率密度快 速熔覆 时 ，变形 可降 低 到零 件的装配 公差 内；粉 末选择几 乎没有 任何 限制 ，尤 其
在 低 熔 点 金 属 表 面熔 覆 高熔 点 合 金 ；熔 覆 层 的厚 度 范 围 大 ，
航空 部门 中所使 用 的高温 、高速部件 由于 工作环 Ｅ业 境苛刻 ，而这些部 件价值 通常非常 高 ，部件 的修复 延寿 问
汽车零部件再制造中的修复技术
性能 高 ，通过选择 不同的修复材料 可满足 不同性能零件 的技术要求 ， ； 即可以把 不同性能 的材料 修复到同
一
套完整 的体 系和规模 。
础组成 的奥宇可鑫机械零 件特种修 复技术 ，是表面工程维修 领域 新兴 的一项复 合修理技术 。与 传统 技术 相 比 ，具 有 常 温 修 复 、结 合 强 度 高 、修复精 度高 、修复位 置准 确灵 活 、修复量可控精确等特点 。
图７ 用逆变脉冲电刷镀技术 对发动机轴头的修复
图２
维普资讯
ｍｌ 用逆变脉冲电刷镀技术对液日 ｌ 内壁拉划 磨损的修复
２表面工程技术对发动机磨 ． 损零部件的修复
图３ ～图８ 为几种修复技 术的具 体应用 。
１１ ￣ ２用复合技术修复特种 １ 车轴承外套磨损
１１ 用复合技术对汽车内 ￣５ １ 板 拉延模具修复
图６ 用胶接与粘涂技术对 齿轮内孔修复
图１ 用逆变脉冲电刷镀技术对挖掘 ０ 机进行现场不解体修复
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发动机再制造是再 制造工程研
究与产业化发展最早的领域，在国
际上已经有５ 多年 的历史 ，从技术 ０
２实用性 ．
（ ）适 用性广 修补 处 力学 １
标 准、生产工艺 、加 工设备 、配件
供 应至 销售和售后服 务 已经形成一
以 常温 冷熔 、逆 变脉 冲 电刷 镀 、胶 接与粘涂三项核心 技术为基
硬点。
件表面处理的大批量需求。汽车在
行驶 中产生 的磨 损使重要零部件报
再制造技术
再制造技术再制造是一种对废旧产品实施高技术修复和改造的产业，它针对的是损坏或将报废的零部件，在性能失效分析、寿命评估等分析的基础上，进行再制造工程设计，采用一系列相关的先进制造技术，使再制造产品质量达到或超过新品。
就是通过一系列工业过程,将废旧产品中不能使用的零部件通过再制造技术修复,主要以先进的表面工程技术为修复手段（即在损伤的零件表面制备一薄层耐磨、耐蚀、抗疲劳的表面涂层），使得修复处理后的零部件的性能与寿命期望值达到或高于原零部件的性能与寿命。
再制造的内容有在产品设计阶段，要考虑产品的再制造性设计。
在产品的服役至报废阶段，要考虑产品的全寿命周期信息跟踪。
在产品的报废阶段，要考虑产品的非破坏性拆解、低排放式物理清洗。
要进行零部件的失效分析及剩余寿命演变规律的探索；要完成零部件失效部位的具有高结合强度和良好摩擦学性能的表面涂层的设计、制备与加工，以及对表面涂层和零部件尺寸超差部位的机械平整加工及质量控制等。
再制造的研究内容非常广泛，贯穿产品的全寿命周期，体现着深刻的基础性和科学性。
主要以先进的表面工程技术为修复手段。
表面工程技术又包括：喷涂修复技术，电刷镀修复技术，激光修复技术，纳米表面工程技术。
主要用于轴类及一些贵重零件修复技术。
需要独立解决的科学和技术问题：1、加工对象更苛刻主要有：锻焊、热处理、铣磨件尺寸差、残余应力、内部裂纹、表面变形等缺陷；2、前期处理更繁琐再制造的毛坯必须去除油污、水垢、锈蚀层及硬化层；3、质量控制更困难再制造毛坯寿命预测和质量控制，因毛坯损伤的复杂性和特殊性而使其非常困难；4、工艺标准更严格再制造过程中废旧零件的尺寸变形和表面损伤程度各不相同，必须采用更高技术标准的加工工艺。
表面工程技术：表面工程是一项系统工程:因为表面工程是以表面科学为理论基础，以表面和界面行为为研究对象，首先把互相依存、相互分工的零件基体与零件表面构成一个系统，同时又综合了失效分析、表面技术、涂覆层材料、预处理和后加工、表面检测技术、表面质量控制、使用寿命评估、表面施工管理、技术经济分析、三废处理和重大工程实践等多项内容。
再制造工艺技术及产品汇总表
再制造工艺技术及产品汇总表随着环保意识的不断提高，再制造成为推动可持续发展的重要手段之一。
再制造是指对废弃物与旧物进行再加工或修复，使其变成可以再利用、具有附加值的产品或物料。
再制造工艺技术不断创新，涉及到多个领域，下面将按照类别分别进行介绍。
1. 金属再制造1.1 金属粉末制造技术将废旧金属机械加工、汽车工程、航空船舶等领域中的废旧零件、废料通过高速飞散法、水压碾磨法、高能球磨法等再制造为粉末，再通过化学处理等多道工序使之成为成品。
1.2 金属表面再制造技术可针对旧产品表面破损，缺失等情况进行粘结，电氧化，电沉积等再制造，如氧化铝喷涂、铸铁喷涂等。
1.3 金属材料再制造技术可将金属材料焊缝，工件表面等金属进行加工后，再进行翻新，加工等步骤，使其变为全新产品，如叶片再制造、轴承再制造等。
2. 塑料再制造2.1 塑料改性技术可将塑料废弃物进行分类处理后，通过干法、湿法等方法将废弃物制成颗粒状，再通过加热、注塑等技术将废弃物进行翻新，形成新产品。
2.2 塑料循环利用技术可将废弃物的塑料进行改质，改变其物理、化学性质，或者加入其他物料进行混合再制造为产品，如塑料花盆再制造、塑料地砖等。
3. 纺织品再制造3.1 纤维回收技术可将旧衣物等纤维素材料，通过粉碎、纤维化等技术将其变为成纤维颗粒，再通过热压、干压、膜压等手段再制造成新的纪念品、家居用品等。
3.2 服装裁剪利用技术由于各种原因，成衣厂剩余的面料产生了大量的废料。
利用这些废料，进行再次制造，成为新的成衣产品，如半身裙、长裤、毛衣等。
四、电器再制造4.1 家电回收利用技术家用电器，如电视机、冰箱、洗衣机等，通过回收、拆解等技术将其变废为宝，再利用其中的电路、零件等进行再制造。
4.2 电池和电池组再制造技术可将废旧电池通过拆解，分离和回收的方法回收。
再经过化学等工艺使之变成成品电池，如电动车电池再制造等。
综上所述，再制造技术拥有广阔的应用前景，其可持续性的经济效益，有力地推动了绿色经济的发展。
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☃❃☂❦✿☄☣❈❧*☂❁❉➹＊❦❀✲☃☃激光再制造技术
激光再制造技术是一种全新概念的先进修复技术，它集先进的激光熔覆加工工艺技术、激光熔覆材料技术和其它多种技术于一体，不仅可以使损伤的零部件恢复外形尺寸，还可以使其性能达到甚至超过新品的水平，是重大工程装备修复
表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光使之与基体表面薄层一起熔凝的方法，在材料表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，以改善工件表面性能的工艺。
激光再制造主要工艺流程
☃电刷镀技术
电刷镀技术需要采用专用的直流电源设备，电源的正极连接镀笔作为刷镀时的阳极；电源的负极连接工件作为刷镀时的阴极。
镀笔通常采用高纯度细石墨块作为阳极材料，石墨块外面包裹一层棉花和耐磨的涤棉套。
刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在工件表面上移动，并保持适当的压力。
在镀笔与工
件接触的部位，镀液中的金属离子在电场的作用下扩散到工件表面，并在表面获得电子被还原成金属原子，沉积结晶形成镀层，随着刷镀时间的增长，镀层增厚，从而达到镀覆及修复的目的。
☃纳米电刷镀技术
纳米电刷镀技术是在传统电刷镀技术的基础上发展起来的先进表面工程技术，通过把具有特定性能的纳米颗粒加入到电刷镀液中，从而得到含有纳米颗粒的复合电刷镀溶液，在刷镀过程中，复合镀液中的纳米颗粒在电场力的作用下或在络合离子挟持作用下与金属离子共同沉积在基体表面，获得纳米颗粒弥散分布的复合电刷镀层，进而提高装备零件表面性能。
纳米电刷镀溶液的制备是纳米电刷镀技术的关键和基础。
镀液制备的关键是要解决纳米颗粒在盐溶液中团聚这一重大难题。
高能机械化学法是一种能有效地将纳米陶瓷颗粒分散在金属基质溶液中的复合分散方法。
☃纳米铜自修复技术
纳米铜自修复技术就是纳米铜粉作为润滑油添加剂时摩擦副出现“负磨损”现象形成的一种技术。
试验样品：铜粉颗粒直径20nm-80nm（0.5%质量），基础油为650SN。
试验使用前用超声分散60min。
☃激光熔覆技术
激光熔覆技术是指在被涂覆基体表面上，以不同的添料方式放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化，快速凝固后形成稀释度极低，与基体金属成冶金结合的涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺性能的方法。
目前，有些亟待解决的难题，如残余应力、变形和裂纹等。
☃激光熔覆同步送粉技术
激光熔覆过程送粉方式：预置式和同步式。
预置式是将熔覆材料在激光扫描前已沉积到基体表面，此方法难以满足制备全密度功能梯度材料、高柔性等诸多现代科技需求；同步式是在激光扫描基体表面同时将熔覆材料引入熔池，可克服预置式的不足。
同步送粉法分侧向送粉和同轴送粉。
（1）侧向送粉法是粉末流与激光束轴线之间存在一定夹角，即喷嘴置于激光束一侧。
难题是扫描速度方向的变化会引起熔覆层形状与厚度的改变。
（2）同轴送粉法是粉末流与激光束都垂直于熔覆层表面，克服了侧向送粉的不足。
实现方法有二，如下：
①典型同轴送粉。
环形粉末流围绕垂直放置的单个激光束，并汇聚于粉末流焦点。
粉末流有圆环锥形聚焦粉末流和对称聚焦粉末流。
②光内送粉。
环形激光束围绕垂直放置的单个粉末流，并与粉末流相交。
光内送粉将真正消除扫描方向性问题，提高粉末流稳定性。
光粉耦合不受光束离焦量影响，精度高，操作容易。
通过适当调节粉斑直径和聚焦光斑直径，不仅可实现光斑略大于粉斑工艺，还能完成轮廓法熔覆过程，大大增加粉末利用率、改善熔覆质量。
☃选择性激光熔化技术
再制造毛坯快速成型技术分为两大类：一是激光熔覆技术，包括直接金属沉淀成型、激光直接制造、激光工程化近净成型等；二是选择性激光熔化技术，其成型过程与选择性激光烧结技术的成型过程相似，不过更难控制。
选择性激光熔化技术：首先由零件3D CAD模型保存为STL格式文件，应用软件对模型以一定层厚切片并生成每层扫描数据。
采用中小功率光纤或半导体泵浦YAG激光器，按照每层的扫描数据控制激光束对所选择区域的粉末进行熔化，其它部位未熔化粉末作为支撑。
没加工完一层，加工平面就下降一个层厚高度，由铺粉系统把粉末均匀地铺置到加工区域，接着进行下一层成型。
如此反复而形成出所需要的零件。
优点：
1、能直接制成终端金属产品，无需后处理或只要进行简单处理，缩短了制造周期。
2、能得到均匀细小微观组织的零件，致密度几乎能达到100%，其机械性能与锻造零件相当。
3、适合各种复杂形状的零件，尤其适合内部有复杂异形结构（如空腔、三维网格）而用传统方法无法制造的复杂零件。
☃基于等离子弧三维熔覆技术
基于等离子弧三维熔覆快速成型方法是利用原有废旧的零件作为再制造零件毛坯原料，根据离散/堆积原理，利用CAD零件模型所确定的几何信息，采用等离子三维熔覆技术进行金属的熔融堆积，快熟成型。
工作原理：首先将三维CAD模型进行分层处理。
接着将分层数据传输给成型机，利用等离子弧熔化合金粉末，焊枪和送粉系统根据单层的成型数据和材料需求，在计算机系统控制、进步电机驱动XYZ轴三维运动下，对成型路径精确定位，按当前层层面几何形状进行扫描熔覆。
没完成一层熔覆后，焊枪上升一个位距（层厚0.5-1mm），如此逐层熔覆最终实现金属零件的直接精密成型。
☃超音速喷涂技术
超音速电弧喷涂技术：燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经拉法尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小、分布均匀的粒子，喷向工件形成涂层。
特点：以提高粒子速度为出发点，采用拉法尔喷嘴，改善了喷枪的雾化效果，超音速粒子制备的涂层结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度低，涂层质量接近离子喷涂水平。
多功能超音速火焰喷涂技术：①利用煤油为燃料，氧气和压缩空气为助燃剂，控制系统将煤油和氧气以一定的流量输送到喷枪，经高性能雾化喷嘴雾化混合成可燃混合气后喷入喷枪燃烧室，混合气经火花塞点火燃烧后形成高温高压的燃气，通过拉法尔喷嘴将其加速到超音速。
②送粉系统将喷涂粉末从拉法尔喷嘴的低压区送入超音速射流。
经射流加温加速后从喷枪喷出，高速喷向工件表面形成涂层。