周新遠 于鶴龍 宋占永 尹艷麗 遲永波

摘 要：再制造修復(fù)層是通過外加輸入能量并添加不同于再制造毛坯基體的異質(zhì)修復(fù)材料而形成的，修復(fù)層的質(zhì)量直接影響再制造產(chǎn)品的質(zhì)量。本文圍繞修復(fù)層表面缺陷評價和性能檢測方法開展研究，建立修復(fù)層質(zhì)量評價體系，闡述了《再制造 機械產(chǎn)品修復(fù)層質(zhì)量檢測方法》國家標準的編制原則、編制過程和主要內(nèi)容，為機械產(chǎn)品再制造修復(fù)層質(zhì)量檢驗工作提供方法支持，對于規(guī)范機械產(chǎn)品再制造生產(chǎn)和提高再制造機械產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

關(guān)鍵詞：再制造，修復(fù)層，檢測，方法

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.03.031

Analysis of GB/T 40728-2021， Remanufacturing – Quality inspection methods for repaired layers of mechanical products

ZHOU Xin-yuan1，2 YU He-long1 SONG Zhan-yong1 YIN Yan-li1 CHI Yong-bo2

（1. National Key Laboratory for Remanufacturing， Army Academy of Armored Forces； 2. National Demonstration Center for Experimental Equipment Surface Engineering Education ，Army Academy of Armored Forces ； 3. Shanghai Xinfumei Gearbox Technical Service Co.， Ltd.）

Abstract： Remanufactured repair layer is formed by applying input energy and adding heterogeneous repair materials different from the remanufactured blank matrix. The quality of the repair layer directly affects the quality of remanufactured products. This paper focuses on the surface defect evaluation and performance testing methods of the repair layer， establishes the quality evaluation system of the repair layer， expounds the drafting principles， drafting process and main content of the national standard， GB/T 40728-2021， Remanufacturing – Testing methods for repair layers of mechanical products， provides a method for the quality inspection of the remanufactured repair layer of mechanical products. It is of great signifi cance for regulating the remanufacturing production of mechanical products and improving the quality of remanufactured mechanical products.

Keywords： remanufacturing， repair layer， testing， method

1 引 言

再制造是將廢舊產(chǎn)品恢復(fù)到其質(zhì)量特性不低于原有新品的先進制造和綠色制造過程，作為裝備制造業(yè)的新業(yè)態(tài)和新模式，已成為機電產(chǎn)品資源化循環(huán)利用的最佳途徑[1]。再制造的重要特征是產(chǎn)品質(zhì)量和性能不低于新品[2]。歐美國家的再制造模式以“換件修理”和“尺寸修理”為主，再制造產(chǎn)品質(zhì)量標準主要基于產(chǎn)品的制造標準。而我國的再制造則是在表面工程技術(shù)不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，形成了以“尺寸恢復(fù)”和“性能提升”為特色的再制造技術(shù)模式，再制造機械產(chǎn)品的質(zhì)量和性能在很大程度上取決于再制造毛坯修復(fù)層的質(zhì)量和性能[3]。

再制造機械產(chǎn)品修復(fù)層，主要是通過采用先進的表面工程技術(shù)在再制造毛坯局部損傷部位制備的一層耐磨、耐蝕、抗疲勞的涂覆層[4]。修復(fù)層質(zhì)量檢驗是機械產(chǎn)品再制造過程的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)再制造產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要手段[5-7]。但關(guān)于修復(fù)層質(zhì)量檢驗，現(xiàn)有的制造業(yè)標準與國外再制造標準無法直接借鑒或嫁接應(yīng)用，急需開展相關(guān)標準的研制工作，為再制造機械產(chǎn)品表面質(zhì)量和性能檢驗，實現(xiàn)再制造產(chǎn)品質(zhì)量控制提供依據(jù)，填補行業(yè)空白，促進產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

因此，為進一步規(guī)范機械產(chǎn)品再制造生產(chǎn)，提高再制造機械產(chǎn)品質(zhì)量，依據(jù)各類機械零部件的材質(zhì)及修復(fù)方式，制定《再制造 機械產(chǎn)品修復(fù)層檢測方法》國家標準。

2 《再制造 機械產(chǎn)品修復(fù)層質(zhì)量檢測方法》國家標準的編制

2.1 編制原則

中國自主創(chuàng)新的再制造模式是利用各種表面修復(fù)技術(shù)對再制造毛坯進行尺寸恢復(fù)和性能提升，因此再制造毛坯表面修復(fù)層的質(zhì)量，直接影響和決定再制造后產(chǎn)品的質(zhì)量和性能能否達到或超過原型新品，而表面修復(fù)層質(zhì)量檢測的內(nèi)容、方法和評價依據(jù)是檢驗和保證修復(fù)層質(zhì)量的重要手段[8-10]。本標準列入2019年國家標準制修訂項目計劃，標準項目計劃號為20190811-T-469，標準由全國綠色制造技術(shù)標準化技術(shù)委員會歸口。標準的編制遵循了以下原則。

（1）全面、準確、協(xié)調(diào)一致

標準規(guī)定了機械產(chǎn)品及其零部件的再制造過程中各類修復(fù)層檢測與質(zhì)量評價的內(nèi)容、要求、依據(jù)和常用方法等內(nèi)容，既包含對機械零件表面損傷進行的表面修復(fù)，涉及到對氣相沉積修復(fù)層、電沉積修復(fù)層、熱噴涂修復(fù)層、焊接修復(fù)層等薄的表面修復(fù)層的質(zhì)量檢測，同時又包含對機械零件體積損傷進行的體積修復(fù)，涉及到對基于激光、電弧、等離子等高能束能場厚修復(fù)成形層的質(zhì)量檢測，標準內(nèi)容中同時體現(xiàn)表面損傷修復(fù)層和體積損傷修復(fù)層，更能反映當前再制造修復(fù)層質(zhì)量檢測的實際，較為全面。標準在編制過程中與《再制造 術(shù)語》《再制造 機械產(chǎn)品表面修復(fù)技術(shù)規(guī)范》等已發(fā)布標準中的定義及概念保持一致，避免由于一詞多意或一意多詞而帶來的混淆。

（2）易于接受和理解

該標準一方面規(guī)定了再制造修復(fù)層質(zhì)量檢測的總體要求，便于標準的理解應(yīng)用和實際驗證，另一方面對不同形式和要求的再制造修復(fù)層質(zhì)量檢測進行了定義和分類，將常用的表面修復(fù)層檢測方法列表參考或作為附錄，便于理解使用。

2.2 編制過程

全國綠色制造技術(shù)標準化技術(shù)委員會再制造分技術(shù)委員會于2018年5月成立標準起草工作組，起草工作組首先進行了再制造質(zhì)量檢測、表面涂覆層質(zhì)量評價、材料表面性能表征等相關(guān)標準的收集和整理工作，同時對國內(nèi)外有關(guān)材料質(zhì)量與性能的表征分析方法相關(guān)的科研成果及文獻資料進行了大量的研究，明確了標準內(nèi)容主要定位于再制造產(chǎn)品修復(fù)層的質(zhì)量檢測技術(shù)要求和方法，應(yīng)區(qū)分已發(fā)布的各類單一表面涂覆層的性能測試與評價方法。在此基礎(chǔ)上，于2018年12月形成了標準草案初稿。

2019年3月28日，國家標準化管理委員會正式下達本標準項目計劃，計劃號為20190811-T-469。2019年9月，起草組在北京召開標準工作會議，對標準進行討論，重點對標準的范圍、術(shù)語和定義、主要內(nèi)容進行了修改討論，經(jīng)修改后形成標準征求意見稿。

2020年5月，標準工作組先后赴上海、廣東、安徽等地再制造企業(yè)進行調(diào)研并結(jié)合標準文本內(nèi)容征求意見，截至2020年12月，收到42條意見或建議，工作組根據(jù)委員及專家意見對標準進行了修改和完善，形成本標準送審稿。2021年3月，起草工作組根據(jù)標準審查意見再次對標準進行了修改完善，形成標準報批稿。

2.3 主要內(nèi)容

該標準規(guī)定了再制造修復(fù)層質(zhì)量檢測的一般要求，外觀質(zhì)量檢測、內(nèi)部質(zhì)量檢測和性能檢測內(nèi)容與要求等內(nèi)容。主要技術(shù)內(nèi)容包括修復(fù)層的尺寸、光澤度與表面粗糙度、表面狀態(tài)和表面缺陷、內(nèi)部缺陷、顯微組織與化學(xué)成分、物相構(gòu)成與晶體結(jié)構(gòu)，硬度、結(jié)合強度、拉伸性能、沖擊強度、彈性模量等力學(xué)性能，以及摩擦學(xué)性能、耐腐蝕性能、滾動接觸疲勞性能等檢測內(nèi)容及方法要求。

目前國內(nèi)外關(guān)于修復(fù)層質(zhì)量檢測方面的標準研究主要聚焦在兩種情況：一是針對具體的表面工程技術(shù)（修復(fù)層制備技術(shù)），提出了為保證該類修復(fù)層質(zhì)量而必須采取的最基本檢測內(nèi)容，主要是最影響修復(fù)層質(zhì)量的關(guān)鍵指標或性能參數(shù)的檢測，檢測內(nèi)容聚焦在確保最基本的表面涂覆層（覆蓋層）質(zhì)量方面，缺少全面的涂層檢測；二是針對具體表面涂覆層某一質(zhì)量因素或性能的檢測標準，檢測內(nèi)容單一；三是檢測方法的標準，主要規(guī)定了某類檢測方法的適用范圍、檢測內(nèi)容、儀器設(shè)備、方法步驟、指標依據(jù)等內(nèi)容，沒有與修復(fù)層檢測內(nèi)容建立對應(yīng)關(guān)聯(lián)。本標準是在以上三方面標準綜合集成基礎(chǔ)上，圍繞再制造修復(fù)層質(zhì)量要求以及檢測特點，提出了針對機械產(chǎn)品再制造修復(fù)層質(zhì)量檢測的總體要求，將修復(fù)層質(zhì)量檢測內(nèi)容劃分為外觀質(zhì)量檢測、內(nèi)容質(zhì)量檢測和性能檢測，并規(guī)定了相應(yīng)的檢測內(nèi)容與方法。本標準與現(xiàn)有標準相比，范圍和目的不同，現(xiàn)有標準面向特定的檢測方法、檢測內(nèi)容或檢測對象；本標準面向的是所有再制造表面修復(fù)層，以及涉及的檢測內(nèi)容與檢測方法，適用性更廣。

（1）明確界定了再制造機械產(chǎn)品修復(fù)層的定義和內(nèi)涵

再制造機械產(chǎn)品修復(fù)層是指采用各類修復(fù)技術(shù)對機械產(chǎn)品再制造毛坯的表面損傷和體積損傷進行修復(fù)，得到的各種涂層、鍍層、熔覆層或堆焊層等。再制造修復(fù)過程中既包含對機械零件表面損傷進行的表面修復(fù)，同時又包含對機械零件體積損傷進行的體積修復(fù)，標準名稱如果聚焦在“表面修復(fù)層”質(zhì)量檢測方面既不全面，也容易引起歧義，在標準內(nèi)容中同時體現(xiàn)表面損傷修復(fù)層和體積損傷修復(fù)層，更能反映當前再制造修復(fù)層質(zhì)量檢測的實際，也將擴大標準的適用范圍。

（2）提出了再制造產(chǎn)品修復(fù)層檢測的一般要求

修復(fù)層質(zhì)量檢測內(nèi)容包括外觀質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量和性能檢測。在檢測過程中，應(yīng)綜合考慮修復(fù)層的制備與處理工藝、材料體系、性能要求、毛坯狀態(tài)、再制造產(chǎn)品服役工況和工作環(huán)境、再制造企業(yè)相關(guān)技術(shù)文件要求以及用戶需求等因素，確定修復(fù)層質(zhì)量檢測的準則、內(nèi)容、規(guī)范、方式和方法。再制造機械產(chǎn)品修復(fù)層的質(zhì)量對再制造零件的服役壽命具有重要影響。再制造機械產(chǎn)品修復(fù)層是通過外加輸入能量并且添加不同于再制造毛坯基體的異質(zhì)覆層材料而形成的。其缺陷類型主要有裂紋、氣孔、夾渣、厚度不均、結(jié)合不良等。此外，修復(fù)層的結(jié)合強度、殘余應(yīng)力等力學(xué)性能狀態(tài)也直接影響其服役壽命。因此對涂覆層的損傷評價與壽命評估主要針對涂層缺陷、結(jié)合強度及殘余應(yīng)力進行測量，對應(yīng)缺陷的評價方法有滲透、磁粉、渦流、超聲等常規(guī)評價方法。

（3）規(guī)定了再制造修復(fù)層外觀檢測的范圍和具體內(nèi)容

該部分主要從尺寸檢測、表面光澤度與表面粗糙度檢測、表面缺陷與表面狀態(tài)檢測等三方面提出了相應(yīng)的規(guī)范要求。再制造修復(fù)層尺寸檢測包括修復(fù)層厚度檢測、修復(fù)層與基體變形量檢測、形位公差檢測等內(nèi)容。在檢測過程中應(yīng)根據(jù)檢測部位的形狀、修復(fù)層與基體材質(zhì)、修復(fù)層制備工藝、技術(shù)文件的規(guī)定等要求，選擇適用的修復(fù)層厚度檢測方法。應(yīng)根據(jù)再制造后零件的功能要求及修復(fù)層制備工藝以及技術(shù)文件的規(guī)定，對機械加工后的修復(fù)層及零件進行形位公差測量。

修復(fù)層的表面光澤度檢測可采用目測評定法、樣板對照法或光澤度儀測量法進行，檢測時應(yīng)考慮以下因素：

a）修復(fù)層光澤度目測評定的判定依據(jù)與不同等級光澤度樣板要求，見表1和表2；

b）光澤度儀測量法適用于對光澤度測試精度要求高的修復(fù)層檢測。

進行修復(fù)層表面粗糙度檢測時，表面特征、表面結(jié)構(gòu)的幾何特征、術(shù)語和符號等內(nèi)容應(yīng)符合GB/T 1031的規(guī)定，特征變量和測量方法的選擇應(yīng)協(xié)商一致。常用的表面粗糙度檢測方法包括樣塊比較法、顯微鏡比較法、電動輪廓儀比較法、光切顯微鏡測量法、干涉顯微鏡測量法等。

表面缺陷與表面狀態(tài)檢測包括對修復(fù)層表面進行目測或采用放大鏡的宏觀檢測，以及使用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡的微觀檢測。無論是機械嵌合類型的再制造修復(fù)層，還是冶金結(jié)合類型的再制造修復(fù)層，裂紋和氣孔都是最主要的涂層缺陷。除此之外，修復(fù)層的缺陷還包括麻點、針孔、氣泡、脫落、開裂等，該部分列出了修復(fù)層典型表面缺陷的特征及產(chǎn)生原因。根據(jù)檢測對象的要求，目前均是采用常規(guī)的無損評價方法進行檢測，如滲透法、磁粉法、超聲法、電磁法等。評價準則與制造領(lǐng)域的涂覆層相同。

（4）規(guī)范了修復(fù)層內(nèi)部缺陷的檢測內(nèi)容，明確了具體的檢測手段，給出了典型無損檢測技術(shù)檢測修復(fù)層內(nèi)部缺陷的適用范圍及標準依據(jù)。

該章節(jié)主要從內(nèi)部缺陷檢測、顯微組織與物相結(jié)構(gòu)檢測、元素與成分分析等三個方面給出了相應(yīng)的方法。修復(fù)層熔覆過程是一個快速成型的過程，即在極短的時間內(nèi)發(fā)生快速熔化與快速凝固的過程，因此在涂層內(nèi)部極易產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾雜等不良缺陷，嚴重影響再制造零部件的質(zhì)量和性能[11-13]。

修復(fù)層內(nèi)部缺陷檢測內(nèi)容包括裂紋、氣孔、夾雜、未熔、孔隙率以及其他影響修復(fù)層內(nèi)部質(zhì)量的缺陷檢測，宜采用超聲、渦流、磁記憶、X射線數(shù)字成像（工業(yè)CT）等無損檢測技術(shù)進行。其中超聲技術(shù)主要適用于修復(fù)層內(nèi)部裂紋、未焊透及未熔合缺陷的檢測，不適用于氣孔、夾雜和近表面缺陷的檢測。渦流檢測技術(shù)主要適用于修復(fù)層近表面內(nèi)部缺陷檢測。磁記憶檢測技術(shù)主要適用于鐵磁性修復(fù)層的內(nèi)部缺陷檢測。X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)主要適用于體積損傷修復(fù)層內(nèi)部裂紋和缺陷的定量檢測。對于一些高端大型再制造零部件，由于體積龐大、結(jié)構(gòu)特殊、工藝復(fù)雜，常規(guī)的無損檢測手段均無法準確獲取產(chǎn)品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和缺陷信息，工業(yè)CT成像技術(shù)是大型再制造零部件不可替代的缺陷檢測手段。

對于一些噴涂修復(fù)層、電沉積修復(fù)層、化學(xué)沉積修復(fù)層和其他對孔隙率有特殊要求的修復(fù)層宜進行孔隙率檢測，應(yīng)綜合考慮修復(fù)層的制備工藝、材質(zhì)及孔隙類型等因素選擇適用的檢測方法。結(jié)合不同孔徑范圍，提出了相應(yīng)的檢測方法，如當孔徑范圍為0.4 nm至2 nm時，應(yīng)按照GB/T 21650.3的規(guī)定進行孔隙率的氣體吸附分析微孔法檢測。

修復(fù)層顯微組織與物相結(jié)構(gòu)檢測包括試樣準備、試樣磨拋、顯微組織顯示與檢測等步驟，檢測方法包括光學(xué)顯微鏡檢測、掃描電子顯微鏡檢測和透射電子顯微鏡檢測等。修復(fù)層物相與晶體結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容包括物相鑒定、物相分布觀察、物相含量測算和晶體結(jié)構(gòu)分析。

修復(fù)層元素組成及含量檢測應(yīng)根據(jù)元素類型、檢測區(qū)域大小與檢測精度要求，采用能譜分析法、波譜分析法和光譜分析法等不同方式進行檢測。其中X射線能譜分析法主要應(yīng)用于修復(fù)層微區(qū)元素定性和半定量的點分析、線分析和面分析，元素分析范圍為4 Be～92 U，可直接對修復(fù)層樣品表面或截面進行分析，分析深度范圍為微米級。波譜分析法主要應(yīng)用于修復(fù)層微區(qū)元素定性和定量的點分析、線分析和面分析，也可獲得元素價態(tài)的信息，元素分析范圍為4 Be～92 U，可直接對修復(fù)層樣品表面或截面進行分析，分析深度范圍為微米級。

（5）提出了修復(fù)層硬度、結(jié)合強度、拉伸性能、沖擊強度、彈性模量等力學(xué)性能，以及摩擦學(xué)性能、耐腐蝕性能、滾動接觸疲勞性能等檢測內(nèi)容及方法要求。

硬度檢測分為宏觀硬度檢測、顯微硬度檢測和儀器化納米壓痕硬度檢測，應(yīng)根據(jù)修復(fù)層的厚度、材質(zhì)和使用要求選擇不同的檢測方法和檢測條件，不同測試方法獲得的修復(fù)層硬度值宜按照GB/ T 33362和GB/T 17394.4進行換算。在檢測噴涂修復(fù)層和焊接修復(fù)層的硬度，或需要考核修復(fù)層與基體的綜合宏觀硬度時，宜選用洛氏硬度或維氏硬度等宏觀硬度檢測方法，在經(jīng)過機加工或拋光處理的修復(fù)層表面進行。在檢測電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍、氣相沉積等沉積修復(fù)層的硬度，或需要測定修復(fù)層的顯微硬度時，應(yīng)按照GB/T 9790的規(guī)定，采用維氏顯微硬度或努氏顯微硬度測試方法。

再制造修復(fù)層的結(jié)合強度是評價再制造成形質(zhì)量的一個重要指標。目前修復(fù)層結(jié)合強度測試方法的原理主要是通過給涂層/基體施加一定的外載荷，使涂層產(chǎn)生剝離和破壞，來測定結(jié)合強度的大小。膠接拉伸法是國內(nèi)外通用的檢測涂層結(jié)合強度的定量方法，此外還有劃痕法、剪切法、彎曲法、熱震法等。這些測試方法需要制作專門的試樣在特定試驗機上進行測量，測試過程會對試樣造成一定程度的破壞。對于噴涂修復(fù)層和表面沉積修復(fù)層，以及其他對結(jié)合強度有特殊要求的修復(fù)層，均應(yīng)進行結(jié)合強度檢測。

摩擦學(xué)性能測試主要包括滾動摩擦磨損測試、滑動摩擦磨損測試和微動摩擦磨損測試。應(yīng)根據(jù)修復(fù)層服役工況與失效模式選擇相應(yīng)的測試方法。以試樣腐蝕前后的重量差來表征修復(fù)層的腐蝕速度時，宜按照GB/T 19292.4的規(guī)定，根據(jù)下列原則選擇增重法或失重法進行耐蝕性評價：a）當腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)致密、不易脫落時，宜選用增重法，即在腐蝕試驗后連同全部腐蝕產(chǎn)物一起稱重；b）當腐蝕產(chǎn)物疏松、容易脫落且易于清除時，宜選用失重法，即清除全部腐蝕產(chǎn)物后進行稱重。

3 結(jié) 語

修復(fù)層質(zhì)量檢驗是機械產(chǎn)品再制造過程的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)再制造產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要手段。本標準針對表面修復(fù)層的質(zhì)量評價與質(zhì)量控制，規(guī)定了面向機械產(chǎn)品再制造的修復(fù)層檢測的內(nèi)容和要求，提出了機械產(chǎn)品再制造過程中修復(fù)層檢測的原則和依據(jù)，列出了常用的檢測評價方法，填補了國內(nèi)在面向再制造的修復(fù)層檢測標準空白，為實現(xiàn)機械產(chǎn)品再制造修復(fù)層質(zhì)量檢測提供了支撐，對于規(guī)范機械產(chǎn)品再制造生產(chǎn)、提高再制造機械產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的指導(dǎo)意義。

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作者簡介

周新遠，副研究員，研究方向為再制造工程管理與技術(shù)標準。

于鶴龍，通信作者，副研究員，研究方向為表面工程與再制造。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）