表面工程技术在农机维修上的应用

河北省科技工程学校 李帅伦 张颖 贾谊堃

引言

目前我国农村农业机械化程度越来越成熟，农业机械自动化装备不断增加，农机维修任务越来越繁重，大量先进农业机械在社会生产中对维修都有迫切需求，农机维修这个行业在21 世纪必将占据一席之地。通过表面工程技术对农机进行维护保养的应用将会越来越广泛。

农业机械每年由于表面破坏和失效带来的损失非常巨大，农业机械的失效破坏通常由零件表面的腐蚀和磨损造成的较多,腐蚀和磨损严重后就会导致故障增多、生产率下降，作业成本明显上升。农业机械中的气缸、气门、曲轴等部件，因磨损和腐蚀常会导致功率下降，污染增加。各种农用泵、风机的叶片在表面磨损后，工作性能下降，寿命降低。因此在农机行业中大力推广先进、实用的表面工程技术，可显著提高零部件的抗氧化、耐腐蚀、耐磨损和耐疲劳性能，从而最大限度地延长农机具的使用寿命。

表面工程技术早在中国古代就应用于镏金术、淬火术、贴金术、桐油漆防腐术等方面，发展历史悠久。近代的摩擦学、界面力学与表面力学、材料失效与防护、金属热处理学、焊接学、腐蚀与防护学、光电子学等学科对多种表面工程技术的发展及其基础理论的研究都做出了巨大贡献，并成功地应用于工程维修之中。

表面工程技术在提高农机零部件的表面综合机械物理性能，改善产品的性能、使用寿命等方面具有明显的作用。

1 电刷镀技术

电刷镀技术是表面工程技术中的一种，它是国家重点推广项目之一，该技术在我国的推广应用已涉及航空、航天、铁路、交通、冶金、煤炭、水力、电力、石油、化工和国防等各个领域。电刷镀技术解决了许多在工程机械和精密机械设备等方面的维修问题，取得了显著的社会效益。

1.1 电刷镀原理

电刷镀又名刷镀，是一种设备简单、工艺灵活、镀层沉积速度快的表面处理新技术。它可以在现场修复机械零件，进行功能性和装饰性涂镀。电刷镀时，电刷镀电源的一根导线连接工件(阴极)，另一根导线连接装有形状和尺寸能与待镀工件表面相接触的镀笔(阳极)。刷镀时，镀笔在待镀工件表面上刷动，金属沉积在镀件与阳极的接触表面，直至达到零件所需要的镀层厚度。

1.2 电刷镀在农机维修中的应用

发动机作为柴油机的重要组成部分，其在工作中存在三种磨损形式，分别为分子机械磨损、腐蚀性磨损和磨料磨损。发动机任何一对主要摩擦在工作过程中都可能同时发生三种磨损过程。由于长时间做功，发动机各部件都会受到不同程度的损耗。

合理运用电刷镀技术来修复发动机气缸体等部件在实际运用中都取得了显著的效果，为国家节约了大量资金，也积极推动了再制造工程的发展。

发动机缸体的主轴承座孔缺油或清洁不及时就容易造成烧瓦，主轴承损伤严重，如更换气缸体，造价偏高，修复不当气缸体容易产生裂纹，损坏不严重的，磨损量较小时，采用电刷镀技术维护比较方便，而且维修效果好。采用电刷镀工艺修复缸体，成本低，操作方便，而且气缸体在常温下就可以进行修复。

镀前处理：用汽油把缸体清洁彻底，用钢丝刷清理施镀部位及其附近的积炭，用砂布打磨施镀面，轴承座孔面用绝缘漆覆盖，防止轴承孔边缘被镀上而导致修磨困难，用丙酮反复擦洗刷镀部位。

刷镀过程：用0# 电净液电净，再分别用2#、3# 活化液活化。用特殊镍打底层，用快速镍恢复尺寸，用低应力镍镀夹层。再用快速镍恢复尺寸，如此反复，直至镀至需要的厚度。

镀后加工：刷镀后要对气缸体的主轴承承孔进行机械加工，加工到结构需要的工作尺寸。

发动机轴瓦的瓦背经常因装配间隙大，轴瓦松动影响发动机的修理质量，可采用刷镀技术来修复，效果良好，操作方便。

2 堆焊技术

堆焊技术是材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于机械零件的制造和表面维护。

堆焊技术的技术原理与传统的焊接技术一样，普通的焊条电弧焊、埋弧焊等焊接方法均可用于堆焊修复。通过堆焊修复的方法可使易损部件获得原有功能，或使已经失效的零部件重新恢复尺寸并获得相应机能。

2.1 堆焊方法

堆焊是利用急速升温的热源将性能优异的合金材料熔敷于工件表面或边缘，进而形成一层耐蚀、耐磨、耐热等优良机能的金属层，不受零件尺寸和修复场地限制，具有适用性广、结合强度高、效率高、成本低等优点。

根据堆焊原理的不同，常见的堆焊方法有以下几种：

①电弧堆焊是手工操纵焊条，通过产生的电弧做热源把填充金属熔敷在基体表面的一种堆焊方法。

②火焰堆焊是用气体火焰做热源把填充金属熔敷在基体表面的一种堆焊方法，常用的气体火焰有氧乙炔火焰。

③等离子弧堆焊是用等离子体弧做热源把填充金属熔敷在基体表面的堆焊方法，常用的有填丝等离子弧堆焊和粉末等离子弧堆焊两大类。

④埋弧堆焊是用焊剂层下连续送进的可熔化焊丝产生的电弧做热源把填充金属熔敷在基体表面的一种堆焊方法。

2.2 堆焊在农机维修中的应用

农业机械中的空压机缸体属于非易损基础件，但有时也会发生破损、裂纹或曲轴主轴承座孔变形等情形，更换整个缸体造价过高，空压机缸体下的裂纹常见的修复有手工电弧堆焊修复，电弧堆焊过程如下：

①焊前将空压机缸体裂纹周围的油污、铁锈清洗干净，并用用氧乙炔火焰加热烘烤深处的油污和水，烘烤加热要均匀。

②在空压机缸体裂纹两端钻止裂孔进行裂纹修整，增大结合强度，用手砂轮沿裂纹方向开U 形坡口，以便于堆焊。

③施焊时使用的焊条选用铜铁焊条，把空压机缸体沿裂纹水平位置放置，焊条运条方向从两端向中间进行，空压机缸体裂纹堆焊完成后，最后焊两端的止裂孔，焊后不必进行机械加工修整。

3 热喷涂技术

热喷涂是利用一种热源把喷涂材料加热至熔融状态，通过气流吹动使其雾化高速喷射到待喷涂部件表面，形成喷涂层的表面加工技术。热喷涂是设备维修和机械制造中常用的表面处理技术。

热喷涂的涂层具有耐蚀、耐磨等功能。与其他表面处理技术相比，热喷涂技术具有工艺简单、操作方便、涂层和基体选择范围广、涂层厚度变化范围大、沉积速率高，容易形成复合涂层等特点。

3.1 热喷涂工艺流程

工件的表面准备→工件的喷涂→工件的喷涂后处理

工艺流程除与设备类型有关外，还与金属、陶瓷和塑料等不同的喷涂材料，以及热源和喷射速度有关，根据熔化金属热源的不同，热喷涂分为氧乙炔火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂、特种喷涂等，要根据实际条件和技术要求选择合适的热喷涂工艺。

3.2 热喷涂在农机维修中的应用

曲轴是柴油发动机的重要零件，曲轴的质量决定着柴油机的运行质量，其检修周期和运行寿命决定柴油机的运行和功率发挥。

发动机曲轴在活塞连杆组运动的惯性力、气体压力等合力作用下，造成曲轴的轴颈磨损增加，从而出现工作性能偏差。润滑过程出现故障，也会使曲轴在前后主轴及个别连杆轴的轴颈表面出现与轴瓦粘连的划痕，为保障发动机正常工作，就需对发动机曲轴进行修复。热喷涂是曲轴修复的常用表面技术。

热喷涂技术对曲轴的修复需要经过：基体表面预处理、喷涂、涂层后处理等工艺过程。

喷涂前对曲轴出现故障的连接面进行表面预处理，净化基材表面，为喷涂提供活性表面，增强喷涂涂层的结合强度。

喷涂中首先检查基体表面是否符合喷涂要求，选用锌、铝作为涂层材料，喷涂时注意涂层是否均匀，以及涂层与基体的结合强度，喷涂飞行粒子应在整个喷涂过程中与工件表面保持垂直，以便于喷涂均匀。

喷涂结束后，首先要使曲轴缓慢冷却，再对曲轴进行机械加工修复，加工到需要的工作尺寸，最后再仔细检查一下涂层是否有脱落和开裂。

4 结语

随着农村农业机械化程度的不断完善，农业机械占比不断加大，农机维修任务不断增加。表面工程技术在农机零部件的制造和维修中的应用将会越来越多，对磨损、腐蚀严重的农机零部件，合理运用表面工程技术来进行维护和修复，能快速达到维修目的，提高农业机械的使用率，进而也能为国家节约大量资金。