修復和改造廢舊機電產品進行的一系列技術措施或工程活動，又稱為再制造工程，是廢舊裝備高技術修復、改造升級的產業(yè)化。裝備再制造已成為國家大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的核心內容之一。國外將再制造產業(yè)稱為“朝陽產業(yè)”。

熱噴涂修復和改造以“尺寸恢復和性能提升”為特色，具有噴涂材料廣泛、基體形狀與尺寸不受限制、涂層厚度容易控制、工藝操作簡單、基體受熱影響小、能賦予零件表面特殊性能等特點，已經作為一種再制造修復成形技術在國防工業(yè)、印刷、航空航天、石油化工、礦山機械、電力等領域得到廣泛重視和應用.

本文圍繞等離子噴涂、高速火焰噴涂與高速電弧噴涂三種技術，介紹工藝的基本原理、特點、發(fā)展以及在再制造領域的一些典型應用，并對熱噴涂技術在再制造領域的發(fā)展前景作了展望。

Ⅰ基于等離子噴涂技術的再制造

等離子噴涂技術始于上世紀50年代末期，是利用等離子弧對噴涂材料進行加熱、加速，最終形成涂層的工藝方法，是熱噴涂技術中熱源溫度合適、能量最集中的工藝方法，具有焰流溫度高、射流速度快的特點，理論上可以噴涂所有具有物理熔點的材料。等離子噴涂技術多用于解決航空、航天領域等高溫部件的修復再制造。基于以上技術工藝的發(fā)展，等離子噴涂技術不但更多的應用于金屬零部件表面抗常溫腐蝕、沖蝕、磨損的再制造，而且在新型熱障涂層、固體氧化物燃料電池、人工關節(jié)涂層、半導體絕緣涂層等領域也有著極大的應用前景[6、7]。

1、用于重載履帶車輛薄壁零部件的再制造

重載履帶車輛傳動、行動和操縱部分表面損傷的零件中有許多薄壁零件，約占60％，這類薄壁零件的內表面通常都承受磨料磨損。例如，主離合器總成中的壓縮輪盤的內表面，與耐磨鑄鐵制造的2個密封環(huán)相配合，服役時，重載履帶車輛揚起的灰塵、砂土等侵入該部位而形成SiO2沙粒的磨料磨損。上世紀70、80年代國內首次應用普通等離子噴涂技術修復重載履帶車輛的薄壁零件，選用鎳包鋁作噴涂底層材料，面層材料主要以鐵基、鎳基合金為主。對經等離子噴涂修復的重載履帶車輛的薄壁零件，分兩批共6輛車進行了裝車考核試驗。結果表明，對于密封環(huán)配合表面，噴涂修復層比新品的耐磨性能提高了2.13倍；對于自壓油擋配合表面，噴涂層的耐磨性比新品提高7.34倍。報廢零件經過等離子噴涂處理，不僅恢復了尺寸，而且延長了使用壽命。

2、重載車輛發(fā)動機活塞裙部的再制造

活塞裙部是活塞組的重要組成部分，它主要起導向、傳熱作用，并承受來自曲柄連桿機構的側向推力。鋁合金活塞在使用過程中，因活塞與缸套的非正常配合運動，致使活塞裙部產生劃傷、磨損，進而影響缸套的壽命。

針對活塞的工況和磨損形式，考慮到基體材質采用超音速等離子噴涂AlSi＋Ni/Al復合涂層對活塞裙部進行修復強化。涂層與基體結合強度大于55MPa，顯微硬度比基體提高2倍以上，經過1100h的臺架考核試驗，得到了活塞裙部的耐磨損性能比基體提高1倍以上，實現(xiàn)了活塞裙部再制造。

3、印刷機械網紋輥的再制造

雕刻網紋輥通常應用在柔性印刷、凹版印刷、高品質的涂布及層壓復合機械上。傳統(tǒng)加工基材一般選用優(yōu)質碳素鋼管，鋼管的壁厚為7～1mm。輥體結構均采用帶軸輥體形式，即用法蘭盤和芯軸與鋼管連接在一起。通過在金屬基輥體表面電鍍銅或電鍍鉻處理后，電刻蝕網紋（著墨孔）。在印刷過程中，刮墨刀的作用會對網紋輥產生一定的磨損，使著墨孔的開口度逐漸變小，同時深度逐漸變淺，網紋輥的傳墨性下降。

針對網紋輥表面高耐磨性的要求，可采用等離子噴涂陶瓷涂層(如Cr2O3、Al2O3涂層)修復傳統(tǒng)鍍鉻失效輥，然后用激光雕刻制成陶瓷網紋輥。采用等離子噴涂技術再制造后的陶瓷網紋輥硬度高（1100～1300HV），在耐磨損、耐腐蝕、親水性能方面都有大幅度提升，印刷圖像清晰、逼真。

4、航空航天發(fā)動機高溫部件的再制造

隨著航空發(fā)動機技術的不斷發(fā)展與性能提升，發(fā)動機的工作溫度也逐步升高。目前先進發(fā)動機的壓氣機出口溫度已達到650℃，燃燒室及加力燃燒室的工作溫度接近2000℃，渦輪進口溫度達到1650～1750℃。這些部位的零件多采用鈦合金、鎳合金等材料制造，承受的溫度有限，往往因高溫疲勞而失效。研究表明，通過調整基體材料的方法提高零部件的使用溫度已經很難有所突破。

熱障涂層是航空、航天領域應用比較成熟的一項強化修復技術，它是通過采用等離子噴涂技術在高溫合金基體表面制備氧化物陶瓷涂層，通過陶瓷涂層的隔熱作用，實現(xiàn)了航空、航天發(fā)動機熱端部件使用溫度（耐溫性能）的提升。航空發(fā)動機葉片、尾翼噴管采用等離子噴涂技術制備MCrAlY－Y2O3/ZrO2雙層結構熱障涂層修復后，零件的隔熱性能比基體提高了50～100℃。

Ⅱ基于高速火焰噴涂（HVOF／HVAF）技術的再制造

２１世紀以來，采用空氣助燃的大氣超音速火焰噴涂系統(tǒng)（HVAF）出現(xiàn)，其焰流溫度較低（1400～1600℃）、粒子速度更快（700～800m/s），在制備Cu基、Al基等易氧化材料涂層及其WC－Co、NiCr－Cr3C2等金屬陶瓷涂層方面顯示出獨特的優(yōu)勢。

超音速火焰噴涂具有粒子速度快，結合強度高，涂層內部為壓應力，可以厚成形（幾個毫米）的特點，超音速火焰噴涂技術適用于各類大型磨損失效軸、輥的再制造，可廣泛應用于航空航天、鋼鐵冶金、石油化工、造紙及生物醫(yī)學等領域損傷部件的再制造。

1、鋼鐵冶金輥類部件的再制造

鋼鐵冶金領域熱鍍鋅槽中的沉沒輥、穩(wěn)定輥，經受嚴重的熔融鋅液腐蝕，使用壽命較短。一般工作1～2周，因輥面腐蝕而產生嚴重的粘鋅渣現(xiàn)象，在鍍鋅過程中對鋼板產生劃傷，影響鍍鋅板質量。對鍍鋅工作輥傳統(tǒng)的修復方法是采用車削減小尺寸修復法，重新獲得好的輥面狀態(tài)。但經幾次加工后，整個輥體因超差而報廢。

采用超音速火焰噴涂技術，在沉沒輥、穩(wěn)定輥上制備80～120μm的WC－12Co涂層，再加上后期的封孔處理。結果表明，涂層孔隙率小于1％，硬度在1000～1100HV之間，具有優(yōu)異的抗粘鋅、耐磨損性能，再制造后輥子的使用壽命從原來的2周提高到7～9周，效果顯著。

2、航空航天起落架等部件的再制造

飛機起落架因在飛機起落階段承受嚴重的沖擊和磨損，通常是在起落架表面鍍硬鉻層，由于鍍鉻層的硬度有限，使起落架的壽命很難滿足要求，報廢嚴重。針對起落架的實際工況，目前國外多采用超音速火焰噴涂技術來修復強化起落架。噴涂材料選用WC－Co、WC－CoCr金屬陶瓷，修復后涂層的硬度比原鍍鉻層高出50％。

3、造紙行業(yè)工作輥的再制造

造紙行業(yè)的工作輥，對輥面的表面粗糙度有較高要求，目前需每隔半個月到4個月精磨一次。由于表面耐磨性不高，輥子的使用周期和壽命受到較大影響。對嚴重磨損的工作輥，采用HVOF在輥體表面制備150μm的WC－Co涂層，涂層孔隙率低于0.5％，硬度比基體材料提高5～6倍，大幅度降低了工作輥的維護成本。

4、石油化工球閥、柱塞等零件的再制造

在石油化工領域，許多球閥、柱塞等零件尺寸大、磨損嚴重，使用壽命較短。例如，工作溫度在540℃，壓力高達140MPa的含有腐蝕性砂漿的管線中的金屬座球閥，球閥材質一般為316或304不銹鋼，經高壓砂漿沖刷后，磨損非常嚴重。嚴重影響了閥門正常通斷功能，有時使用幾周就因磨損需要更換。對這一類球閥零件，采用超音速火焰噴涂WC－Co涂層對其進行尺寸修復再制造。涂層硬度可達1200—1300HV，耐磨粒磨損和沖蝕磨損性能比基體提高3～5倍。