封孔處理技術(shù)在裝備零部件再制造涂層中的應(yīng)用

晉玉霞 丁紫陽(yáng)

摘 要：隨著制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，裝備零部件再制造需求日益增多。在裝備零部件再制造過(guò)程中，涂層會(huì)存在孔隙，影響再制造效果。筆者主要對(duì)封孔處理技術(shù)在裝備零部件再制造涂層中的應(yīng)用進(jìn)行研究，介紹了封孔處理技術(shù)及常用裝備零部件再制造涂層，論述了裝備零部件再制造涂層封孔處理的必要性，并在此基礎(chǔ)上說(shuō)明了封孔劑在裝備零部件再制造涂層封孔時(shí)的要點(diǎn)，最后分析了裝備零部件再制造涂層表面封孔處理的前景，為提升再制造涂層性能提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：封孔處理技術(shù);再制造;裝備零部件;涂層;封孔劑

中圖分類(lèi)號(hào)：TG178 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）6-0037-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.008

Application of Sealing Treatment Technology in Remanufacturing Coating of Equipment Parts

JIN Yuxia ? ?DING Ziyang

（Zhengzhou Technical College， Zhengzhou 450121，China）

Abstract： With the transformation and upgrading of the manufacturing industry， the remanufacturing of equipment parts is increasing. During the remanufacturing process of equipment parts， there will be pores in the coating， which will affect the remanufacturing effect. This paper mainly studies the application of sealing treatment technology in the remanufacturing coating of equipment parts， introduces the sealing treatment technology and the remanufacturing coating of common equipment parts， and discusses the necessity of sealing treatment for the remanufacturing coating of equipment parts. On this basis， the main points of the sealing agent in the remanufacturing coating sealing of equipment parts are explained. Finally， the prospect of the surface sealing treatment of the remanufacturing coating of the equipment parts is analyzed， which can provide suggestions for improving the performance of the remanufacturing coating.

Keywords： sealing treatment technology; remanufacturing; equipment parts; coating; sealing agent

0 引言

制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用[1]。但是，傳統(tǒng)制造業(yè)不僅要消耗巨大的資源，而且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。推動(dòng)制造業(yè)循環(huán)發(fā)展、綠色發(fā)展，成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向之一。再制造不僅有著巨大的綠色財(cái)富潛力，而且可以提升傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，增強(qiáng)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。目前，我國(guó)每年有大量的裝備零部件失效報(bào)廢，在裝備零部件表面制備再制造涂層，不僅可以從源頭上減少資源消耗和環(huán)境污染，而且能夠顯著提升裝備零部件的性能，具有節(jié)能減排、性價(jià)比高的特點(diǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐表明：裝備零部件再制造涂層存在不同程度的孔隙。為了提升裝備零部件再制造涂層的綜合性能和使用壽命，對(duì)涂層進(jìn)行封孔處理，以盡可能降低涂層的孔隙率。

1 封孔處理技術(shù)

封孔處理技術(shù)主要是在涂層表面，通過(guò)刷涂、浸漬等方式，實(shí)現(xiàn)封閉孔隙的目的[2]。對(duì)裝備零部件再制造涂層而言，其涂層孔隙不僅會(huì)加大雜質(zhì)進(jìn)入的傾向降低耐磨性，而且更易與周?chē)h(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起腐蝕失效，增加封孔處理，有利于強(qiáng)化涂層的性能。

1.1 封孔處理的作用

封孔處理作為一種后處理技術(shù)，其主要作用如下[3]。

1.1.1 封閉作用。通過(guò)封孔處理，能夠?qū)⑼繉觾?nèi)部存在的一些氣孔、微氣孔、微裂紋等缺陷填充封閉，進(jìn)而提升涂層的耐磨耐腐蝕等性能。

1.1.2 屏蔽作用。將涂層與其所處的環(huán)境隔離，減小環(huán)境不良因素（如腐蝕性氣體、酸性等）條件對(duì)涂層內(nèi)部的影響。

1.1.3 強(qiáng)化作用。采用恰當(dāng)?shù)姆饪滋幚砑夹g(shù)，在實(shí)現(xiàn)封孔目的的同時(shí)也在涂層上方形成一薄層，進(jìn)而對(duì)涂層表面的性能進(jìn)行強(qiáng)化。例如，某些涂層采用硬脂酸封孔后，不僅涂層的孔隙率顯著降低，而且自潤(rùn)滑性提升。

1.2 封孔處理技術(shù)分類(lèi)

比較常用的封孔處理技術(shù)有機(jī)械處理封孔、熱等靜壓（HIP）封孔、施釉封孔、封孔劑封孔等。其中機(jī)械處理封孔使用范圍有限，只有部分裝備零部件涂層可以通過(guò)機(jī)械處理來(lái)封閉其表面的貫穿孔。熱等靜壓封孔[4]是在惰性氣體環(huán)境下，同時(shí)加熱加壓，以提高涂層與基體界面處的擴(kuò)散速度，從而降低涂層的孔隙率。生產(chǎn)實(shí)踐證明，該封孔處理技術(shù)還能提高涂層的延展性以及表面強(qiáng)度，但是該技術(shù)封孔工藝成本偏高，在生產(chǎn)中不易推廣應(yīng)用。施釉封孔[5]是一種常見(jiàn)的降低涂層孔隙率的封孔方法。釉不僅具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如穩(wěn)定性好、耐磨、耐腐蝕等，還能在高溫、高腐蝕等條件下保持良好的性能，并且適應(yīng)性較強(qiáng)，通過(guò)調(diào)整釉料的成分及制備參數(shù)即可獲得與涂層相匹配的熱膨脹系數(shù)、抗張強(qiáng)度等。但是該封孔處理技術(shù)尚不成熟，只在部分領(lǐng)域應(yīng)用，通用性不強(qiáng)，在裝備再制造表面涂層封孔實(shí)際生產(chǎn)中并不常用。理論和實(shí)踐表明，采用封孔劑對(duì)裝備再制造涂層進(jìn)行封孔處理是當(dāng)前最實(shí)用的方法[6-7]。

1.3 封孔劑

封孔劑主要是指在封孔處理過(guò)程中所采用的封閉涂層孔隙的材料。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上封孔劑的種類(lèi)有很多，根據(jù)封孔劑形成的機(jī)理不同，可分為干燥型、催化型、烘烤型等[8]，其典型應(yīng)用如表1所示。

在裝備零部件再制造涂層封孔處理過(guò)程中，封孔劑常采用以下兩種類(lèi)型。

1.3.1 有機(jī)封孔劑。主要包括石蠟系列、樹(shù)脂系列、有機(jī)高分子系列等封孔劑，典型的代表如石蠟、環(huán)氧樹(shù)脂、聚四氟乙烯樹(shù)脂等。

1.3.2 無(wú)機(jī)封孔劑。主要包括硅酸鹽系列、稀土系列、溶膠凝膠系列等封孔劑，典型的代表如硅酸鈉、TiO2、鈰鹽等。

2 常用裝備零部件再制造涂層

在實(shí)際生產(chǎn)中，裝備零部件再制造常采用的涂層制備工藝有電鍍、電火花沉積、熱噴涂、等離子熔覆、激光熔覆等[9]。不同的裝備零部件再制造工藝，所形成的再制造涂層不同，特點(diǎn)也不同，見(jiàn)表2。

3 裝備零部件再制造涂層封孔處理的必要性及應(yīng)用

雖然再制造涂層的類(lèi)型很多，各有特點(diǎn)，但是均存在不同程度的涂層孔隙。國(guó)內(nèi)外科研學(xué)者為了獲得滿足需求的再制造涂層，對(duì)裝備零部件再制造涂層成分、制備工藝展開(kāi)了一系列的研究，并且取得了很好的效果，但是在制備過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生涂層孔隙。由于很多裝備零部件的失效是由腐蝕引起的，所處環(huán)境存在腐蝕介質(zhì)，再制造涂層若含有孔隙，特別是貫穿型的孔隙，腐蝕介質(zhì)將會(huì)與裝備零部件基體直接相作用，使零部件基體較快地產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕產(chǎn)物逐漸積累，使裝備表面再制造涂層產(chǎn)生龜裂、脫落等，并最終導(dǎo)致涂層失效。涂層中孔隙的存在也會(huì)影響涂層的結(jié)合強(qiáng)度，影響涂層的殘余應(yīng)力，還會(huì)影響涂層的隔熱性能及彈性模量等。生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過(guò)優(yōu)化涂層成分配比、涂層制備工藝，可以改善裝備再制造涂層的孔隙率，但是并無(wú)法徹底避免孔隙，在很多使用工況條件下依然無(wú)法最大程度地發(fā)揮涂層性能。為了更好地發(fā)揮裝備表面再制造涂層的性能，有必要對(duì)涂層制備后進(jìn)行封孔處理。

目前，裝備零部件再制造涂層的封孔處理常采用封孔劑封孔。封孔劑的選擇直接影響封孔效果，為了更好地提升裝備零部件涂層的性能，在應(yīng)用封孔劑進(jìn)行封孔處理時(shí)，需要重點(diǎn)結(jié)合以下7個(gè)方面的屬性考慮。

3.1 滲透性良好

封孔劑應(yīng)用過(guò)程中必須要考慮其滲透性，由于涂層中的孔隙大小不一，對(duì)于涂層中孔徑比較小的孔隙或微氣孔，滲透性差的封孔劑不易滲入，影響封孔效果。因此，要選用滲透性好的封孔劑。

3.2 黏度低

通常封孔劑的黏度不大，黏度過(guò)大的封孔劑的流動(dòng)性差，封孔過(guò)程中不利于封孔劑向涂層內(nèi)部孔隙流動(dòng)。但是黏度不能太小，否則熔液中固含量過(guò)少，封孔有限，無(wú)法充分發(fā)揮封孔處理的作用。

3.3 化學(xué)穩(wěn)定性好

由于裝備零部件所處的工作環(huán)境一般比較惡劣，故應(yīng)用的封孔劑要具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，否則封孔劑容易被環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)侵蝕，這樣封孔劑就無(wú)法發(fā)揮封孔作用，造成涂層封孔處理失效。

3.4 與涂層結(jié)合牢固

封孔劑與再制造涂層之間的結(jié)合力要足夠大，兩者之間要牢固結(jié)合，這樣封孔效果才會(huì)好，否則在機(jī)械作用下封孔劑易脫落或碎裂，降低封孔效果。

3.5 工作溫度下性能可靠

某些裝備零部件再制造涂層工作溫度較高，工作過(guò)程中要求封孔劑性能穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生熔化、分解等變化。

3.6 不降低涂層原有的性能

所選擇的封孔劑不能和涂層、基體之間出現(xiàn)有害化學(xué)反應(yīng)降低涂層的性能。

3.7 安全無(wú)毒

為方便涂層的封孔處理，所選擇的封孔劑不能有毒性，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

4 裝備零部件再制造涂層表面封孔處理前景分析

磨損與腐蝕是裝備零部件失效的主要形式，國(guó)內(nèi)每年因磨損與腐蝕造成的損失高達(dá)上萬(wàn)億元。磨損會(huì)導(dǎo)致裝備零部件尺寸減小、工件表面被破壞，致使裝備零部件強(qiáng)度降低、運(yùn)行阻力增大，當(dāng)磨損到一定程度便會(huì)影響裝備零部件正常使用甚至報(bào)廢。腐蝕主要是破壞裝備零部件表面光潔度，腐蝕嚴(yán)重時(shí)會(huì)大幅度減小裝備零部件幾何尺寸。當(dāng)磨損與腐蝕同時(shí)存在時(shí)，會(huì)導(dǎo)致裝備零部件報(bào)廢更快。因此，必須盡快尋求一種以節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境為特色的發(fā)展方式來(lái)解決裝備零部件的磨損腐蝕現(xiàn)象。在當(dāng)今綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展、循環(huán)再利用的社會(huì)大背景下，再制造憑借自身節(jié)能、降耗、高效、環(huán)保、性價(jià)比高的特點(diǎn)成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展方向。

再制造作為制造產(chǎn)業(yè)鏈的延伸[10]，不僅是傳統(tǒng)制造業(yè)的升級(jí)，也是先進(jìn)制造和綠色制造的一部分。國(guó)家出臺(tái)了一系列支持再制造發(fā)展的政策，例如，《中國(guó)制造2025》中明確提出：“大力發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展”[11]。再制造作為國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一，高度契合了國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略[12]。當(dāng)前，世界各國(guó)對(duì)再制造越來(lái)越重視，紛紛將其作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，開(kāi)展了一系列的推廣應(yīng)用，以搶占科技和產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。近年來(lái)，我國(guó)越來(lái)越多的企業(yè)為提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，積極研發(fā)再制造技術(shù)，開(kāi)發(fā)再制造產(chǎn)品。

我國(guó)作為裝備機(jī)械大國(guó)，每年不僅制造數(shù)以萬(wàn)計(jì)的裝備零部件，也會(huì)報(bào)廢大量的裝備零部件。再制造不僅是實(shí)現(xiàn)報(bào)廢裝備零部件資源循環(huán)利用的最佳途徑，而且有利于節(jié)能降耗減排，對(duì)我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重大意義。有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)工程機(jī)械主要品種保有量已突破900萬(wàn)臺(tái)，而且大量機(jī)械進(jìn)入了報(bào)廢期，這為裝備零部件再制造提供了充足的需求。實(shí)踐表明：裝備零部件再制造涂層或多或少會(huì)出現(xiàn)孔隙，而涂層基材的耐蝕性與孔隙密切相關(guān)，孔隙腐蝕被認(rèn)為是最常見(jiàn)的失效類(lèi)型之一。裝備零部件再制造過(guò)程中形成的孔隙嚴(yán)重地影響涂層的耐腐蝕性，限制其在工業(yè)中的應(yīng)用。針對(duì)這一問(wèn)題主要有兩種解決方法，一是重新制備新的耐蝕涂層，二是降低涂層孔隙率，前者實(shí)施起來(lái)需要耗費(fèi)巨大的人力和財(cái)力。近年來(lái)，研究者們提出了許多方法來(lái)降低涂層孔隙率，如封孔處理、激光重熔、熱處理等。其中，封孔處理作為一種后處理技術(shù)，因其成本低、操作便捷等優(yōu)勢(shì)備受青睞。

綜上，國(guó)家大力支持再制造發(fā)展，加之裝備零部件再制造巨大的市場(chǎng)需求及技術(shù)可行性，封孔處理在裝備零部件再制造涂層制備過(guò)程中應(yīng)用前景廣闊。

5 結(jié)語(yǔ)

在建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的時(shí)代背景下，裝備零部件再制造逐漸成為一種趨勢(shì)。裝備零部件再制造過(guò)程中，應(yīng)用封孔處理技術(shù)，可以顯著降低裝備再制造表面涂層的孔隙率，延長(zhǎng)涂層的使用壽命，提高裝備零部件服役時(shí)間，降低企業(yè)成本，對(duì)推動(dòng)裝備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展、提升裝備再制造水平具有重要意義。

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