封孔处理技术在装备零部件再制造涂层中的应用

2022-04-22晋玉霞丁紫阳

河南科技 2022年6期

关键词：涂层

晋玉霞丁紫阳

摘要：随着制造业转型升级，装备零部件再制造需求日益增多。在装备零部件再制造过程中，涂层会存在孔隙，影响再制造效果。笔者主要对封孔处理技术在装备零部件再制造涂层中的应用进行研究，介绍了封孔处理技术及常用装备零部件再制造涂层，论述了装备零部件再制造涂层封孔处理的必要性，并在此基础上说明了封孔剂在装备零部件再制造涂层封孔时的要点，最后分析了装备零部件再制造涂层表面封孔处理的前景，为提升再制造涂层性能提供依据。

关键词：封孔处理技术;再制造;装备零部件;涂层;封孔剂

中图分类号：TG178 文献标志码：A 文章编号：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

制造业作为国民经济的支柱产业，在经济发展中发挥着不可替代的作用[1]。但是，传统制造业不仅要消耗巨大的资源，而且会对环境产生污染。推动制造业循环发展、绿色发展，成为制造业转型升级的重要方向之一。再制造不仅有着巨大的绿色财富潜力，而且可以提升传统制造产业的竞争力，增强企业的可持续发展能力。目前，我国每年有大量的装备零部件失效报废，在装备零部件表面制备再制造涂层，不仅可以从源头上减少资源消耗和环境污染，而且能够显著提升装备零部件的性能，具有节能减排、性价比高的特点。生产实践表明：装备零部件再制造涂层存在不同程度的孔隙。为了提升装备零部件再制造涂层的综合性能和使用寿命，对涂层进行封孔处理，以尽可能降低涂层的孔隙率。

1 封孔处理技术

封孔处理技术主要是在涂层表面，通过刷涂、浸渍等方式，实现封闭孔隙的目的[2]。对装备零部件再制造涂层而言，其涂层孔隙不仅会加大杂质进入的倾向降低耐磨性，而且更易与周围环境中的物质发生电化学反应引起腐蚀失效，增加封孔处理，有利于强化涂层的性能。

1.1 封孔处理的作用

封孔处理作为一种后处理技术，其主要作用如下[3]。

1.1.1 封闭作用。通过封孔处理，能够将涂层内部存在的一些气孔、微气孔、微裂纹等缺陷填充封闭，进而提升涂层的耐磨耐腐蝕等性能。

1.1.2 屏蔽作用。将涂层与其所处的环境隔离，减小环境不良因素（如腐蚀性气体、酸性等）条件对涂层内部的影响。

1.1.3 强化作用。采用恰当的封孔处理技术，在实现封孔目的的同时也在涂层上方形成一薄层，进而对涂层表面的性能进行强化。例如，某些涂层采用硬脂酸封孔后，不仅涂层的孔隙率显著降低，而且自润滑性提升。

1.2 封孔处理技术分类

比较常用的封孔处理技术有机械处理封孔、热等静压（HIP）封孔、施釉封孔、封孔剂封孔等。其中机械处理封孔使用范围有限，只有部分装备零部件涂层可以通过机械处理来封闭其表面的贯穿孔。热等静压封孔[4]是在惰性气体环境下，同时加热加压，以提高涂层与基体界面处的扩散速度，从而降低涂层的孔隙率。生产实践证明，该封孔处理技术还能提高涂层的延展性以及表面强度，但是该技术封孔工艺成本偏高，在生产中不易推广应用。施釉封孔[5]是一种常见的降低涂层孔隙率的封孔方法。釉不仅具有一系列的优点，如稳定性好、耐磨、耐腐蚀等，还能在高温、高腐蚀等条件下保持良好的性能，并且适应性较强，通过调整釉料的成分及制备参数即可获得与涂层相匹配的热膨胀系数、抗张强度等。但是该封孔处理技术尚不成熟，只在部分领域应用，通用性不强，在装备再制造表面涂层封孔实际生产中并不常用。理论和实践表明，采用封孔剂对装备再制造涂层进行封孔处理是当前最实用的方法[6-7]。

1.3 封孔剂

封孔剂主要是指在封孔处理过程中所采用的封闭涂层孔隙的材料。目前，国内市场上封孔剂的种类有很多，根据封孔剂形成的机理不同，可分为干燥型、催化型、烘烤型等[8]，其典型应用如表1所示。

在装备零部件再制造涂层封孔处理过程中，封孔剂常采用以下两种类型。

1.3.1 有机封孔剂。主要包括石蜡系列、树脂系列、有机高分子系列等封孔剂，典型的代表如石蜡、环氧树脂、聚四氟乙烯树脂等。

1.3.2 无机封孔剂。主要包括硅酸盐系列、稀土系列、溶胶凝胶系列等封孔剂，典型的代表如硅酸钠、TiO2、铈盐等。

2 常用装备零部件再制造涂层

在实际生产中，装备零部件再制造常采用的涂层制备工艺有电镀、电火花沉积、热喷涂、等离子熔覆、激光熔覆等[9]。不同的裝备零部件再制造工艺，所形成的再制造涂层不同，特点也不同，见表2。

3 装备零部件再制造涂层封孔处理的必要性及应用

虽然再制造涂层的类型很多，各有特点，但是均存在不同程度的涂层孔隙。国内外科研学者为了获得满足需求的再制造涂层，对装备零部件再制造涂层成分、制备工艺展开了一系列的研究，并且取得了很好的效果，但是在制备过程中，不可避免地会产生涂层孔隙。由于很多装备零部件的失效是由腐蚀引起的，所处环境存在腐蚀介质，再制造涂层若含有孔隙，特别是贯穿型的孔隙，腐蚀介质将会与装备零部件基体直接相作用，使零部件基体较快地产生电化学腐蚀。随着时间的延长，腐蚀产物逐渐积累，使装备表面再制造涂层产生龟裂、脱落等，并最终导致涂层失效。涂层中孔隙的存在也会影响涂层的结合强度，影响涂层的残余应力，还会影响涂层的隔热性能及弹性模量等。生产实践表明，通过优化涂层成分配比、涂层制备工艺，可以改善装备再制造涂层的孔隙率，但是并无法彻底避免孔隙，在很多使用工况条件下依然无法最大程度地发挥涂层性能。为了更好地发挥装备表面再制造涂层的性能，有必要对涂层制备后进行封孔处理。

目前，装备零部件再制造涂层的封孔处理常采用封孔剂封孔。封孔剂的选择直接影响封孔效果，为了更好地提升装备零部件涂层的性能，在应用封孔剂进行封孔处理时，需要重点结合以下7个方面的属性考虑。

3.1 渗透性良好

封孔剂应用过程中必须要考虑其渗透性，由于涂层中的孔隙大小不一，对于涂层中孔径比较小的孔隙或微气孔，渗透性差的封孔剂不易渗入，影响封孔效果。因此，要选用渗透性好的封孔剂。

3.2 黏度低

通常封孔剂的黏度不大，黏度过大的封孔剂的流动性差，封孔过程中不利于封孔剂向涂层内部孔隙流动。但是黏度不能太小，否则熔液中固含量过少，封孔有限，无法充分发挥封孔处理的作用。

3.3 化学稳定性好

由于装备零部件所处的工作环境一般比较恶劣，故应用的封孔剂要具有较好的化学稳定性，否则封孔剂容易被环境中的腐蚀介质侵蚀，这样封孔剂就无法发挥封孔作用，造成涂层封孔处理失效。

3.4 与涂层结合牢固

封孔剂与再制造涂层之间的结合力要足够大，两者之间要牢固结合，这样封孔效果才会好，否则在机械作用下封孔剂易脱落或碎裂，降低封孔效果。

3.5 工作温度下性能可靠

某些装备零部件再制造涂层工作温度较高，工作过程中要求封孔剂性能稳定，不会发生熔化、分解等变化。

3.6 不降低涂层原有的性能

所选择的封孔剂不能和涂层、基体之间出现有害化学反应降低涂层的性能。

3.7 安全无毒

为方便涂层的封孔处理，所选择的封孔剂不能有毒性，且对环境无污染。

4 装备零部件再制造涂层表面封孔处理前景分析

磨损与腐蚀是装备零部件失效的主要形式，国内每年因磨损与腐蚀造成的损失高达上万亿元。磨损会导致装备零部件尺寸减小、工件表面被破坏，致使装备零部件强度降低、运行阻力增大，当磨损到一定程度便会影响装备零部件正常使用甚至报废。腐蚀主要是破坏装备零部件表面光洁度，腐蚀严重时会大幅度减小装备零部件几何尺寸。当磨损与腐蚀同时存在时，会导致装备零部件报废更快。因此，必须尽快寻求一种以节约资源、保护环境为特色的发展方式来解决装备零部件的磨损腐蚀现象。在当今绿色环保、可持续发展、循环再利用的社会大背景下，再制造凭借自身节能、降耗、高效、环保、性价比高的特点成为制造业转型升级的发展方向。

再制造作为制造产业链的延伸[10]，不仅是传统制造业的升级，也是先进制造和绿色制造的一部分。国家出台了一系列支持再制造发展的政策，例如，《中国制造2025》中明确提出：“大力发展再制造产业，促进再制造产业持续健康发展”[11]。再制造作为国家战略新兴产业之一，高度契合了国家发展循环经济的战略[12]。当前，世界各国对再制造越来越重视，纷纷将其作为新的经济增长点，开展了一系列的推广应用，以抢占科技和产业制高点。近年来，我国越来越多的企业为提升市场竞争力，积极研发再制造技术，开发再制造产品。

我国作为装备机械大国，每年不仅制造数以万计的装备零部件，也会报废大量的装备零部件。再制造不仅是实现报废装备零部件资源循环利用的最佳途径，而且有利于节能降耗减排，对我国发展循环经济具有重大意义。有关统计表明，我国工程机械主要品种保有量已突破900万台，而且大量机械进入了报废期，这为装备零部件再制造提供了充足的需求。实践表明：装备零部件再制造涂层或多或少会出现孔隙，而涂层基材的耐蚀性与孔隙密切相关，孔隙腐蚀被认为是最常见的失效类型之一。装备零部件再制造过程中形成的孔隙严重地影响涂层的耐腐蚀性，限制其在工业中的应用。针对这一问题主要有两种解决方法，一是重新制备新的耐蚀涂层，二是降低涂层孔隙率，前者实施起来需要耗费巨大的人力和财力。近年来，研究者们提出了许多方法来降低涂层孔隙率，如封孔处理、激光重熔、热处理等。其中，封孔处理作为一种后处理技术，因其成本低、操作便捷等优势备受青睐。

综上，国家大力支持再制造发展，加之装备零部件再制造巨大的市场需求及技术可行性，封孔处理在装备零部件再制造涂层制备过程中应用前景广阔。

5 结语

在建设资源节约型、环境友好型社会的时代背景下，装备零部件再制造逐渐成为一种趋势。装备零部件再制造过程中，應用封孔处理技术，可以显著降低装备再制造表面涂层的孔隙率，延长涂层的使用寿命，提高装备零部件服役时间，降低企业成本，对推动装备制造产业发展、提升装备再制造水平具有重要意义。

参考文献：

[1] 翟延源.“十四五”循环经济发展规划发布再制造迎来发展新机遇[J].表面工程与再制造，2021，21（6）：66.

[2] 朱无言.封孔处理对热喷涂金属涂层耐腐蚀性能影响研究[D].扬州：扬州大学，2021.

[3] 刘明明.封孔处理对HVOF铁基非晶涂层的腐蚀和冲蚀行为的影响研究[D].合肥：中国科学技术大学，2019.

[4] 黄国超，张绪虎，姚草根，等.热等静压处理温度对一种高性能粉末高温合金组织和性能的影响[J].材料热处理学报，2022，43（1）：68-74.

[5] 李婷.镁合金微弧氧化陶瓷层表面无机封孔层的制备与表征[D].西安：西安理工大学，2018.

[6] 王敏，赵岗平，王延兵，等.液压缸镀铬层封孔生产线设计及应用[J].航天制造技术，2021（3）：45-48.

[7] 南健，代雪婷.铸镁壳体零件封孔修复技术研究[J].材料保护，2021，54（3）：149-152.

[8] 徐滨士，刘世参.表面工程技术手册：上[M].北京：化学工业出版社，2009：280.