钢铁零部件的修复方法和氧化铜粘结剂

2015年第1期

doi：10．3969/j．issn1002－2538．2015．01．069

农机使用与维修

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钢铁零部件的修复方法和氧化铜粘结剂

张志勇

（漳州台商投资区角美镇农机站，福建漳州363107）

绝大部分的机械设备是由钢铁零部件组合而成的，对某一钢铁件的损伤来说可能有几种修复方法，究竟采用那一

种修复方法是最合理的，使所选定的修复方法在技术上是可行的，在质量上是可靠的，在经济上是廉价的。本文对钢铁零摘

要

修补层的耐磨性、修补后对零部件疲劳强度的影响）和它部件在修复工艺中应评定的机械性能三个指标（修补层结合强度、的经济性做一陈述，同时也简介一下如何调制氧化铜粘结剂修复需要耐高温的钢铁零部件的工艺。关键词

钢铁零部件修复方法

氧化铜粘结剂

一、钢铁零部件的修复方法

如何选择对零部件损伤的修复方法，主要依据是采用这些方法所得到金属修补层的机械性能，评定它的三个主要指标是：

1．修补层与基体金属的结合强度

结合强度是评定修补层质量的首要指标。如果修补层的结合强度不够，在使用中脱皮或滑圈，那么其他方面的性能也就谈不上了。修补层的结合强度是一个比较复杂的问题，它不仅与修复工艺和修补层本身的性能有关，而且也与零件的形状、刚性、表面状态、工作条件等都有密切的关系。结合强度按试验方法可分为：抗拉结合强度、抗剪结合强度、抗扭转结合强度等。其中抗拉强度比较真实地反映修补层与基体金属的结合力。抗剪强度受零件表面状态的影响较大，较能反映修补层的实际工作情况。

以下是各种修补工艺后修补层与基体金属的抗拉强度试验结果，供参考。

2

手工电弧焊后的修补层其抗拉强度为72kg/mm，埋2

弧焊后的修补层其抗拉强度为74kg/mm，振动堆焊后的2

修补层其抗拉强度为50kg/mm，镀铬后的修补层其抗拉2

强度为49kg/mm，金属喷涂后的修补层其抗拉强度为

应当指出，电镀、喷涂、堆焊层承受接触应力的能力都不高。因此，某些钢铁件如齿轮的齿面、滚动轴承与滚珠接触的表面都不宜用这些方法修复。

2．修补层的耐磨性

实践证明了镀铬层的硬度最高，相对耐磨。在航空、造船、汽车和拖拉机制造和修理上，镀铬作为耐磨层用的较为广泛。对于发动机的气缸，镀铬是提高耐磨性的最有镀铬层的磨合性是比较差的。效的方法之一。但是，

振动堆焊层的磨合性和耐磨性都比较好，它的耐磨性相当于45号钢淬硬层的80%～90%。大量振动堆焊曲轴的使用情况也证明是这样。

镀铁层的磨合性和耐磨性与振动堆焊差不多，相当45号钢淬硬层的70%～80%。现在采用低温不对称交——直流镀铁，流—已能得到硬度在HV600以上不脱落的镀其耐磨性将进一步提高。层，

埋弧焊层的磨合性与焊丝成分、熔剂的化学成分以及焊后的热处理等都有关系。在熔剂里加铬铁及石墨，堆焊层的耐磨性相当于45号钢淬硬层的80%左右。

金属喷涂层的磨合性特别好。颗粒性的结构，在磨合中磨合得快，掉下的磨屑也较多。但当零件迅速磨合后，由于喷涂层吸附油膜的能力强，在长期使用中磨耗率还是比较低的。用喷涂法修复的发动机曲轴，其使用里程相当于新曲轴的80%～90%。

3．修补层对零件疲劳强度的影响

许多重要的钢铁零件都是在交变载荷下工作的。修补层对零件疲劳强度的影响是一个很重要的指标。它不仅影响到零件的寿命，而且关系到机械设备的安全。比如，由于振动堆焊降低零件的疲劳强度比较多，因此一般常规是不焊机械设备（特别是车辆）的转向节。

各种修补工艺后的修补层对零件疲劳强度影响的试验数据，以45号钢正常化试棒的疲劳强度为准，所降低的

2kg/mm2，胶粘后的修补层其抗拉强度仅为1kg/mm2。

埋弧堆焊和手工电弧焊的抗拉结合强度最高，在70kg/mm2以上。振动堆焊层的结合强度比电弧焊的低是由于熔深浅、焊接缺陷多并有较大的内应力，镀铬层的结合强度相当高，和振动堆焊差不多，喷涂层的结合强度低，仅为电弧焊接的三十几分之一。胶粘的结合强度更小。

修补层本身的强度与结合强度也是分不开的。比如，在发动机曲轴上的喷涂层，在冷却收缩时产生的应力如果超过喷涂层本身的抗拉强度，它就会胀裂脱壳。当镀铬层很薄时它的结合强度就很好，随着厚度增加和内应力的加大，镀层的结合强度和镀层本身的抗拉强度就都变坏了。

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百分数如下：

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状溶液，然后再在120～140℃下保湿烘干4h。冷却后比即成无水磷酸。重为1．9左右，

（2）每1mL无水磷酸与4g氧化铜粉调和，在厚铜板上进行，用竹片调合均匀至能拉成10mm长的丝即可使用（铜板和竹片用完后，立即用水冲洗干净）。

除使用专用设备调制外，每一次调制量氧化铜粉最好不要超过10g。如需要量大，可用几块铜板同时调和。这如一次调制过是由于氧化铜与磷酸的反应是放热反应，

多，温度突然上升，粘结剂会冒烟立即固化而无法使用。为了减缓磷酸铜的固化过程，延长粘结剂的使用期限，可在无水磷酸里加入少量的氢氧化铝（对粘接力无影响）。

氧化铜粉和无水磷酸应放在磨口瓶里以防吸潮。长期存放后，在使用前应分别将它们在120～140℃的温度下烘干2h。否则会因氧化铜粉和磷酸含有水分，在调和时迅速固化而不能使用。

3．粘结工艺

氧化铜粘结剂粘补零件的工艺对零件表面的要求较低。粘结前应清理工件的表面除去油、锈和水分。粘合面粗糙一些好，适宜的光洁度为▽1～▽3，零件表面经喷砂或磷化处理后其粘固效果会更好。

粘固的适宜间隙为0．1～0．25mm。粘结剂太薄或过会影响粘结强度。因此对工件的裂纹处可开深1mm、厚，

宽3mm的V型糟后，用氧化铜粘结剂填补。对于裂纹长度较长应视工件所起的功用，需要保证工件强度的应附双球键”进行粘补。解决穿孔问题应视孔径大小或进加”

行铰孔或采取镶螺塞的方法。在固化过程中氧化铜粘结剂的体积略有胀大可用于镶螺塞、管子接头的防止渗漏、套接折断的钻头、粘硬质合金刀头以及粘结轴与皮带轮，代替键连接等等（设计接头时应尽可能采用套接或镶接的形式）。

粘结后的工件在室温硬化24h即可使用。如能在室温硬化4h后再放入烘箱，在60～80℃下硬化3～6h则效果更好。必须注意在粘结剂已开始硬化后，工件的两粘合否则将影响粘结强度。面不能再相对移动，

氧化铜无机粘结剂的特点是能耐高温到600℃。若在氧化铜粘结剂内加入为氧化铜用量0．5%～1%的氧化0．5%～1%的氧化钛（TiO2）及1%的铸铁粉钴（Co2O3）、

（120目），则可使粘固的耐温性提高至1000℃左右。

氧化铜粘结剂在固化前溶于水而固化后不溶于水，并且耐油、耐酸、但不耐强碱（粘结好的零件如要拆开，可以浸在火碱（NaOH）溶液里，将粘结剂溶解）。氧化铜粘结剂的缺点是性脆、不耐冲击。

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喷涂层降低14%，电弧焊层降低21%，镀铬降低25%，镀铁降低29%，振动堆焊降低38%。修补层使零件疲劳强度降低的主要原因是：零件表面受到损伤；表面准备时将零件车（磨）细了；修补层与零件表面之间有很大的内应力。因此，振动堆焊和镀铁层对零件的疲劳影响较大而喷涂层则最小。

以上给出的数据，只能作为比较各种修补工艺后的修补层对零件疲劳强度影响趋势的参考。比如：喷涂层对零件疲劳强度影响较大，但由于喷涂前需将零件表面车去1～2mm，第二次修复时零件的强度会降低的较多。镀铬及如果镀层很薄或者镀后进行一次减小内应力的热镀铁时，

处理，都可降低对零件疲劳强度的影响。手工电弧焊层及埋弧焊层如加滚压强化，零件的疲劳强度还有可能提高。

4．修复方法的经济合理性

选择零件的修复方法时应考虑经济合理性，但经济合要有整体与全局观点。为理性不能只从一个零件上考虑，

了缩短停工时间提高机械设备的完好率，应当适宜修复更换下来的旧件。随着工业化水平和劳动生产率的提高，配对零件修复的要求也越来越件制造成本降低和质量改进，

高。有些零件的修复在现在看来是必要的或合理的，将来也许会变成不必要的或不合理的。

修复成本与批量有密切的关系。例如：发动机的活塞销制造成本很低，修复在经济上似乎是不合理，但如集中大量活塞销，采用胀大无心磨削的方法修复，其修复成本还是会低于制造成本的。

二、氧化铜粘结剂

某些需要耐高温的主要零部件在制造或使用过程中往往会出现裂纹（痕），该如何保质修复？建议采用氧化铜粘结剂进行修复。

1．氧化铜粘结剂的化学成份

氧化铜粘结剂是由粒度为320目的化学纯氧化铜粉和比重1．7的正（无水）磷酸调和而成，磷酸铜吸收水分后其化学式：3CuO+2H3PO4→成为结晶水化物而固化，

Cu3（PO4）2+3H2O。这个化学反应与制造“硅酸盐水泥”。磷酸铜是类似的，氧化铜加磷酸实质上就是一种“水泥”与钢铁零件表面接触，铁与铜发生置换反应更增加了粘合的强度。因此可用它填裂、堵漏和粘合零件，它是修复发动机燃烧室零配件的上等用料。

2．调制氧化铜粘结剂

（1）先将磷酸进行无水处理：每100g磷酸加入6～8g氢氧化铝，调匀后加热到120～140℃，使之成为浅橙钯油