基于電鍍技術的失效機械零件再制造研究進展

趙軍華， 董 延

（河南職業技術學院 機電工程系，河南 鄭州450046）

0 前言

通過再制造實現失效機械零件的再利用，成為當前備受關注的課題。根據機械零件的受損程度及恢復尺寸精度的難易程度，可選擇噴涂、激光熔覆和電鍍等技術實現再制造［1-3］。相比較而言，電鍍技術具有成本低、工藝柔性好、實施方便、過程可控等優點，因而適用于輕微損傷零件及異形結構、薄壁特征失效零件的再制造。本文以汽車、軍工裝備、工程機械和冶煉等行業中失效零件的再制造為例，綜述電鍍技術的應用情況及所開展的相關研究進展。

1 汽車行業失效零件再制造

汽車運行中，由于潤滑不良、維護不當，極易造成轉向器發生異常磨損而失效。黃堪豐等［4］采用電刷鍍技術對齒條、齒輪等汽車轉向器中起傳動作用的零件進行再制造。經長期試驗證實，修復的轉向器滿足應用要求。

曲軸、凸輪軸等軸類汽車零件由于長期承受交變載荷，因而異常磨損難以避免。磨損與損傷的累積，是導致曲軸、凸輪軸等失效的主要原因。考慮到曲軸、凸輪軸的結構較為特殊，黃邦戈等［5］和秦傳江［6］針對性地制定了工藝路線。測試結果表明：再制造曲軸的綜合性能（如硬度、耐高溫性、耐磨性、抗疲勞性等）明顯改善，輔以適當的修整加工，能夠實現再利用。為了實現失效汽車曲軸的批量化與自動化再制造，并形成統一的工藝規范，裝甲兵工程學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室開發出專用機床［7］。相比單件再制造模式，專機模式的再制造生產效率提高約10倍，再制造成本也降低近80%。

缸套、連桿和活塞環等汽車發動機系統的重要構件，也是易失效的零件。惡劣且嚴酷的應用工況，往往加重汽車發動機的運轉負荷，進而加速零件的失效進程。鑒于缸套、連桿等的造價偏高，為了實現再利用，胡振峰等［8］采用自行開發的內孔電刷鍍技術對其進行了修復。依照特殊的工藝規程，并采用優選的工藝條件，失效的發動機缸套得以再制造。后期，針對深孔類零件的批量化、自動化再制造難題，同時為滿足產業化需求，課題組開發出專用設備，并在企業中推廣應用。

失效是制約軸瓦可靠性、承載能力及使用壽命的瓶頸。采用電刷鍍技術，在失效的軸瓦表面鍍覆微粒增強金屬基復合鍍層，可成功對其修復［9］。借助結合強度、耐蝕性和耐磨性測試，并通過裝車運行試驗，李亞男等［10］和解培民［11］均論證了電刷鍍技術修復失效汽車軸瓦的可行性與可靠性。

此外，文獻［12-13］還分別報道了基于電刷鍍技術和復合電鍍技術實現汽車驅動橋殼半軸套管與懸掛系統減震器連桿的再制造，賦予失效的汽車零件再生價值。

2 軍工裝備行業失效零件再制造

軍工裝備中部分零件的工作環境同樣極為苛刻，因而失效概率也相對較高。承載動力傳輸功能的坦克側減速器主動軸，因材料特殊、熱處理方式復雜、尺寸精度要求嚴格，給修復工作增添困難。利用納米電刷鍍獨特的技術優勢，文獻［14］報道了坦克側減速器主動軸成功修復的實例。再制造過程不僅耗時短，而且節能省材、耗費低。經證實，再制造的主動軸的使用壽命堪比新件的。

同樣采用納米電刷鍍技術，在綜合評估技術難度及再制造可行性的基礎上，某軍工廠成功開展失效飛機發動機整流葉片的再制造［15］。長周期的裝機考核結果顯示：再制造的葉片性能和尺寸精度均滿足相關規范要求，并且微動磨損進程被有效抑制。

除飛行裝備和陸地裝備外，電刷鍍技術在船艦類軍工裝備失效零件的修復方面也有著一定的應用，并且呈現出較為廣闊的應用前景。以電刷鍍為技術手段，煙臺海軍裝備修理廠和海軍4809軍工廠相繼成功修復一系列失效的船艦裝備零件［16-17］。另外，基于改進型的電刷鍍技術，采用優化的修復工藝，煙臺海軍裝備修理廠還實現了錫青銅材質大型螺旋槳的局部修復。以電刷鍍技術作為主要技術手段，輔助火焰噴涂技術，青島前進船廠成功修復船艦配套汽輪機轉子汽封軸頸。由于汽封軸頸的修復，汽輪機轉子的技戰術性能明顯提升［18］。

軍工裝備零件存在材質差異顯著、形狀結構復雜和造價高等共性，決定著修復的必要性。電刷鍍技術的成功應用，為軍工裝備零件服役壽命的延長提供了可行途徑。

3 工程機械行業失效零件再制造

裝載機液壓系統的重要構件——分配閥，一旦失效將造成裝載機工作機構癱瘓。為了實現分配閥的重復利用，江代祥［19］在分析其失效機制的基礎上，制定了修復方案，并采用電鍍技術對失效的分配閥進行了再制造。修復的分配閥的各項技術指標均符合規范，尺寸公差也滿足裝配要求。

過度磨損被歸結為工程機械液壓馬達配油軸和缸體等零件失效的主要原因。從經濟性的層面考慮，其修復通常以電鍍技術為主，輔助其他技術［20］。另外，修復過程通常兼顧互換性的原則，采用尺寸修理法展開。借鑒汽車發動機缸體的成功修復經驗，失效的缸體、配油軸等零件也得以成功修復。經過修復，失效零件的性能恢復至新件水平。實現再利用的同時，也創造出可觀的經濟效益。

工程機械中常用的活塞桿、套筒及銷軸等零件，磨損或腐蝕失效是它們的相同特點。鑒于更換新件的周期長且成本高，故采用修復的方式，不僅經濟，而且周期縮短。

電鍍技術在恢復失效零件設計尺寸的同時也可提升表面性能，因而在工程機械失效零件的修復方面應用較為普遍［21］。

4 冶煉行業失效零件再制造

冶煉行業的失效零件再制造，也首先考慮以電鍍技術作為實現形式。緣因電鍍技術相對成熟，并且耗費低、效果好。

以延長板坯連鑄結晶器窄邊銅板的使用壽命為目的，方克明［22］采用預鍍鎳層后鍍覆鎳-鐵合金鍍層的方法對其進行修復。外觀檢測與探傷結果顯示：按此工藝規程修復的銅板質量合格，各項技術指標均符合要求。出于同樣的目的，楊明鐸等［23］采用在連鑄結晶器銅板表面電鍍鎳-鈷合金鍍層的方法對其進行修復。通過合理設計施鍍工藝，優化施鍍參數，也實現了銅板的再利用。經實踐證明，電鍍鎳-鈷合金鍍層修復連鑄結晶器失效銅板的方法具有經濟、實用等優勢，相比傳統的修復方法優越性明顯，值得推廣應用。

針對冶金行業中零件短周期失效的現狀，為提供快速可行的修復方法，解決部分修復難題，諸多鋼鐵企業探索了電刷鍍技術的應用可行性［24］。通過對軋鋼機用減速機齒輪軸、大型傳動齒輪、軋機主接手扁頭軸和偏心軸等失效零件的修復嘗試，證實了電刷鍍技術的實用性，提供了有效的解決方案。

除上述行業外，電鍍技術在化工［25］、采掘［26］、模具［27］和機床［28］等行業失效零件的修復方面也均有應用體現，發揮著實現失效零件再利用的功用。

5 結語

汽車、軍工裝備、工程機械和冶煉等行業中諸多失效零件的成功再制造，凸顯出電鍍技術的優越性。為關鍵零件的修復提供可行途徑的同時，也賦予失效的機械零件再生價值，能夠實現再利用。隨著電鍍技術的愈發成熟，其應用空間也將逐步拓寬。

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