浸渗技术在铝合金铸件上的应用研究

2015-07-11薛永军宗绍迎

铸造设备与工艺 2015年1期

薛永军，宗绍迎

（山西汾西重工有限责任公司，山西太原 030027）

铸造铝合金具有密度小、成形加工性好，可重复利用、节能环保等优点，近年来在汽车制造、航天航空、兵器工业中，铝合金铸件得到广泛使用。但是，铝合金的凝固收缩较大，而且随着铝合金铸件逐渐趋向大型化、复杂化，铸件的工艺性变差。在铸件内部总是在局部存在一些弥散分布的显微缩松等孔洞类缺陷。对于有耐压要求的铸件，一些贯穿类孔洞类缺陷的存在造成了铸件的渗漏而直接报废，非贯穿类孔洞缺陷的存在也严重影响了铸件的使用。就目前来讲，为了降低铸件的渗漏率，在努力提高铸造工艺技术的同时，采用浸渗技术对这些微孔类缺陷进行修复，是解决铸件渗漏、提高铸件使用可靠性的切实有效方法，并且逐渐成为耐压铸件一项必须的工序[1]。

我厂生产的铝合金薄壁壳体类铸件绝大部分要进行1MPa～2MPa不等的水压试验，为了解决铸件自身存在的缺陷，采用了浸渗处理的方法。为了验证浸渗效果，选取了一个加工表面有缺陷的铸件进行浸渗处理，铸件材质为ZL101A，然后切取缺陷部位试样，对该试样进行打磨、抛光，然后进行SEM分析。

1 浸渗剂的选择

浸渗剂的作用是封堵铸件孔洞类缺陷，提高铸件的可靠性和使用寿命。浸渗剂经历了从无机浸渗剂到有机浸渗剂的发展过程。浸渗剂的种类有硅酸盐类、合成树脂类、热水固化型树脂和厌氧固化型树脂等。在全面比较各种浸渗剂的优缺点以及应用领域的基础上，结合我公司产品的特点，选择了热水固化型树脂浸渗剂，即热固化型甲基丙烯酸脂真空浸渗剂。该浸渗剂具有浸渗效果良好，设备简单，水洗性好，对人体无危害，不需要特殊的污水处理，适合间断生产等优点[2]。

2 浸渗工艺过程

1）使用脱脂液彻底清除铸件表面油污，然后使用清水清除铸件表面的脱脂液；

2）为了防止水汽进入浸渗剂，影响浸渗效果，要烘干铸件表面水分，然后冷却至室温；

3）浸渗过程。将铸件放入浸渗罐中，合上浸渗罐，对罐体抽真空，当真空度达到≤-0.09MPa时，浸渗液开始进入浸渗罐内，浸渗液的高度要淹没整个铸件，然后对浸渗罐进行逐步加压，加压到给定压力（0.4MPa～0.6MPa）时，开始保压，保压一段时间（10min～15min）后，开始排气泄压；

4）甩胶清洗：将浸渗完成的铸件进行甩胶处理，通过铸件的转动将表面多余的浸渗液去除，然后用水清洗干净铸件表面；

5）固化：将铸件放入90℃～95℃的热水中固化，保温时间20min～25min，直至铸件微孔中的浸渗液充分固化为止。

SEM试样的制备：首先沿着与缺陷浸渗面垂直方向切取试样，然后对试样进行粗磨、精磨以及抛光。进行试样的原样以及王水腐蚀以后的SEM照片，并且进行了EDS分析。

3 结果分析

图1a）为抛光后试样的显微组织SEM照片，A处的EDS分析如图1b）所示。从照片可以看出，浸渗剂能够很好地渗入铸件的微孔缺陷中，浸渗剂在真空下有极强的浸渗能力，能够渗入到铸件内从几微米到几百微米不等的孔隙中，起到很好的封堵空隙的作用，浸渗剂固化物在铸件孔洞内纵横交错。

图1 浸渗后的显微组织

图2为经过王水腐蚀后的试样的SEM照片，从图中可以看出，经过王水腐蚀后，合金基体的晶界清晰地显现出来，α-Al的晶界以及共晶硅形貌清晰。浸渗剂经过王水腐蚀后仍能够很好的与铝合金基体结合，不会脱落。表明浸渗剂固化物与基体之间没有显微孔隙存在，王水腐蚀过程不会进入两者的间隙中。浸渗剂的封堵作用牢靠，在强腐蚀环境下仍能起到很好的作用。

图2 经过王水腐蚀后

浸渗机理分析：真空浸渗是将铸件微孔中的空气排出，然后浸渗剂进入浸渗罐，浸渗剂在毛细现象的作用下进入铸件微孔。压缩空气的加压使浸渗剂更加快速完全地充满铸件微孔。去掉表面压力后，微孔中的浸渗剂由于毛细现象的作用，在后期的清洗过程中不会从微孔中流出。在热水固化过程中，铸件中的浸渗剂是表面先固化，内部浸渗剂在热传递的作用下逐步固化，表面固化后阻止了内部浸渗剂在固化过程中向外面流出，起到了很好地填堵铸件显微孔隙的作用。