金属流体填充零件内空隙修复零件的方法及其应用 技术领域
本发明涉及零件修复技术，特别涉及金属流体填充零件内空隙修复零件的方法及其应用。
背景技术
机械工业生产中的铸件、压铸件、焊件、烧结件等，由于存在小孔、砂眼和微小裂缝，以及某些缺陷而大大影响零件的质量和使用。传统的做法是将有缺陷的零件返工或报废，造成极大的浪费。真空浸渗法是一种将液体状的浸渗剂以加压式真空渗入并填充各种微孔与空隙之中进行密封与补强的方法，利用这种方法可使上述有缺陷的机械产品的质量和成品率得以提高。真空浸渗法也适用于许多种非金属材料的物体，近年特别在汽车、摩托车、摩托艇等生产中，对其发动机缸体、压缩机缸体以及各种压铸件已较广泛应用了真空浸渗处理。因而，大幅度地提高成品率、优化设计、减轻成品重量、提高产品质量和简化加工工艺等方面获得显著地效益。真空浸渗技术作为机械产品的防漏补强的有效途径，被机械工程的生产部门广泛接纳。真空加压浸渗法的一般工艺流程为(参考“真空浸渗技术及其应用”，铸造，1996年第五期，P30～32)：(1)将经除油和干燥的零件放入浸渗罐；(2)浸渗罐抽真空；(3)将浸渗剂从贮罐输入浸渗罐内并淹盖零件，保持真空；(4)逐渐解除真空至常压，再用压缩空气加至一定压力，迫使浸渗剂渗入零件孔隙；(5)卸压，浸渗剂放回贮罐，离心甩去零件表面的过多的浸渗剂；(6)转移零件到清洗水槽中，从水槽底部通人空气泡并上下(左右)转动零件；(7)清洗干净的零件转移进入固化罐中使浸渗剂固化。
现有真空浸渗法采用的浸渗剂主要有水玻璃浸渗剂、不饱和聚酯代表的浸渗剂和甲基丙烯酸浸渗剂(主要有厌氧性固化型和热固化型)等三大类。水玻璃型浸渗剂是由硅酸钠所组成的水溶液，具有成本低、浸渗过程简单、毒性较抵、特别是耐热性能好等优点，但缺点是浸渗剂中含有大量水、固化慢和固化后收缩率大、成品率较低，以及不太适用孔隙较小的零件。不饱和聚酯代表的浸渗剂(实际还包括许多不饱和化合物以及环氧树脂等类型浸渗剂)是合成树脂组成的浸渗剂，除某些不饱和化合物组成的浸渗剂外，由于粘度较高大原因，经常要施加较高的压力进行浸渗，或者要加人稀释剂，稀释剂中许多是毒性较大和挥发性较高的化合物，对环保与安全、浸渗成品率都带来不利的影响，因此在许多方面被甲基丙烯酸酯型浸渗剂逐渐取代。甲基丙烯酸酯浸渗剂从20世纪70年代就开始被较广泛应用，在机械工业的许多生产工艺中逐步取代了其他类型的浸渗剂，并成为当前真空浸渗剂中最受瞩目和最有应用前景的一类浸渗剂。申请号为01130100.7的中国发明专利申请公开了一种“密封补强用甲基丙烯酸酯型真空浸渗剂”，包括有甲基丙烯酸酯单体、引发剂、阻聚剂，其中加入少量由带单苯环的二烯基化合物与其它种类的甲基丙烯酸酯所组合而成的组合交联剂；该浸渗剂在既符合低粘度要求的同时，耐热性能有所提高，但最高也只能耐受180℃。现在的甲基丙烯酸酯型浸渗剂，从固化原理来看主要分为常温固化(厌氧性)和热固化两种，共同特点是粘度低，可适合微小孔隙的浸渗，并且毒性低，不含易挥发物，但在操作的洗涤过程中还是会有少量有机物随洗涤水排出造成环境污染；除此之外，厌氧型常温固化具有能耗较低，成品率较高的优点，但存在浸渗剂价格高和浸渗设备复杂等缺点。
此外，申请号为02104351的中国发明专利申请公开了一种“金属熔融填充修补技术”，其修补原理是利用可调的大电流(190～4200A)在短时间内(0.5～2.5s)内将不同规格的金属球或棒熔化并压焊填充在零件或模具表面的损伤处，使补焊材料与基体材料间达到冶金结合；这种技术适用于金属零件及模具表面的砂眼、磨损及崩塌部位等局部的修补，其缺点是需要逐个缺陷进行修补，容易发生漏补的情况，对于缺陷较多的零件不能很好地适用，而且对于比较深入零件表面的缺陷(如表面开口，内部空腔大)修补效果较差，生产效率低，劳动强度大，而且需要专用设备，处理成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种操作简单、控制方便、适合大批量生产应用的能全面修复零件中的缺陷，从而延长零件的使用寿命或减少零件报废率的金属流体填充零件内空隙修复零件的方法。
本发明的另一目的在于提供一种上述方法的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：本金属流体填充零件内空隙修复零件的方法包括如下步骤和工艺条件：将需要修复的熔点相对较高的材料零件局部或全部浸在熔点相对较低的金属材料的流体中，使熔点相对较低的金属材料的流体进入熔点相对较高的材料零件上相通于零件表面的空隙中；熔点相对较高的材料零件在前述过程中保持为固体。
所述流体金属材料可以是金属液体，亦可以是具有触变流动特性的半固态金属材料。
所述金属可以是纯金属、合金或金属复合材料。
本方法更具体的过程可为：熔点相对较低的金属材料的液体浸渗进入熔点相对较高的材料零件上相通于零件表面的空隙中，然后使进入零件的空隙中的金属液体凝固，并填充在零件空隙中。
本方法更具体的过程亦可为：熔点相对较低的金属材料的液体浸渗进入熔点相对较高的材料零件上相通于零件表面的空隙中，然后使进入零件的空隙中的金属液体冷却到半固态之后，将被浸渗零件从半固态金属材料中取出。
本方法亦可通过抽真空的方法先排除零件上的空隙中的气体，再使熔点相对较低的金属材料的流体进入熔点相对较高的材料零件上相通于零件表面的空隙中。
本方法亦可在压应力的作用下将熔点相对较低的金属材料的流体压入熔点相对较高的材料零件上相通于零件表面的空隙中。
所述压应力的作用可以通过使气体压力作用在熔点相对较低的金属材料流体的表面，使熔点相对较低的金属材料的流体进入熔点相对较高的材料零件上相通于零件表面的空隙中；亦可采用压力头对熔点相对较低的金属材料流体表面施压。
本方法可应用于修复表面具有缺陷的铸件或在使用过程中产生了疲劳裂纹等表面缺陷的金属机械零件或具有相通于表面空隙的非金属材料制造而成的工件，如陶瓷或复合材料等。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)作用效果好；本发明方法利用流体自然流动的工作原理进行零件的修复处理，只要在零件表面存在与表面相连通的凹陷缺陷，无论其形状、大小如何，都可全部修复，而且填充入缺陷内的修复材料可以完全、均匀地将缺陷填满，避免了采用现有技术可能出现的中空情况；由于本方法采用的修复材料为金属材料，其熔点相对较高，除填补在零件中的空隙可以防止零件漏气、漏液外，同时起到将缺陷焊合的作用，显著提高了零件的机械性能，而且能够耐受较高的温度，克服了现有真空浸渗法耐热性能差的缺点，所修复的零件适用性更好，本方法还避免了采用现有浸渗剂对环境造成的污染。
(2)操作简单、控制方便；本方法实现的工艺步骤非常简单，操作比较方便，亦易于控制其过程，可根据零件缺陷的多少灵活地进行局部或全部的处理，而且不需另外设计专用设备，因而具有生产效率高，劳动强度小，处理成本低的优点。
(3)适用范围广；本发明可用于消除缩松、缩孔等常见铸造缺陷，也可以修复零件在使用过程产生的疲劳裂纹，延长零件的使用寿命，还可以修复存在缺陷尺寸较大的铸件或机械零件，应用范围较广，市场前景较好。
附图说明
图1是本发明实施例1的工艺过程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
首先将具有微空隙2的铸铝件1，如图1(a)所示，除油清洁和干燥；然后将铸铝件1摆放在采用耐热钢制作的吊篮3中，吊篮3采用横杆4将铸铝件1压住，防止铸铝件1浸泡在浸渗液中时浮出液面(如图1(b)所示)；然后将吊篮3放入采用耐热钢制作的浸渗槽6中，用垫块8垫在吊篮3底下，以便浸渗液可以从铸铝件1底部浸渗进入铸铝件1，并用横杆7固定吊篮3(如图1(c)所示)；将用于熔化浸渗的锌块料9置于浸渗槽6内(如图1(d)所示)；将装有铸铝件1和锌块料9的浸渗槽6放入加热炉10中(如图1(e)所示)，打开真空控制阀11，开动真空泵给炉内抽真空，达到5Pa的真空度，并接通电源加热器12对炉内物料加热，炉内设定温度为480℃(加热炉密闭炉门之后，可以对炉内抽真空，也可以向炉内充气，承受一定的气压)；浸渗槽6内的锌锭料9熔化之后，铸铝件1被锌液14包围(如图1(f)所示)，炉内达到480℃，保温，停止抽真空，关闭真空管道阀11；然后打开充气阀13，向炉内充气，达到设定的气压1.2MPa之后进行保压(如图1(g)所示)，气压使锌液从铸铝件1的四周浸渗进入铸铝件1的微空隙2之中；并保温保压，当浸渗过程结束之后，卸掉炉内气压，将浸渗槽6从炉内取出，把吊绳15挂在吊钩5上，将吊篮3从浸渗槽6中吊出(如图1(h)所示)，吊篮3内的浸渗液会流出进入浸渗槽6之中，将铸铝件1上多余的锌液去除；浸渗进入铸铝件1的微空隙2中锌液在冷却过程中凝固之后，即获得修复了的完好零件(如图1(i)所示)。
实施例2
本实施例除下述技术特征外同实施例1：铸件1上的空隙2尺寸较大，锌液浸渗进入空隙2中后，为防止锌液从空隙2中流出来，将锌液冷却成半固态之后，再将铸件1从浸渗槽6中取出。
实施例3
本实施例除下述技术特征外同实施例1：被浸渗的零件为使用过程中产生了疲劳表面裂纹的零件。浸渗进入裂纹中的液体金属凝固之后相当于焊合了零件上的疲劳裂纹，可以降低疲劳裂纹的扩展速度，消除零件产生的疲劳，从而延长零件的使用寿命。本实施例适合于大型发电机的转轴或进口大型设备上的零件，由于重新制造或进口替代件价格非常昂贵，采用本发明可以大幅度降低生产成本。
实施例4
本实施例除下述技术特征外同实施例1：被浸渗的零件为砂型铸造而成的大型板料拉深模具，模具材料为Cr12，由于铸件尺寸很大，铸造过程中难免会形成裂纹、缩松、缩孔等铸造缺陷，无法作为正常模具使用。本实施例不采用实施例1中所示吊篮，可以将铸造的模具直接置于浸渗槽中进行实施例1所述过程，消除铸造模具上相通于表面的空隙缺陷，再采用手动工具修模达到模具要求尺寸之后即可用于生产。而采用传统的机械加工方法生产这类型的模具，当模具尺寸很大时，要求要有很大的加工设备；又由于模具本身的材料为耐磨材料构成，机械加工时对刀具磨损很大，同时，加工时间长，产生大量的金属屑，浪费原材料和能源，所以新产品开发的周期长、成本高。采用铸造结合本发明，则可以大幅度地缩短新产品的开发周期，有效降低新产品的开发成本。
实施例5
本实施例除下述技术特征外同实施例1：被浸渗的零件为砂型铸造而成的大型板料拉深模具，模具材料为铝合金与三氧化二铝合成的金属陶瓷，由于铸件尺寸很大，铸造过程中难免会形成裂纹、缩松、缩孔等铸造缺陷，无法正常作为模具使用。本实施例无需实施例1中所示吊篮，可以将铸造的模具直接置于浸渗槽中进行实施例1所述过程。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于被浸渗的零件为具有表面裂纹的陶瓷件。