CN110205518A - 一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺 - Google Patents

一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工作在50‑80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺。按重量百分比计,该合金组成为:Ta:0.1‑0.2wt.%,Co:0.4‑0.8wt.%,In:10.0‑12.0wt.%,Mo:0.2‑0.4wt.%,Cu:0.5‑0.8wt.%,Ag:1.0‑1.5wt.%,Zn:4.0‑5.0wt.%,余量为锡。本专利提供了利用简单热源就能对机床进行修复的液态金属材料，并且工艺装备简单，操作技术容易掌握，修理费用低，特别是在大型机床的修复中效果优为显著。

Description

一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铟合金。
背景技术
机床在加工的过程中，依靠刀具与卡具的相对运动，同时用刀具加工安装在卡具上的工件的。但是这一过程并不一定是切削加工，也可能是压力加工（例如车床上进行滚花或者旋压）。在这个过程中，机床导轨面发挥了重要的作用。但是机床导轨面在机床的工作过程中，由于各种原因会造成拉毛划伤的情况。非常严重的是，如果不能及时的修复，则划伤拉毛面会迅速的扩大，最后导致整个的导轨面被破坏，严重的影响到了机床的精度和设备的完好率。
传统的修复机床导轨面的方法是喷焊或者电弧焊的办法。（1）在喷焊的修复过程中，需要将导轨的预热面加热到150度以上，完成初步焊粉的喷涂后，将喷涂面加热至900-1200度以上，使焊粉熔化后形成平整面。但是这个过程加热和预热的时间长，工件受热面积大，热应力大，非常容易产生裂纹，同时线收缩产生裂纹倾向更大。（2）在电弧焊的修复过程中，用铸铁焊条Z248按相应工艺进行焊补，焊补工艺分两种，第一种：焊前预热至550℃-650℃时进行焊补，焊补后保温5-8小时，第二种：工件焊前不预热，焊后保温3-4小时。两种方法的焊补质量均不容易保证，易出现裂纹、硬点，焊补后不容易进行机械加工。
传统的喷焊缺点是非常明显的，首先是在该过程中非常容易出现裂纹，工件受热容易变形和二次气孔。这也是传统的焊补工艺不能彻底解决机床导轨缺陷修复的根本原因。另外，传统的焊补工艺不适用于可见加工面的修复，适用于非加工面或者不可见加工面的修复。同时，在该修补过程中，焊补质量不容易控制，需要操作者的技术和经验丰富。
液态金属是近些年出现的一种新型的合金材料，液态金属目前在散热领域和电子领域已经取得了非常大的应用范围，已经变成散热金字塔顶端的选项。此外，在生物领域，液态金属可以用于制备骨泥材料用于修复断骨。在电子器件领域，液态金属可以用于制备柔性导线和柔性天线而在国防工业发挥重大的作用。
由于液态金属的熔点可以设计到几百度范围内，因此将液态金属用于机床导轨面的修复是一种全新的使用方法，目前在国家范围内处于机床修复领域的前沿阵地。本专利从实际出发，提出了一种用于机床导轨面修复的液态金属。该材料不仅与基体铁合金具有极其优异的结合力，当在涂覆过程中的大温度变化范围内具有比较恒定的固-液两相比例。这种特性使得该材料在用于加热后的涂覆中大大简化了操作，便于使用。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺。该材料不仅与基体铁合金具有极其优异的结合力，当在涂覆过程中的大温度变化范围内具有比较恒定的固-液两相比例。这种特性使得该材料在用于加热后的涂覆中大大简化了操作，便于使用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺。按重量百分比计,该合金组成为Ta:0.1-0.2wt.%,Co:0.4-0.8wt.%,In:10.0-12.0wt.%,Mo:0.2-0.4wt.%,Cu:0.5-0.8wt.%,Ag:1.0-1.5wt.%,Zn:4.0-5.0wt.%,余量为锡。
上述一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺，包括如下的加工和使用步骤：（a）将合金按照所需的成分配置后，放入感应炉内进行熔炼，并采用氧化镁或者氧化铝坩埚进行氩气保护下的熔炼；在500-600度保温10分钟利用电磁搅拌充分将合金熔体搅拌均匀后，导入铸铁模具内进行浇铸；（b）把熔化好的合金熔液表面的渣滓刮去，浇铸在一个倾角约25度左右的三角铁槽内即成修复条。修复条长约200-300毫米，宽为8-10毫米，厚约3-5毫米为宜；（c）去污:用棉纱把修补部位及四周的油污擦拭干净；用镊子夹脱脂棉蘸丙酮在修补部位擦拭，直至棉团不呈黑色为止；用350-380度左右的电烙铁在拉伤部位熨烫一遍，使沟槽内擦洗不净的油污蒸发；（d）去锈: 用镊子夹脱脂棉蘸酸洗液(稀盐酸)擦拭拉伤部位，使残存的铁锈起化学反应，生成氯化铁和水；用镊子夹脱脂棉蘸蒸馏水洗擦酸洗部位，以稀释和擦掉剩余的盐酸与氯化铁；（e）焊补:用电烙铁加热至350-380度左右；然后左手持液态金属修复条使一端与修复部位成20-30度夹角相接触，右手用电烙铁将修复条熔切；并同时利用电烙铁的平面将处于固液态的液态金属材料抹平；（f）修整:用刮刀刮平填补料至与导轨面相平，并用细的砂纸磨平即可使用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）目前在机床表面修复领域，通常采用两种方法。对于不受力的部位修补，可以采用有机高分子的办法来进行填补。对于受力区域，如果区域小的话可以用电弧焊的办法将铁焊条熔化到待修补的部位。但是，这两种办法都具有不足之处。首先，对于高分子的修补方法而言，该类材料和基体的接触不够紧密。在极端的环境下，比如高温或者振动大的场合，容易出现脱落和氧化的现象。其次，采用弧焊的办法将铁焊条熔化到待修补的部位在实际上不容易控制材料使用量。同时，在最后的抹平和抛光后往往得不到理想的表面状态。本专利申请保护的修补材料，由于是液态金属类型的合金材料，在修补后能与基体产生很强的结合能力（发生了原子级别的扩散和作用），因而在长时间使用后能经受极端环境的作用而没有显示出失效的结果。
（2）机床导轨面当离热源比较近的时候，由于热量的传递会使得该区域的温度高于正常温度几十度。因而，传统的高分子修补材料在该区域便不能正常工作。这是由于发热量不仅使得高分子软化，失去正常的硬度。同时，热量也使得高分子的氧化速度加快，加快了高分子和基体金属的脱离，产生了失效。机床导轨面传统的采用弧焊的办法，随后还要采用刨削或磨削镶配导轨板的补偿修理法。这种修理方法周期较长，整个机床需大拆卸、搬动和动刀加工，工作量很大，成本很高，而且会大大降低机床导轨的使用寿命。同时，也会引起机床与导轨配合的各部件间尺寸链的变化，造成机床修理的复杂性。此外，弧焊接的办法容易造成导轨受热后变形复杂化，而且修整非常困难。本专利申请保护的50-80度下使用的液态金属修复材料，可以完全满足在热源附近工作要求，具有非常低的工作量和修补周期。由于工作中不需预热，焊接烙铁温度一般低于380度，因而不会引起修补部位变形。
（3）该材料的熔点范围为420-480度，在修补的使用温度下（350-380度），该材料处于固-液的半固态状况下。且在该条件下，固相体积比占60-70%。因而，该材料在工作温度下有非常优异的填充性能和在烙铁工作平面下的变形协调能力。从而避免了在工作温度下由于液相含量过多而引起的四处流动现象。同时，该材料具有非常优异的冷胀特性，也就是熔体在凝固后体积增大2-3%左右。因此用这种液态金属修复表面熔融凝结后，能牢固地与基体面结合。
（4）该材料用于机床修复领域，具有非常优异的力学性能和阻尼性能。其中，室温下该材料的硬度可以达到80-90HBS，在使用过程中可以避免表面划痕的产生。当用于热源温度附近的表面修补时，可以在50-80度的工作温度下表现出优异的硬度（75-78HBS）。同时，该材料具有非常突出的阻尼性能，阻尼系数室温下SDC=20-25%，50-80度的工作温度下SDC=30-38%。可以在振动比较大的场合下保持修补材料和基体的理想结合，避免了界面裂纹的产生和扩展。由于工艺装备简单，操作技术容易掌握，修理费用低，特别是在大型机床的修复中效果优为显著。采用上述材料和方法修复的机床导轨面，效果良好并可维持一个大修期。在施和产业化后，不仅可以解决行业难题，同时也能获得极大的市场价值。
具体实施方式
实施例1
一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺。按重量百分比计,该合金组成为: Ta:0.1wt.%,Co:0.4wt.%,In:10.0wt.%,Mo:0.2wt.%,Cu:0.5wt.%,Ag:1.0wt.%,Zn:4.0wt.%,余量为锡。
上述一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺，包括如下的加工和使用步骤：（a）将合金按照所需的成分配置后，放入感应炉内进行熔炼，并采用氧化镁或者氧化铝坩埚进行氩气保护下的熔炼；在500度保温10分钟利用电磁搅拌充分将合金熔体搅拌均匀后，导入铸铁模具内进行浇铸；（b）把熔化好的合金熔液表面的渣滓刮去，浇铸在一个倾角约25度左右的三角铁槽内即成修复条。修复条长约200毫米，宽为8毫米，厚约3毫米为宜；（c）去污:用棉纱把修补部位及四周的油污擦拭干净；用镊子夹脱脂棉蘸丙酮在修补部位擦拭，直至棉团不呈黑色为止；用350度左右的电烙铁在拉伤部位熨烫一遍，使沟槽内擦洗不净的油污蒸发；（d）去锈: 用镊子夹脱脂棉蘸酸洗液(稀盐酸)擦拭拉伤部位，使残存的铁锈起化学反应，生成氯化铁和水；用镊子夹脱脂棉蘸蒸馏水洗擦酸洗部位，以稀释和擦掉剩余的盐酸与氯化铁；（e）焊补:用电烙铁加热至350度左右；然后左手持液态金属修复条使一端与修复部位成20-30度夹角相接触，右手用电烙铁将修复条熔切；并同时利用电烙铁的平面将处于固液态的液态金属材料抹平；（f）修整:用刮刀刮平填补料至与导轨面相平，并用细的砂纸磨平即可使用。
该材料的熔点为460度，在修补的使用温度下（350度），该材料处于固-液的半固态状况下。且在该条件下，固相体积比占62%。因而，该材料在工作温度下有非常优异的填充性能和在烙铁工作平面下的变形协调能力。该材料用于机床修复领域，具有非常优异的力学性能和阻尼性能。其中，室温下该材料的硬度可以达到84HBS，在使用过程中可以避免表面划痕的产生。当用于热源温度附近的表面修补时，可以在50-80度的工作温度下表现出优异的硬度（75HBS）。同时，该材料具有非常突出的阻尼性能，阻尼系数室温下SDC=21%，50-80度的工作温度下SDC=35%。可以在振动比较大的场合下保持修补材料和基体的理想结合，避免了界面裂纹的产生和扩展。
实施例2
一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺。按重量百分比计,该合金组成为: Ta:0.2wt.%,Co:0.8wt.%,In:12.0wt.%,Mo:0.4wt.%,Cu:0.8wt.%,Ag:1.5wt.%,Zn:5.0wt.%,余量为锡。
上述一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺，包括如下的加工和使用步骤：（a）将合金按照所需的成分配置后，放入感应炉内进行熔炼，并采用氧化镁或者氧化铝坩埚进行氩气保护下的熔炼；在600度保温10分钟利用电磁搅拌充分将合金熔体搅拌均匀后，导入铸铁模具内进行浇铸；（b）把熔化好的合金熔液表面的渣滓刮去，浇铸在一个倾角约25度左右的三角铁槽内即成修复条。修复条长约300毫米，宽为10毫米，厚约5毫米为宜；（c）去污:用棉纱把修补部位及四周的油污擦拭干净；用镊子夹脱脂棉蘸丙酮在修补部位擦拭，直至棉团不呈黑色为止；用380度左右的电烙铁在拉伤部位熨烫一遍，使沟槽内擦洗不净的油污蒸发；（d）去锈: 用镊子夹脱脂棉蘸酸洗液(稀盐酸)擦拭拉伤部位，使残存的铁锈起化学反应，生成氯化铁和水；用镊子夹脱脂棉蘸蒸馏水洗擦酸洗部位，以稀释和擦掉剩余的盐酸与氯化铁；（e）焊补:用电烙铁加热至380度左右；然后左手持液态金属修复条使一端与修复部位成20-30度夹角相接触，右手用电烙铁将焊条熔切；并同时利用电烙铁的平面将处于固液态的液态金属材料抹平；（f）修整:用刮刀刮平填补料至与导轨面相平，并用细的砂纸磨平即可使用。
该材料的熔点为430度，在修补的使用温度下（360度），该材料处于固-液的半固态状况下。且在该条件下，固相体积比占68%。因而，该材料在工作温度下有非常优异的填充性能和在烙铁工作平面下的变形协调能力。该材料用于机床修复领域，具有非常优异的力学性能和阻尼性能。其中，室温下该材料的硬度可以达到85HBS，在使用过程中可以避免表面划痕的产生。当用于热源温度附近的表面修补时，可以在50-80度的工作温度下表现出优异的硬度（78HBS）。同时，该材料具有非常突出的阻尼性能，阻尼系数室温下SDC=25%，50-80度的工作温度下SDC=35%。可以在振动比较大的场合下保持修补材料和基体的理想结合，避免了界面裂纹的产生和扩展。
实施例3
一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺。按重量百分比计,该合金组成为: Ta:0.1wt.%,Co:0.5wt.%,In:10.0wt.%,Mo:0.3wt.%,Cu:0.6wt.%,Ag:1.2wt.%,Zn:4.8wt.%,余量为锡。
上述一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺，包括如下的加工和使用步骤：（a）将合金按照所需的成分配置后，放入感应炉内进行熔炼，并采用氧化镁或者氧化铝坩埚进行氩气保护下的熔炼；在500度保温10分钟利用电磁搅拌充分将合金熔体搅拌均匀后，导入铸铁模具内进行浇铸；（b）把熔化好的合金熔液表面的渣滓刮去，浇铸在一个倾角约25度左右的三角铁槽内即成修复条。修复条长约200毫米，宽为8毫米，厚约3毫米为宜；（c）去污:用棉纱把修补部位及四周的油污擦拭干净；用镊子夹脱脂棉蘸丙酮在修补部位擦拭，直至棉团不呈黑色为止；用360度左右的电烙铁在拉伤部位熨烫一遍，使沟槽内擦洗不净的油污蒸发；（d）去锈: 用镊子夹脱脂棉蘸酸洗液(稀盐酸)擦拭拉伤部位，使残存的铁锈起化学反应，生成氯化铁和水；用镊子夹脱脂棉蘸蒸馏水洗擦酸洗部位，以稀释和擦掉剩余的盐酸与氯化铁；（e）焊补:用电烙铁加热至360度左右；然后左手持液态金属修复条使一端与修复部位成20-30度夹角相接触，右手用电烙铁将修复条熔切；并同时利用电烙铁的平面将处于固液态的液态金属材料抹平；（f）修整:用刮刀刮平填补料至与导轨面相平，并用细的砂纸磨平即可使用。
该材料的熔点为430度，在修补的使用温度下（360度），该材料处于固-液的半固态状况下。且在该条件下，固相体积比占64%。因而，该材料在工作温度下有非常优异的填充性能和在烙铁工作平面下的变形协调能力。该材料用于机床修复领域，具有非常优异的力学性能和阻尼性能。其中，室温下该材料的硬度可以达到80HBS，在使用过程中可以避免表面划痕的产生。当用于热源温度附近的表面修补时，可以在50-80度的工作温度下表现出优异的硬度（76HBS）。同时，该材料具有非常突出的阻尼性能，阻尼系数室温下SDC=23%，50-80度的工作温度下SDC=34%。可以在振动比较大的场合下保持修补材料和基体的理想结合，避免了界面裂纹的产生和扩展。

Claims (2)

1.一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺；按重量百分比计，该合金组成为Ta:0.1-0.2wt.%,Co:0.4-0.8wt.%,In:10.0-12.0wt.%,Mo:0.2-0.4wt.%,Cu:0.5-0.8wt.%,Ag:1.0-1.5wt.%,Zn:4.0-5.0wt.%,余量为锡。
2.权利要求1所述一种工作在50-80度机床导轨修补用液态金属及加工工艺，其特征在于包括如下加工和使用步骤：（a）将合金按照所需的成分配置后，放入感应炉内进行熔炼，并采用氧化镁或者氧化铝坩埚进行氩气保护下的熔炼；在500-600度保温10分钟利用电磁搅拌充分将合金熔体搅拌均匀后，导入铸铁模具内进行浇铸；（b）把熔化好的合金熔液表面的渣滓刮去，浇铸在一个倾角约25度左右的三角铁槽内即成修复条；修复条长约200-300毫米，宽为8-10毫米，厚约3-5毫米为宜；（c）去污:用棉纱把修补部位及四周的油污擦拭干净；用镊子夹脱脂棉蘸丙酮在修补部位擦拭，直至棉团不呈黑色为止；用350-380度左右的电烙铁在拉伤部位熨烫一遍，使沟槽内擦洗不净的油污蒸发；（d）去锈: 用镊子夹脱脂棉蘸酸洗液(稀盐酸)擦拭拉伤部位，使残存的铁锈起化学反应，生成氯化铁和水；用镊子夹脱脂棉蘸蒸馏水洗擦酸洗部位，以稀释和擦掉剩余的盐酸与氯化铁；（e）焊补:用电烙铁加热至350-380度左右；然后左手持液态金属修复条使一端与修补部位成20-30度夹角相接触，右手用电烙铁将修复条熔切；并同时利用电烙铁的平面将处于固液态的液态金属材料抹平；（f）修整:用刮刀刮平填补料至与导轨面相平，并用细的砂纸磨平即可使用。
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