由于現代經濟和科學工業(yè)技術的突飛猛進，機械化程度持續(xù)上升，機械部件所處的工作環(huán)境更加復雜苛刻，其中部件磨損是致使大量機械設備失效的重要原因，并產生了巨大的經濟損失。據不完全統計，每年全世界由于材料的磨損所產生的鋼材消耗占到了全部消耗的50%左右，同時在工業(yè)發(fā)達國家由于磨損所造成的能源消耗量也占到了30%左右。美國每年因為腐蝕和磨損而產生的經濟損失達到了國民總經濟的40%左右。美國評議局的調查顯示，船舶磨損損失約64億美元，切削機床的維修費用更是高達750億美元。而我國每年在該項的的經濟損失總計也高達400億人民幣，且通常每年都會制備高達100萬噸的后備鋼材來補足由于磨損而損耗的鋼材。在以綠色再制造工程為重點發(fā)展方向的21世紀，提倡更少的資源和能源消耗、更低的環(huán)境污染、更有效的把新技術用于對廢舊品的改造。所以，為使因磨損失效的機械部件恢復功能，而對其進行修復，符合綠色再制造工程的發(fā)展方向。

一、船機軸類部件的工作狀況與磨損情況

軸類部件，指在起到支承旋轉作用的同時，可傳遞扭矩和動力的部件。在船舶工程中，軸類部件是各類船舶機械設備中最重要的組成部件之一，通常在軸上安裝做回轉運動的部件，軸類部件的運轉直接影響著船舶設備的運行情況。船機軸類部件的損壞十分常見，不僅使設備的性能降低，同時會產生安全隱患。船機零件的修復大部分屬于軸類零件的修復。因此，針對船機軸類零部件的修復顯得特別重要。各種工程領域中，軸類部件的損壞形式通常有磨損、彎曲以及斷裂，這些損壞類型中，最常發(fā)生的是磨損。在工程機械設備中，因過度磨損而發(fā)生失效的零部件占全部失效零部件的50%左右。軸類部件通常會在表層產生磨損，可通過表面工程技術來對其進行修復，要求修復后表面能達到一定的耐磨性要求，能夠具有較高的抗疲勞和耐沖擊載荷的性能，并且滿足其結合強度和硬度的要求。部件表面形成的摩擦性能良好的涂層，能夠增加部件的耐磨性能，延長使用時間，減少貴重和稀有金屬的消耗量，從而節(jié)約資源、保護環(huán)境，并為材料的韌性和高耐磨性之間的矛盾提供了解決途徑。表面涂層工藝使材料在高溫、強酸堿和腐蝕等惡劣環(huán)境中有良好的耐磨性，進而拓展了材料的應用范圍。應用表面工程技術手段修復報廢、損壞的各種零部件已取得了一定的成效，且還在不斷的深入發(fā)展。目前有多種表面修復方法，根據基體和修補層的結合特性，主要有噴涂、堆焊和鍍覆等技術。其中熱噴涂由于工藝方法多樣、設備簡單、操作方便迅速、成本低、噴涂材料選擇范圍廣等特點，在軸類部件的修復中取得了重要的應用，在達到修復原有尺寸的同時，通過適當的處理工藝甚至可以獲得比原部件或者新換件更為優(yōu)異的表面涂層，獲得再制造的功效。但是在一些情況下，熱噴涂因為比較高的溫度導致相變和有些元素揮發(fā)分解及氧化，故對于易發(fā)生相變和氧化的敏感材料不適用；且由于噴涂系統的輔助設備比較復雜，不利于軸類部件的修復。為了克服已有技術的不足，提出采用冷噴涂方法對軸類部件的磨損進行修復。

二、冷噴涂技術的概念

冷噴涂亦稱之為冷氣體動力噴涂，它是以壓縮氣體（空氣、氦氣、氮氣 和混合氣體等）為加速介質，承載固態(tài)的金屬粒子以高速撞擊基板，粒子因產生劇烈的塑性形變而沉積成涂層的一種新型的噴涂工藝。

三、冷噴涂技術的特點

冷噴涂技術與熱噴涂技術對粒子的加熱方式和程度不同，使粒子撞擊基體表面之前的狀態(tài)不同，進而引起沉積行為和涂層形成機制的不同，最終導致冷噴涂涂層獨特的組織和特性。在冷噴涂的過程中，為了使氣流達到可以對承載的粒子產生加速的速度，有時也會預熱加速氣體，因預熱溫度十分低，粉末粒子仍為固態(tài)；而熱噴涂過程中，粒子卻被加熱到了熔融狀態(tài)。相對于熱噴涂而言，冷噴涂技術有以下特點：

（1）加熱溫度較低：粉末粒子在噴涂過程中，在非氧化性的熱氣流中加速，由于加熱溫度低，涂層幾乎不會被氧化，適用于制備溫度敏感的涂層。冷噴涂涂層與原始粉末的氧含量相差 無幾，不會發(fā)生熔化和蒸發(fā)現象，能有效避免塑料涂層的揮發(fā)。

（2）可制備復合涂層：一些混合粉末由于物理化學性質的差異在常溫下不相容，冷噴涂工藝可制得常規(guī)工藝無法制得的特殊復合材料涂層。例如，AlPb合金涂層。

（3）對基體的熱影響?。簩w材料的組織結構影響很小，使得基體材料有很大的選擇范圍，不僅是金屬和合金，也可以是塑料，能夠使不同類別的材料結合優(yōu)良。

（4）涂層孔隙率低：冷噴涂涂層是速度很大的粒子以固態(tài)碰撞基板發(fā)生塑性形變而沉積成的，涂層未經過熔融狀態(tài)冷卻，沒有發(fā)生體積變化，后續(xù)粒子對已有涂層進行沖擊，夯實作用使得涂層具有很低的孔隙率。

（5）噴涂粉末因未經過明顯的熱過程，可以回收再利用。

四、冷噴涂技術的國內外發(fā)展概況

冷噴涂作為最新出現的一種熱噴涂工藝，已成功研制出多種金屬、合金、復合涂層以及其他一些特殊功能涂層（如納米結構涂層、非晶涂層、TiO2光催化涂層等）。科研人員在對冷噴涂技術進行理論研究的同時也在積極開發(fā)應用。國外開展冷噴涂的研究相對國內較早，但這也是初步的研究，并沒有大面積應用到工業(yè)中。對冷噴涂工藝研究起步較早的國家，例如德國、美國、俄羅斯等，正積極致力于此技術的工業(yè)化。美國使用冷噴涂技術修復直升機用鎂合金曲軸箱外殼，福特公司在汽車底盤的防腐中應用了冷噴涂鋁涂層。俄羅斯將冷噴涂涂層用于鋼管內表面的防腐，已在西伯利亞鋼廠建成了自動化的生產線，并在汽車、機械制造和汽車領域積極推廣。德國把冷噴涂工藝用于解決熱噴涂工藝引發(fā)的汽車尾氣排氣管的疲勞斷裂問題，使服役時間延長；加拿大Centerline Windsor公司采用冷噴涂Al涂層對飛機發(fā)動機輔助動力裝置的鋁合金零件進行了修復；日本在電子工業(yè)領域制備出了高品質的冷噴涂導電涂層。

我國的冷噴涂技術雖然晚起步于國外，但是研究內容和規(guī)模已經逐步形成，吳杰采用冷噴涂工藝制得的Al電極可以避免PTC陶瓷和金屬界面產生吸附氧層，減小接觸電阻。陳利修采用冷噴涂工藝制備超細Cu-Zn-Al2O3復合涂層，用于修復斯太爾發(fā)動機的水道腐蝕部分，結果顯示，冷噴涂Cu-Zn-Al2O3復合涂層和發(fā)動機缸體能夠很好的結合，大幅度提高了耐磨性，且延長了設備服役期。孫裕昌把滲鋁管換成冷噴涂鎳包鋁F501,用于高溫環(huán)境下電站水冷壁管的抗腐蝕。侯根良以KY-HVO（A）F多功能超音速火焰噴涂為前提條件，發(fā)展了冷噴涂工藝。王平將冷噴涂耐磨涂層應用到省煤器上，使其耐磨性提高。綜上所述，冷噴涂技術目前已發(fā)展較成熟，為冷噴涂技術用于船機軸類部件磨損修復創(chuàng)造了有利條件。

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