CN103764872B - 在铸件中修复损伤部位的方法和产生适合修复材料的方法 - Google Patents

在铸件中修复损伤部位的方法和产生适合修复材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在铸件(13)的表面内修复损伤部位(31)的方法。此外，本发明请求保护一种能够被用于产生适于上述修复方法的修复材料的方法。按本发明规定，使用与铸件(13)具有相同铸造组织的喷涂粒子(19)作为材料。该喷涂粒子通过冷气喷涂施加到损伤部位上，其中，冷气喷涂的特征在于，喷涂粒子未熔化并且有利地在喷涂粒子(19)碰到修复部位(31)之后保持铸造组织不变。由此，修复部位可以有利地配有与剩余待修复的构件相同的特性。按本发明，通过破碎具有所要求铸造组织的铸件来制造所述修复材料。

Description

在铸件中修复损伤部位的方法和产生适合修复材料的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在铸件的表面内修复损伤部位的方法，其中，修复材料通过冷气喷涂施加到损伤部位上。此外，本发明涉及一种用于产生构件的修复材料的方法。
背景技术
冷气喷涂是本身已知的方法，其中，设计用于涂层的粒子借助会聚-发散喷嘴优选加速到超音速，以便它们由于其外加的动能保持粘附在待涂层的表面上。在此，利用粒子的导致该粒子塑性变形的动能，其中，涂层粒子在仅碰到其表面时熔化。因此，该方法相比另外的热喷涂方法称作冷气喷涂，因为在比较低的温度下实施，其中，涂层粒子基本上固定地保持。优选为了也称作动能喷涂的冷气喷涂使用冷气喷涂设备，该冷却喷涂设备具有用于加热气体的气体加热装置。气体加热装置连接有滞流室，该滞流室在出口侧与会聚-发散喷嘴，优选拉瓦尔喷嘴连接。会聚-发散喷嘴具有通过喷嘴颈连接的会聚段和扩宽段。会聚-发散喷嘴在出口侧产生气流形式的粉末束，其中具有高速的，优选超音速的粒子。
按EP1816235Bl已知，在铸件中的缺陷部位可以借助冷气喷涂修复。为此目的，使用与EP1816235Bl中相同类型的材料。此处理解为与待修复的构件具有相似或相同成分的材料。由此可以实现，修复的部位填充以几乎完全排除冶金问题的材料。因此意味着，可以排除在以异种材料修复铸件时在修复之后尤其在受到较高热载荷的部件中发生并且导致组织的完整性下降的扩散过程。这可以即，在最差的情况下，导致构件失灵。
不过，相同类型的用于修复在铸件中的缺陷部位的材料构成一种在组织结构方面与周围构件的铸造组织不同的组织。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于铸件的修复方法，通过该修复方法可以形成修复部位，该修复部位尽可能大程度地与包围修复部位的铸件的特性匹配。此外，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于产生修复材料的方法，该修复材料在应用于修复方法时可以解决首先提到的技术问题。
首先提到的技术问题通过开头所述的用于修复的方法按本发明解决的方式是，使用与铸件具有相同组织的喷涂粒子作为修复材料。在此，按本发明通过使用冷气喷涂带来的益处在于，被冷气喷涂处理的粒子不熔化并因此也在形成涂层(在该情况下修复部位)之后至少基本上保留具有已处理的喷涂粒子的组织。因此可行的是，使用与待修复的构件具有相同的铸造组织的喷涂粒子并且按照这种方式正好以具有包围修复部位的铸件的铸造组织形成修复部位。由此可以有利地实现铸件的修复，其中，已修复的铸件具有与原件几乎相同的特性，因为修复部位正好具有与剩余铸件相同的特性。因此，待修复铸件的特性有利地与原件一致。而且，保护了按本发明的方式修复的构件免受在修复材料虽然具有相同的成分但由于另外的合金设计而比铸件周围的材料更贵重或更不贵重时由于局部电气元件的构造而产生的腐蚀。
为了制造可以以所述的方式处理的修复材料，第二技术问题按本发明通过用于产生修复材料的方法解决，其中，待修复的构件是铸件并且修复材料通过主体的破碎从组成铸件的材料中获得。此外，该主体与铸件具有相同的铸造组织。例如该主体可以由具有与待修复的铸件相同的生产批次的废弃铸件组成。由此确保，主体的材料还在组织特性方面正好相应于铸件的材料。主体还可以在破碎之前为此目的而制造。在此，可以有利地选择主体形状，该主体形状能够实现不成问题地产生具有尽可能未受干扰的铸造组织的主体。例如，具有特别简单的几何结构，例如棒的主体特别适合作为用于之后破碎的主体。还可行的是，所产生的主体的边缘区通过切削方法切除并因此获得仅由已制成的铸件的内部区域组成的主体。在该区域内，有利的是，主体的组织在铸件凝固期间最少地受到正在进行的过程的干扰。主体的破碎例如可以通过粉碎和/或研磨实现。由此可以制成用于冷却喷涂的喷涂粒子，其中，可实现不同的粒子大小。
按本发明的一种结构方案规定，喷涂粒子的平均直径在至少100μm到至多200μm之间。有利的是，该粒子大小可以通过冷气喷涂特别容易地加 工。此外有利的是，不同平均直径的喷涂粒子的散射至少在上述区域的一半上延伸。因此，得到了由具有不同平均直径的喷涂粒子组成的喷涂材料，从而粒子可以有利地叠积成比较密的层，其中，具有更小平均直径的喷涂粒子可以填充具有更大平均直径的粒子之间的间隙。
按本发明另外的结构方案规定，铸件的损伤部位在施加喷涂粒子时加热。这可以尤其是通过激光束的局部照射实现。通过预热铸件可以实现，它在待修复的损伤部位的区域内膨胀，并且在由喷涂粒子构成的修复部位和铸件的周围材料之后的冷却中实现应力比较低的连接。此外，按本发明的另一种结构方案也可以在施加修复材料之后再进行铸件的热处理。
在热处理或加热修复部位期间必须注意，达到的温度不改变铸造组织。由此防止，铸件由于修复改变其特性，因为通过按本发明的修复方法正好防止了这种情况。.
特别有利的是，铸件由球形灰口铸铁构成。球形灰口铸铁的组织结构可以有利地通过按本发明的制造修复材料的方法较容易产生。在制造喷涂粒子时应当注意，按标准DIN EN ISO945在喷涂粒子的组织中嵌入的球形碳几乎仅具有10μm至150μm的直径。因此，喷涂粒子应当具有至少一个平均直径，100μm，以便还可以通过冷却喷涂这些喷涂粒子来仿照灰口铸铁的组织构造。已表明，更多嵌入的碳然后还可以可靠地至少部分地通过灰口铸铁基质组织包围并且可以较好地加工为喷涂粉末。例如，GJS400-15用作灰口铸铁的合金。
也可以修复由具有层状碳的铸铁组成的部件。这适用于例如EN GJL-材料组。在此还适用的是，喷涂粒子由于碳片出现10到250μm的长度(按DIN EN ISO945，该大小范围适用于大部分碳夹杂物)应当具有100到200μm的平均直径，以便可以通过冷气喷涂仿照铸造材料的组织构造。在此也适用的是，碳夹杂物然后还可靠地至少部分地通过灰口铸铁基质组织包围。.
此外，铸件例如也可以由铝硅合金组成，例如由AlSi17组成。
附图说明
下面根据附图描述本发明的其它细节。相同或相应的附图元件分别配有相同的附图标记并因此仅重复阐述各附图之间的区别。附图中：
图1是按本发明用于修复铸件的方法的实施例的示意性侧视图，
图2是通过所选的方法步骤示例性表示按本发明用于产生修复材料的方法的实施例以及
图3是利用按本发明的修复方法修复的构件的实施例的剖面图。
具体实施方式
在图1中示出用于冷却喷涂的设备。该设备具有真空容器11，在真空容器中一端设有冷气喷涂喷嘴12，另一端设有铸件13(未进一步示出固定装置)。通过第一管道14，可以将工艺气体输送给冷气喷涂喷嘴12。该喷涂喷涂，如轮廓所示，设计成会聚-发散喷嘴(例如拉瓦尔喷嘴)，通过该喷嘴使s工艺气体减压膨胀并且以气体束的形式(箭头15)加速至铸件13的表面16。
此外，可以以未示出的方式加热工艺气体，由此在真空容器12中形成所要求的工艺温度。
通过第二管道18可以给冷气喷涂喷嘴12输送喷涂粒子19，该喷涂粒子在气体束15中加速并且射到待修复的损伤部位17的表面16上。喷涂粒子的动能使喷涂粒子粘附在表面16上。为了在损伤部位17中形成修复-组织20，铸件13可以在双箭头21的方向上在冷气喷涂枪12前方来回运动。在涂层工艺期间，通过真空泵22不断地维持真空容器11中的真空，其中，工艺气体在流过真空泵22之前导引通过过滤器23，以便将在喷射到表面16上时未结合到该表面上的粒子过滤掉。
借助加热装置23a可以附加地加热在冷气喷涂喷嘴内部的粒子19。由此，附加地输入能量，该输入的能量直接地作为热能或通过在冷气喷涂喷嘴12中的减压膨胀以动能的形式输送给喷涂粒子19。在真空腔11中安装激光器24作为其他的能源，该激光器24对准冷气束15在铸件13的表面16上的喷射部位。在喷射部位上，激光束25的电磁能结合喷涂粒子19的动能和可能的热能保证喷涂粒子19永久地粘附在表面16上，由此构成修复组织20。
在图2中示出用于制造修复材料的方法。首先在铸模26中制造棒条27，该棒条应当用作制造喷涂粒子的坯件(主体)。该棒条27在铸件凝固之后脱模并且表面层28通过切削从棒条27上分离，因而芯29剩余保留下来。因此，棒条27的靠近表面的区域扭曲变形，该区域由于周围空气的影响会具有不均匀铸造组织或化学变化。然后，该芯29在未详细示出的装置中粉碎，由 此产生粗大的粒子30。然后，该粒子30例如在球磨机中研磨，以此进行进一步的破碎并且结束喷涂粒子的制造。在下列步骤中，这些喷涂粒子还可以按大小分类，以便然后喷涂粉末制造成不同大小类别的喷涂粒子。为了制造其中的喷涂粒子具有在一定的范围内的不同平均直径的喷涂粉末，可以以适合的方式混合不同大小的喷涂粒子。
与之相关应指出，喷涂粒子的平均直径应当理解为与通常非球形的真实粒子具有相同体积的球形粒子的直径相对应的直径。因此，更大数量的粒子的直径平均值不应当理解为是平均直径。若与本发明有关地讨论不同平均直径的喷涂粒子，则因此也即意味着不同大小类别的喷涂粒子混合地存在。
表示通过已修复的铸件13的剖面图的图3示出，不同大小类别(也就是说具有不同平均直径)的喷涂粒子19的使用有利地导致，在铸件13的修复部位31中形成紧密的组织。在图3中示出由球形灰口铸铁制成的铸件，其中，在由铁材料制成的基质中分布有球形碳32。这也适用于喷涂粒子19，其各自大小在图3中仍可见，因为它们单独地表示出。在此更小的喷涂粒子19填满更大喷涂粒子19之间的间隙。在现实中，喷涂粒子19的表面通过在喷涂粒子碰到该表面时产生的热能而熔化，因此图3中示出的粒子之间的边界部分地消失。

Claims (7)

1.一种用于在铸件(13)的表面内修复损伤部位(17)的方法，其中，修复材料通过冷气喷涂施加到所述损伤部位(17)上，其特征在于，使用与所述铸件(13)具有相同铸造组织的喷涂粒子(19)作为修复材料，并且按照这种方式正好以具有包围修复部位的铸件的铸造组织形成修复部位，其中，在所述方法中通过冷气喷涂处理的喷涂粒子(19)不被熔化，其中借助加热装置附加地加热在冷气喷涂喷嘴内部的粒子，或者使用激光器作为另外的能源来给所述喷涂粒子附加地输入能量，所述激光器对准冷气束的撞击部位。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷涂粒子(19)具有至少100μm到至多200μm的平均直径。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，不同平均直径的喷涂粒子的散射至少在按权利要求2所给出的范围的一半上延伸。
4.按前述权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述损伤部位在施加所述喷涂粒子(19)的期间被加热。
5.按前述权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述损伤部位在施加所述喷涂粒子(19)的期间被激光束照射。
6.按前述权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述铸件(13)在施加所述修复材料之后再进行热处理。
7.按前述权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述铸件(13)由球形灰口铸铁组成。
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