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高硬强韧WC涂层的设计有何好处?若何将其应用在机械再制造中?

装饰通讯 2025-01-08 0

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编辑 | 史说你知道

再制造工程发展现状

有关再制造的研究内容可以追溯到上世纪80年代,但是直到1996年美国制造工程师学会揭橥了一部关于绿色制造的蓝皮书《Green Manu facturing》,绿色再制造的观点与内涵才被比较系统的提出,绿色再制造是制造业领域未来的主要发展方向,将会成为工业界的主要竞争领域。

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在欧美和日本等工业较为发达的国家,对付废旧产品的绿色再制造已经被列入制造业或企业本身的主要发展计策目标,再制造家当也已经在美国、欧盟等工业发达地区逐渐形成。

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(图片来自网络侵删)

上世纪90年代,美国建立了再制造工程研究所、再制造工业协会和国家再制造与资源规复中央,这些机构为工业界供应了有效且经济的再制造工程和绿色制造的前辈产品设计技能或方案。

近年来,这些机构紧张的研究内容集中在:

①在产品全寿命周期内,零部件的失落效剖析;

②通过构造和材料剖析来判断和评估产品的老化机制;

③研究和开拓环境友好、经济可靠的前辈再制造技能;

④研究用于预测产品剩余寿命的方法和用于评估零部件损伤程度的设备或工具;

⑤可持续的再制造性理论设计研究,发达国家通过在这些根本研究领域的事情积累,奠定了再制造家当可持续发展的坚实根本。

热喷涂技能与耐磨涂层

随着当代工业飞速发展,对各种机器产品零部件的表面性能提出了越来越苛刻的哀求,很多机器设备每每由于零部件表面的局部破坏而导致全体产品失落效乃至报废,零部件之间的摩擦每每会使得生产过程中的大量机器能损耗,并且随之而来的磨损更是机器零部件失落效的一个主要缘故原由。

据统计,工业化国家花费于摩擦的能源占总能耗的30%旁边,对付一个发达的工业化国家,每年由于摩擦磨损而造成的经济丢失约占国民经济年产总值的1-2%。

以是,为了提升机器零部件的可靠性,增加其利用寿命,近年来国内外科研事情者在提高零件的表面性能方面做了很多的研究和探索,结果真的有所创造。

热喷涂技能便是个中之一,它是表面工程领域近年来发展十分迅速的一门学科,在提升零件的表面性能、增加零件的利用寿命、降落生产和维修的本钱以及节约资源等方面都发挥着重要的浸染。

热喷涂技能的事理

热喷涂技能是指利用某种热源(如电弧、燃烧火焰、等离子弧等)将喷涂材料(粉末、丝材或棒材)加热到熔融或者半熔融的状态,然后借助高温、高速焰流动力或者外加高速气流雾化,以一定的速率喷射到预处理过的基体表面,快速铺展、冷却、凝固并与基体黏着、堆垛形成涂层,从而授予零件表面某些分外功能的处理方法。

热喷涂涂层的形成紧张包含以下三个基本过程:

①喷涂材料被送入热源的过程;

②喷涂材料与热源相互浸染,被加热、熔化、雾化并加速,同时与环境气氛发生化学反应,如氧化等;

③粒子与基体或已沉积的涂层的碰撞沉积过程。

这些基本过程直接影响着所制备涂层的组织构造与性能,对付给定的喷涂材料,描述高速粒子的参量一样平常紧张有粒子尺寸、速率和温度,喷涂设备、工艺参数等条件对涂层构造与性能的影响基本上都是通过这个三个参数来实现的。

WC-Co金属陶瓷涂层

WC-Co是一种在耐磨领域被广泛采取的金属陶瓷复合股料,也称为硬质合金,坚硬的WC骨架和柔韧的Co粘结相担保了WC-Co的硬度和韧性,从而担保了良好的耐磨性。

在传统零件表面喷涂一层数百微米厚的WC-Co涂层可以在小限度增加的本钱下,极大增加零件的利用寿命。

由于其良好的抗磨料磨损、滑动磨损、冲蚀磨损和微动磨损等性能,WC-Co涂层作为一种耐磨保护层目前已经被广泛运用于航空、冶金、石化、汽车等工业领域。

WC的性子

WC是硬质合金的紧张组成相,纯的WC晶体在大气环境下不会熔化,加热到约2780℃时会分解成液体W和石墨,它是密排六方晶体,每个晶胞含2个原子,轴比c/a=0.976,W原子位于(0,0,0)位置而C原子位置坐标为(1/3,2/3,1/2)或者(2/3,1/3,1/2),呈非中央对称构造。

这样的晶体构造决定了单晶WC的力学特性具备高度的各向异性,室温下,WC晶粒平行于c轴测试的硬度最小为10GPa,垂直于c轴测试的硬度最大为24GPa,然而,由于不同晶粒之间的随机取向,烧结WC块状材料中不雅观察不到各项异性特色。

废旧零件失落效剖析方法

本文中对经由拆解、洗濯和无损检测后,确定有足够剩余寿命的废旧轴类零件进行了失落效剖析,该类零件失落效缘故原由紧张是表面磨损导致的尺寸减小,无法知足机器设计哀求,导致机器运作时不能准确通报扭矩、增大振动和能耗,也会给全体机器的操作安全带来不愿定的隐患。

为了使失落效零件能够在再制造后规复到和新品一样乃至超过新品的质量,就必须对其进行充分的失落效剖析,确保再制造工艺能有效增加零件在重新服役后的利用寿命,失落效剖析试样取自废旧轴类零件的磨损部位表面,利用线切割技能在失落效的轴类零件表面切去10mm×10mm×6mm试样。

个中,一部分用来不雅观察表面特色,称为表面试样;另一部分用于不雅观察截面特色,称为截口试样,所有试样均先通过酒精和丙酮洗濯,以去除油污,对付表面试样,在丙酮环境中利用超声波洗濯技能洗濯15min旁边,然后采取HitachiS-4800型高分辨场发射扫描电子显微镜(SEM)不雅观察磨损的微不雅观描述。

对付截口试样,须要将其用树脂镶嵌,然后按照金相制样程序对镶好的试样采取280#、400#、800#、1200#、1500#、2000#逐级进行打磨,再利用2.5μm金刚石抛光剂进行抛光。

末了用浓度为4%的硝酸酒精溶液进行堕落,金相组织和微不雅观描述采取OLYMPUSGX51光学显微镜和HitachiS-4800型扫描电子显微镜进行稽核,失落效剖析试样的硬度采取MHV2000型数字式显微硬度仪进行检测。

工程机器再制造预处理

废旧产品的再制造是一个别系过程,对废旧的零部件进行再制造加工修复之前,须要先对它们进行必要的预处理,一样平常包括拆解、洗濯、检测三个紧张工序。

工程机器的再制造不同于传统的维修过程,它是一种规模化的生产模式,对再制造后的产品质量哀求达到或者超过相应的新产品,预处理过程会直接影响到接下来的修复加工质量,因此对须要再制造的废旧零件的预处理工艺也比维修哀求更严格。

废旧产品的拆解

废旧产品的拆解是其再制造过程的出发点,不能拆卸的零部件无法履行再制造,因此成功拆卸可以说是零部件能够进行再制造的根本条件,在再制造工程的预处理阶段中,必须担保产品的零部件不会由于拆卸过程而破坏或影响到后续工艺。

零部件从产品上被拆卸和分解开来的能力称为可拆卸性,可以理解为在规定条件或者规定韶光内,零部件从产品或装置体上被拆解成为期待形态的难易程度。

工程机器零部件的洗濯方法

工程机器拆解完成后,零部件表面存在油污、旧漆层、水垢和积炭等很多污染物,不洗濯就会影响其再制造加工质量。

因此,通过借助于特定洗濯设备和洗濯液去除废旧零件事情表面的油脂污垢是再制造加工履行前的必要工序,拆解后先根据零件形状、材料和种别将其分类,然后分别选择得当的方法洗濯零件。

再制造的洗濯方法,应以节约用水且减少环境污染为原则,采取绿色环保化的洗濯方法,下面是本文中几种常用的工程机器废旧零件的洗濯方法。

1、洗擦

洗擦是一种非常有效的低级洗濯方法,紧张靠刷子与废旧零件表面的机器摩擦进行洗濯,一样平常洗擦前零件需被洗濯液浸渍或喷润或洗擦同时蘸有洗濯剂。

2、喷淋洗濯

将待洗濯的工件放在专用的支承或固定装置上,利用喷淋管将洗濯液喷射到待洗濯零件表面上,压力一样平常不超过2×104Pa,下图为对液压油缸的喷淋洗濯。

驱动桥的洗濯工艺

工程机器在服役过程中,因工况条件的繁芜多变,会使其驱动桥部分产生各种污染:漆层的老化、外表面熏染的泥尘、机器润滑油的残留和表面金属的堕落产物等。

传统维修时紧张采取手工洗擦或者喷淋冲洗等大略粗放的洗濯办法,所用的洗濯剂一样平常是石油溶剂类,这样的洗濯办法生产效率低、劳动强度大,其安全性也较差,还可能损伤工件表面,更主要的是这种洗濯办法无法达到再制造所需的清洁度哀求,再制造不同于单件的维修作业,它是一种新的批量化家当模式。

首先对拆解后的驱动桥进行烘培以打消其零部件的表面油泥;然后采取高压喷砂洗濯,即采取掺杂白刚玉的高压水冲洗工件;喷砂洗濯后工件表面会残留少量沙砾,需采取超声波洗濯将其打消。

再制造是一种绿色技能,要充分考虑环保,以是超声波洗濯时一样平常选用水基洗濯剂。

洗濯剂的活化浸染可以提高洗濯效率,超声波的冲击振动效果可以去除残留沙砾,因此可以实现对工件的充分彻底洗濯,超声洗濯后,需再用净水冲洗掉表面的残留洗濯剂;末了迅速烘干以免干净的零件表面再被堕落。

WC-12Co涂层的HVOF喷涂工艺优化HVOF喷涂的可调工艺参数很多,团队曾对TJ-9000喷涂系统制备WC-12Co涂层进行过工艺优化,本文在古人事情的根本上,通过掌握变量法改变丙烷和氧气流量以及喷涂间隔进一步优化了喷涂参数。

结语

本文结合工程机器再制造实例,剖析了其拆解、洗濯和检测方法,重点研究了传动系统轴类零件的失落效机制。

为了知足重载、高磨损、冲击恶劣工况下服役的工程机器再制造为代表的超硬强韧耐磨涂层的急迫需求,提出了“多尺度WC基金属陶瓷复合涂层”的材料设计思路,开拓了一种具有高硬强韧的超音速火焰喷涂WC-(nanoWC-Co)新涂层,具有致密的显微组织和精良的综协力学性能。

末了,将该涂层成功运用于工程机器传动系统轴类零件的再制造中,并通过再制造性评价模型剖析了产品的再制造性,证明该再制造方法是完备可行的。

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