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耐磨涂料在机床导轨修复中的应用
时间:2005-06-30
机床导轨及其它摩擦副，在长期的使用过程中，由于两个接触面存在不同程度的摩擦，使摩擦副表面产生不同程度的磨损，严重时影响机床的加工精度和生产效率。对机床和其它磨损部位的修复，通常采用金属板和高分子材料镶贴或更换等方法，不仅需要进行大量精确的加工制造，而且常需要对加工面进行人工刮研，修复工作工序多，工期长。近年来，在对龙门铣床导轨的修复中，洛铜对耐磨涂料进行了探讨和实验，获得了成功。
一、耐磨涂料的概念
耐磨涂料在摩擦副中的作用是有效地保护另一面不被磨损或减少磨损。
而机床导轨耐磨涂料是一种自身具有良好润滑条件和相应抗机械作用力的固体涂料，它既能弥补两接触面由于摩擦而造成的磨损缺陷，又能使两个相对运动面具有良好的润滑减磨作用。同时，耐磨涂料对进入摩擦副两接触面间的金属杂物还应当具有一定的预埋性。
二、耐磨涂料的组成
1、粘结剂是组成耐磨涂料的重要成分，其作用是将涂料中其它组分牢固地粘结在一起，并与基体产生良好的粘结力，使之在基体表面形成牢固的涂层。为便于施工，粘结剂应具有较好的流动性和室温固化性能。耐磨涂料用的粘结剂，一般采用典型的结构粘结剂，如环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等。
2、润滑剂润滑剂是提高耐磨涂料润滑减磨性能的主要组分，使涂料具有较小的摩擦系数和自
润滑特性。用于耐磨涂料的固体润滑材料有胶体二硫化钼、胶状石墨粉和一些粉状高分子聚合物等。
3、增强剂增强剂一般采用还原铁粉、氧化铜粉、石英粉和一些其它金属粉末，可在一定程度上提高涂料的机械强度和表面硬度，改善涂料的抗磨性能。
三、耐磨涂料的反应机理
1、粘结剂的反应机理在组成涂料的所有成分中，最主要的活性成分材料是粘结剂，其它材料都是非活性填充材料，故耐磨涂料的固化反应机理主要在于粘结剂。实践中，我们选用的粘结剂为双酚A型低分子量环氧树脂。
环氧树脂固化后的技术性能与采用的固化剂品种和固化用量有关，不同的固化剂与环氧树脂的反应机理不同。最常用的固化剂为多元胺类固化剂。当环氧树脂与脂肪族多元胺类固化剂反应时，其反应类型如下。
当伯胺与环氧树脂反应时，使树脂的环氧基破坏生成仲胺；仲胺继续与环氧基反应生成叔胺；仲胺与叔胺分子中的羟基与环氧基起醚化反应；最后生成巨大的网状结构，使环氧树脂不熔，具有优良性能的环氧塑料。
2、润滑原理耐磨涂料中的固体润滑材料通常选用二硫化钼和石墨。二硫化钼是一种金属硫化物，一般用作润滑材料的二硫化钼颗粒很细，其直径约在10μm以下，属于分散系中的胶体物质，也叫胶体二硫化钼。二硫化钼具有优良的润滑性能，呈六角形晶体层状结构，其分子排列的规律为外层是硫原子，中间是钼原子。当胶体二硫化钼分子分布于一对摩擦副的接触面时，即在表面形成分子层。
由于MoS2颗粒很细，与基体有良好的吸附能力，而Mo原子和S原子的结合是化学键结合，因此非常牢固。但分子层之间的S原子自身间的结合能力极弱，从而产生了界面分子极易移动的良好润滑条件。其实，二界面之间基体表面各吸附一层分子层。从微观角度讲，虽然只是极薄的一层，亦形成了极易滑动的界面。实际应用中，MoS2层要厚得多，存在n个分子层，这样，就有（n－1）个极易滑动的界面，从而使二摩擦面具有十分良好的润滑条件。
3、填料作用耐磨涂料中加入适量的增强剂（主要成分是铁粉和石英粉）和稀料，可增强涂料的机械强度和耐磨性，以及改善涂料的耐冲击韧性和不均匀剥离性能。施工中，如果填料的用量不当，会引起涂料的粘结能力和机械强度的降低。
四、耐磨涂料在龙门铣床导轨修复中的应用
洛铜龙门铣床是"一五"期间前苏联制造的设备，导轨总长8.5m。传动原理见图1。
1、耐磨涂层厚度的确定测量磨损厚度，以确定修复的加工量及所需耐磨涂料的厚度。
耐磨涂料层的厚度：H＝H1－H2（mm）
通过认真测绘，考虑蜗杆、蜗轮的正常啮合条件，确定耐磨涂料层的厚度为（9.9±0.1）mm。施工时，为了精确控制耐磨涂料层的厚度，制作了厚度为（9.7±0.05）mm的压条，预先粘贴在床身上。
先将压条贴在床身导轨面上，将配好且搅拌均匀的耐磨涂料均匀地涂复在导轨面上，压上压板，用手锤不停地沿箭头方面敲击压板，使多余涂料从外侧溢出。
2、床身（基体）表面脱油清洗脱油清洗是保证耐磨涂料层与基体牢固粘合的重要一环。在旧设备上施工时，一般先用汽油进行粗洗，对基体表面的浮油脏物进行一般的清洗，然后再用NaOH、Na3PO4、Na2CO3和水配制的清洗液（加热至60℃～80℃）进行碱洗脱油，直至全部去油，再用热水冲洗两遍擦干，最后用四氯化碳和丙酮擦试1～2遍。
3、涂复隔离剂涂料固化后，为了便于起模，施工前应在压板的工作面上涂抹隔离剂。隔离剂一般由有机玻璃屑和氯仿或过氯乙烯树脂和丙酮配制而成。
4、配制、涂复耐磨涂料按比例将各种成分配合搅拌均匀，涂复在修复面处，用压板压实，固化后（一般为24h～36h）起模。
5、修复起模后，修复存在的缺陷部分，确保涂层表面光洁平整，色泽一致，质量均匀，无大的气孔等缺陷。
为了改善耐磨涂料的润滑条件，根据原设备的润滑原理，在涂层表面设计了一次成型的润滑油槽，减少了机加工程序。
润滑原理：床身在导轨上往复运动时，耐磨涂料层将喷油钢球压下，润滑油喷出，充溢喷油槽4，随着床身的滑动，润滑油充满润滑油槽1，润滑整个摩擦面。施工时，制作了油槽模型，粘在压板的工作面上，直接成型。为了起模后易于取出油槽模型，将油槽模型制作成梯形（油槽截面），并且在模型的四周涂擦隔离剂。
洛铜于1993年、2004年两次利用耐磨涂料修复法对龙门铣床导轨面进行修复，第一次修复后使用了10年。另还对C630车床、G607锯床、C616车床的导轨面进行了修复，一般使用寿命为5～6年。实践证明，使用耐磨涂料修复法，不仅工艺简单，维修方便，节省时间，而且施工不受温度、湿度等外界环境条件限制。并且达到了设备的加工精度，可用于快速修复在用的磨损件，具有推广价值。
