基于电镀技术的失效机械零件再制造研究进展

赵军华， 董 延

（河南职业技术学院 机电工程系，河南 郑州450046）

0 前言

通过再制造实现失效机械零件的再利用，成为当前备受关注的课题。根据机械零件的受损程度及恢复尺寸精度的难易程度，可选择喷涂、激光熔覆和电镀等技术实现再制造［1-3］。相比较而言，电镀技术具有成本低、工艺柔性好、实施方便、过程可控等优点，因而适用于轻微损伤零件及异形结构、薄壁特征失效零件的再制造。本文以汽车、军工装备、工程机械和冶炼等行业中失效零件的再制造为例，综述电镀技术的应用情况及所开展的相关研究进展。

1 汽车行业失效零件再制造

汽车运行中，由于润滑不良、维护不当，极易造成转向器发生异常磨损而失效。黄堪丰等［4］采用电刷镀技术对齿条、齿轮等汽车转向器中起传动作用的零件进行再制造。经长期试验证实，修复的转向器满足应用要求。

曲轴、凸轮轴等轴类汽车零件由于长期承受交变载荷，因而异常磨损难以避免。磨损与损伤的累积，是导致曲轴、凸轮轴等失效的主要原因。考虑到曲轴、凸轮轴的结构较为特殊，黄邦戈等［5］和秦传江［6］针对性地制定了工艺路线。测试结果表明：再制造曲轴的综合性能（如硬度、耐高温性、耐磨性、抗疲劳性等）明显改善，辅以适当的修整加工，能够实现再利用。为了实现失效汽车曲轴的批量化与自动化再制造，并形成统一的工艺规范，装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室开发出专用机床［7］。相比单件再制造模式，专机模式的再制造生产效率提高约10倍，再制造成本也降低近80%。

缸套、连杆和活塞环等汽车发动机系统的重要构件，也是易失效的零件。恶劣且严酷的应用工况，往往加重汽车发动机的运转负荷，进而加速零件的失效进程。鉴于缸套、连杆等的造价偏高，为了实现再利用，胡振峰等［8］采用自行开发的内孔电刷镀技术对其进行了修复。依照特殊的工艺规程，并采用优选的工艺条件，失效的发动机缸套得以再制造。后期，针对深孔类零件的批量化、自动化再制造难题，同时为满足产业化需求，课题组开发出专用设备，并在企业中推广应用。

失效是制约轴瓦可靠性、承载能力及使用寿命的瓶颈。采用电刷镀技术，在失效的轴瓦表面镀覆微粒增强金属基复合镀层，可成功对其修复［9］。借助结合强度、耐蚀性和耐磨性测试，并通过装车运行试验，李亚男等［10］和解培民［11］均论证了电刷镀技术修复失效汽车轴瓦的可行性与可靠性。

此外，文献［12-13］还分别报道了基于电刷镀技术和复合电镀技术实现汽车驱动桥壳半轴套管与悬挂系统减震器连杆的再制造，赋予失效的汽车零件再生价值。

2 军工装备行业失效零件再制造

军工装备中部分零件的工作环境同样极为苛刻，因而失效概率也相对较高。承载动力传输功能的坦克侧减速器主动轴，因材料特殊、热处理方式复杂、尺寸精度要求严格，给修复工作增添困难。利用纳米电刷镀独特的技术优势，文献［14］报道了坦克侧减速器主动轴成功修复的实例。再制造过程不仅耗时短，而且节能省材、耗费低。经证实，再制造的主动轴的使用寿命堪比新件的。

同样采用纳米电刷镀技术，在综合评估技术难度及再制造可行性的基础上，某军工厂成功开展失效飞机发动机整流叶片的再制造［15］。长周期的装机考核结果显示：再制造的叶片性能和尺寸精度均满足相关规范要求，并且微动磨损进程被有效抑制。

除飞行装备和陆地装备外，电刷镀技术在船舰类军工装备失效零件的修复方面也有着一定的应用，并且呈现出较为广阔的应用前景。以电刷镀为技术手段，烟台海军装备修理厂和海军4809军工厂相继成功修复一系列失效的船舰装备零件［16-17］。另外，基于改进型的电刷镀技术，采用优化的修复工艺，烟台海军装备修理厂还实现了锡青铜材质大型螺旋桨的局部修复。以电刷镀技术作为主要技术手段，辅助火焰喷涂技术，青岛前进船厂成功修复船舰配套汽轮机转子汽封轴颈。由于汽封轴颈的修复，汽轮机转子的技战术性能明显提升［18］。

军工装备零件存在材质差异显著、形状结构复杂和造价高等共性，决定着修复的必要性。电刷镀技术的成功应用，为军工装备零件服役寿命的延长提供了可行途径。

3 工程机械行业失效零件再制造

装载机液压系统的重要构件——分配阀，一旦失效将造成装载机工作机构瘫痪。为了实现分配阀的重复利用，江代祥［19］在分析其失效机制的基础上，制定了修复方案，并采用电镀技术对失效的分配阀进行了再制造。修复的分配阀的各项技术指标均符合规范，尺寸公差也满足装配要求。

过度磨损被归结为工程机械液压马达配油轴和缸体等零件失效的主要原因。从经济性的层面考虑，其修复通常以电镀技术为主，辅助其他技术［20］。另外，修复过程通常兼顾互换性的原则，采用尺寸修理法展开。借鉴汽车发动机缸体的成功修复经验，失效的缸体、配油轴等零件也得以成功修复。经过修复，失效零件的性能恢复至新件水平。实现再利用的同时，也创造出可观的经济效益。

工程机械中常用的活塞杆、套筒及销轴等零件，磨损或腐蚀失效是它们的相同特点。鉴于更换新件的周期长且成本高，故采用修复的方式，不仅经济，而且周期缩短。

电镀技术在恢复失效零件设计尺寸的同时也可提升表面性能，因而在工程机械失效零件的修复方面应用较为普遍［21］。

4 冶炼行业失效零件再制造

冶炼行业的失效零件再制造，也首先考虑以电镀技术作为实现形式。缘因电镀技术相对成熟，并且耗费低、效果好。

以延长板坯连铸结晶器窄边铜板的使用寿命为目的，方克明［22］采用预镀镍层后镀覆镍-铁合金镀层的方法对其进行修复。外观检测与探伤结果显示：按此工艺规程修复的铜板质量合格，各项技术指标均符合要求。出于同样的目的，杨明铎等［23］采用在连铸结晶器铜板表面电镀镍-钴合金镀层的方法对其进行修复。通过合理设计施镀工艺，优化施镀参数，也实现了铜板的再利用。经实践证明，电镀镍-钴合金镀层修复连铸结晶器失效铜板的方法具有经济、实用等优势，相比传统的修复方法优越性明显，值得推广应用。

针对冶金行业中零件短周期失效的现状，为提供快速可行的修复方法，解决部分修复难题，诸多钢铁企业探索了电刷镀技术的应用可行性［24］。通过对轧钢机用减速机齿轮轴、大型传动齿轮、轧机主接手扁头轴和偏心轴等失效零件的修复尝试，证实了电刷镀技术的实用性，提供了有效的解决方案。

除上述行业外，电镀技术在化工［25］、采掘［26］、模具［27］和机床［28］等行业失效零件的修复方面也均有应用体现，发挥着实现失效零件再利用的功用。

5 结语

汽车、军工装备、工程机械和冶炼等行业中诸多失效零件的成功再制造，凸显出电镀技术的优越性。为关键零件的修复提供可行途径的同时，也赋予失效的机械零件再生价值，能够实现再利用。随着电镀技术的愈发成熟，其应用空间也将逐步拓宽。

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