在鑄件中修復(fù)損傷部位的方法和產(chǎn)生適合修復(fù)材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在鑄件(13)的表面內(nèi)修復(fù)損傷部位(31)的方法。此外，本發(fā)明請求保護(hù)一種能夠被用于產(chǎn)生適于上述修復(fù)方法的修復(fù)材料的方法。按本發(fā)明規(guī)定，使用與鑄件(13)具有相同鑄造組織的噴涂粒子(19)作為材料。該噴涂粒子通過冷氣噴涂施加到損傷部位上，其中，冷氣噴涂的特征在于，噴涂粒子未熔化并且有利地在噴涂粒子(19)碰到修復(fù)部位(31)之后保持鑄造組織不變。由此，修復(fù)部位可以有利地配有與剩余待修復(fù)的構(gòu)件相同的特性。按本發(fā)明，通過破碎具有所要求鑄造組織的鑄件來制造所述修復(fù)材料。
【專利說明】在鑄件中修復(fù)損傷部位的方法和產(chǎn)生適合修復(fù)材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在鑄件的表面內(nèi)修復(fù)損傷部位的方法，其中，修復(fù)材料通過冷氣噴涂施加到損傷部位上。此外,本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生構(gòu)件的修復(fù)材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]冷氣噴涂是本身已知的方法，其中，設(shè)計用于涂層的粒子借助會聚-發(fā)散噴嘴優(yōu)選加速到超音速，以便它們由于其外加的動能保持粘附在待涂層的表面上。在此，利用粒子的導(dǎo)致該粒子塑性變形的動能，其中，涂層粒子在僅碰到其表面時熔化。因此，該方法相比另外的熱噴涂方法稱作冷氣噴涂，因為在比較低的溫度下實施，其中，涂層粒子基本上固定地保持。優(yōu)選為了也稱作動能噴涂的冷氣噴涂使用冷氣噴涂設(shè)備，該冷卻噴涂設(shè)備具有用于加熱氣體的氣體加熱裝置。氣體加熱裝置連接有滯流室，該滯流室在出口側(cè)與會聚-發(fā)散噴嘴，優(yōu)選拉瓦爾噴嘴連接。會聚-發(fā)散噴嘴具有通過噴嘴頸連接的會聚段和擴(kuò)寬段。會聚-發(fā)散噴嘴在出口側(cè)產(chǎn)生氣流形式的粉末束，其中具有高速的，優(yōu)選超音速的粒子。
[0003]按EP1816235B1已知，在鑄件中的缺陷部位可以借助冷氣噴涂修復(fù)。為此目的，使用與EP1816235B1中相同類型的材料。此處理解為與待修復(fù)的構(gòu)件具有相似或相同成分的材料。由此可以實現(xiàn)，修復(fù)的部位填充以幾乎完全排除冶金問題的材料。因此意味著，可以排除在以異種材料修復(fù)鑄件時在修復(fù)之后尤其在受到較高熱載荷的部件中發(fā)生并且導(dǎo)致組織的完整性下降的擴(kuò)散過程。這可以即，在最差的情況下，導(dǎo)致構(gòu)件失靈。
[0004]不過，相同類型的用于修復(fù)在鑄件中的缺陷部位的材料構(gòu)成一種在組織結(jié)構(gòu)方面與周圍構(gòu)件的鑄造組織不同的組織。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于鑄件的修復(fù)方法，通過該修復(fù)方法可以形成修復(fù)部位，該修復(fù)部位盡可能大程度地與包圍修復(fù)部位的鑄件的特性匹配。此外，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于產(chǎn)生修復(fù)材料的方法，該修復(fù)材料在應(yīng)用于修復(fù)方法時可以解決首先提到的技術(shù)問題。
[0006]首先提到的技術(shù)問題通過開頭所述的用于修復(fù)的方法按本發(fā)明解決的方式是，使用與鑄件具有相同組織的噴涂粒子作為修復(fù)材料。在此，按本發(fā)明通過使用冷氣噴涂帶來的益處在于，被冷氣噴涂處理的粒子不熔化并因此也在形成涂層(在該情況下修復(fù)部位)之后至少基本上保留具有已處理的噴涂粒子的組織。因此可行的是，使用與待修復(fù)的構(gòu)件具有相同的鑄造組織的噴涂粒子并且按照這種方式正好以具有包圍修復(fù)部位的鑄件的鑄造組織形成修復(fù)部位。由此可以有利地實現(xiàn)鑄件的修復(fù)，其中，已修復(fù)的鑄件具有與原件幾乎相同的特性，因為修復(fù)部位正好具有與剩余鑄件相同的特性。因此，待修復(fù)鑄件的特性有利地與原件一致。而且，保護(hù)了按本發(fā)明的方式修復(fù)的構(gòu)件免受在修復(fù)材料雖然具有相同的成分但由于另外的合金設(shè)計而比鑄件周圍的材料更貴重或更不貴重時由于局部電氣元件的構(gòu)造而產(chǎn)生的腐蝕。[0007]為了制造可以以所述的方式處理的修復(fù)材料，第二技術(shù)問題按本發(fā)明通過用于產(chǎn)生修復(fù)材料的方法解決，其中，待修復(fù)的構(gòu)件是鑄件并且修復(fù)材料通過主體的破碎從組成鑄件的材料中獲得。此外，該主體與鑄件具有相同的鑄造組織。例如該主體可以由具有與待修復(fù)的鑄件相同的生產(chǎn)批次的廢棄鑄件組成。由此確保，主體的材料還在組織特性方面正好相應(yīng)于鑄件的材料。主體還可以在破碎之前為此目的而制造。在此，可以有利地選擇主體形狀，該主體形狀能夠?qū)崿F(xiàn)不成問題地產(chǎn)生具有盡可能未受干擾的鑄造組織的主體。例如，具有特別簡單的幾何結(jié)構(gòu)，例如棒的主體特別適合作為用于之后破碎的主體。還可行的是，所產(chǎn)生的主體的邊緣區(qū)通過切削方法切除并因此獲得僅由已制成的鑄件的內(nèi)部區(qū)域組成的主體。在該區(qū)域內(nèi)，有利的是，主體的組織在鑄件凝固期間最少地受到正在進(jìn)行的過程的干擾。主體的破碎例如可以通過粉碎和/或研磨實現(xiàn)。由此可以制成用于冷卻噴涂的噴涂粒子，其中，可實現(xiàn)不同的粒子大小。
[0008]按本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)方案規(guī)定，噴涂粒子的平均直徑在至少ΙΟΟμπι到至多200μπι之間。有利的是，該粒子大小可以通過冷氣噴涂特別容易地加工。此外有利的是，不同平均直徑的噴涂粒子的散射至少在上述區(qū)域的一半上延伸。因此，得到了由具有不同平均直徑的噴涂粒子組成的噴涂材料，從而粒子可以有利地疊積成比較密的層，其中，具有更小平均直徑的噴涂粒子可以填充具有更大平均直徑的粒子之間的間隙。
[0009]按本發(fā)明另外的結(jié)構(gòu)方案規(guī)定，鑄件的損傷部位在施加噴涂粒子時加熱。這可以尤其是通過激光束的局部照射實現(xiàn)。通過預(yù)熱鑄件可以實現(xiàn)，它在待修復(fù)的損傷部位的區(qū)域內(nèi)膨脹，并且在由噴涂粒子構(gòu)成的修復(fù)部位和鑄件的周圍材料之后的冷卻中實現(xiàn)應(yīng)力比較低的連接。此外，按本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)方案也可以在施加修復(fù)材料之后再進(jìn)行鑄件的熱處理。
[0010]在熱處理或加熱修復(fù)部位期間必須注意，達(dá)到的溫度不改變鑄造組織。由此防止，鑄件由于修復(fù)改變其特性，因為通過按本發(fā)明的修復(fù)方法正好防止了這種情況。.[0011 ] 特別有利的是，鑄件由球形灰口鑄鐵構(gòu)成。球形灰口鑄鐵的組織結(jié)構(gòu)可以有利地通過按本發(fā)明的制造修復(fù)材料的方法較容易產(chǎn)生。在制造噴涂粒子時應(yīng)當(dāng)注意，按標(biāo)準(zhǔn)DINEN IS0945在噴涂粒子的組織`中嵌入的球形碳幾乎僅具有10 μ m至150 μ m的直徑。因此，噴涂粒子應(yīng)當(dāng)具有至少一個平均直徑，100 μ m，以便還可以通過冷卻噴涂這些噴涂粒子來仿照灰口鑄鐵的組織構(gòu)造。已表明，更多嵌入的碳然后還可以可靠地至少部分地通過灰口鑄鐵基質(zhì)組織包圍并且可以較好地加工為噴涂粉末。例如，GJS400-15用作灰口鑄鐵的合金。
[0012]也可以修復(fù)由具有層狀碳的鑄鐵組成的部件。這適用于例如EN GJL-材料組。在此還適用的是，噴涂粒子由于碳片出現(xiàn)10到250 μ m的長度(按DIN EN IS0945，該大小范圍適用于大部分碳夾雜物)應(yīng)當(dāng)具有100到200 μ m的平均直徑，以便可以通過冷氣噴涂仿照鑄造材料的組織構(gòu)造。在此也適用的是，碳夾雜物然后還可靠地至少部分地通過灰口鑄鐵基質(zhì)組織包圍。.[0013]此外，鑄件例如也可以由鋁硅合金組成，例如由AlSil7組成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面根據(jù)附圖描述本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)。相同或相應(yīng)的附圖元件分別配有相同的附圖標(biāo)記并因此僅重復(fù)闡述各附圖之間的區(qū)別。附圖中:
[0015]圖1是按本發(fā)明用于修復(fù)鑄件的方法的實施例的示意性側(cè)視圖，
[0016]圖2是通過所選的方法步驟示例性表示按本發(fā)明用于產(chǎn)生修復(fù)材料的方法的實施例以及
[0017]圖3是利用按本發(fā)明的修復(fù)方法修復(fù)的構(gòu)件的實施例的剖面圖。
【具體實施方式】
[0018]在圖1中示出用于冷卻噴涂的設(shè)備。該設(shè)備具有真空容器11，在真空容器中一端設(shè)有冷氣噴涂噴嘴12，另一端設(shè)有鑄件13 (未進(jìn)一步示出固定裝置)。通過第一管道14，可以將工藝氣體輸送給冷氣噴涂噴嘴12。該噴涂噴涂，如輪廓所示，設(shè)計成會聚-發(fā)散噴嘴(例如拉瓦爾噴嘴)，通過該噴嘴使s工藝氣體減壓膨脹并且以氣體束的形式(箭頭15)加速至鑄件13的表面16。
[0019]此外，可以以未示出的方式加熱工藝氣體，由此在真空容器12中形成所要求的工藝溫度。
[0020]通過第二管道18可以給冷氣噴涂噴嘴12輸送噴涂粒子19，該噴涂粒子在氣體束15中加速并且射到待修復(fù)的損傷部位17的表面16上。噴涂粒子的動能使噴涂粒子粘附在表面16上。為了在損傷部位17中形成修復(fù)-組織20，鑄件13可以在雙箭頭21的方向上在冷氣噴涂槍12前方來回運動。在涂層工藝期間，通過真空泵22不斷地維持真空容器11中的真空，其中，工藝氣體在流過真空泵22之前導(dǎo)引通過過濾器23，以便將在噴射到表面16上時未結(jié)合到該表面上的粒子過濾掉。
[0021]借助加熱裝置23a可以附加地加熱在冷氣噴涂噴嘴內(nèi)部的粒子19。由此，附加地輸入能量，該輸入的能量直接地作為熱能或通過在冷氣噴涂噴嘴12中的減壓膨脹以動能的形式輸送給噴涂粒子19。在真空腔11中安裝激光器24作為其他的能源，該激光器24對準(zhǔn)冷氣束15在鑄件13的表面16上的噴射部位。在噴射部位上，激光束25的電磁能結(jié)合噴涂粒子19的動能和可能的熱能保證噴涂粒子19永久地粘附在表面16上，由此構(gòu)成修復(fù)組織20。
[0022]在圖2中示出用于制造修復(fù)材料的方法。首先在鑄模26中制造棒條27，該棒條應(yīng)當(dāng)用作制造噴涂粒子的坯件(主體)。該棒條27在鑄件凝固之后脫模并且表面層28通過切削從棒條27上分離，因而芯29剩余保留下來。因此，棒條27的靠近表面的區(qū)域扭曲變形，該區(qū)域由于周圍空氣的影響會具有不均勻鑄造組織或化學(xué)變化。然后，該芯29在未詳細(xì)示出的裝置中粉碎，由此產(chǎn)生粗大的粒子30。然后，該粒子30例如在球磨機(jī)中研磨，以此進(jìn)行進(jìn)一步的破碎并且結(jié)束噴涂粒子的制造。在下列步驟中，這些噴涂粒子還可以按大小分類，以便然后噴涂粉末制造成不同大小類別的噴涂粒子。為了制造其中的噴涂粒子具有在一定的范圍內(nèi)的不同平均直徑的噴涂粉末，可以以適合的方式混合不同大小的噴涂粒子。
[0023]與之相關(guān)應(yīng)指出，噴涂粒子的平均直徑應(yīng)當(dāng)理解為與通常非球形的真實粒子具有相同體積的球形粒子的直徑相對應(yīng)的直徑。因此，更大數(shù)量的粒子的直徑平均值不應(yīng)當(dāng)理解為是平均直徑。若與本發(fā)明有關(guān)地討論不同平均直徑的噴涂粒子，則因此也即意味著不同大小類別的噴涂粒子混合地存在。[0024]表示通過已修復(fù)的鑄件13的剖面圖的圖3示出，不同大小類別(也就是說具有不同平均直徑)的噴涂粒子19的使用有利地導(dǎo)致，在鑄件13的修復(fù)部位31中形成緊密的組織。在圖3中示出由球形灰口鑄鐵制成的鑄件，其中，在由鐵材料制成的基質(zhì)中分布有球形碳32。這也適用于噴涂粒子19，其各自大小在圖3中仍可見，因為它們單獨地表示出。在此更小的噴涂粒子19填滿更大噴涂粒子19之間的間隙。在現(xiàn)實中，噴涂粒子19的表面通過在噴涂粒子碰到該表面時產(chǎn)生 的熱能而熔化，因此圖3中示出的粒子之間的邊界部分地消失。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在鑄件(13)的表面內(nèi)修復(fù)損傷部位(17)的方法，其中，修復(fù)材料通過冷氣噴涂施加到所述損傷部位(17)上，其特征在于，使用與所述鑄件(13)具有相同鑄造組織的噴涂粒子(19)作為修復(fù)材料。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴涂粒子(19)具有至少100μ m到至多200 μ m的平均直徑。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，不同平均直徑的噴涂粒子的散射至少在按權(quán)利要求2所給出的范圍的一半上延伸。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述損傷部位在施加所述噴涂粒子(19)的期間被加熱，尤其是通過激光束照射。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述鑄件(13)在施加所述修復(fù)材料之后再進(jìn)行熱處理。
6.按前述 權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述鑄件(19)由球形灰口鑄鐵組成。
7.一種用于產(chǎn)生構(gòu)件的修復(fù)材料的方法，其特征在于， 所述構(gòu)件是鑄件(13)并且所述修復(fù)材料通過主體的破碎從組成鑄件的材料中獲得，其中，主體與鑄件具有相同的鑄造組織。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在破碎時制造用于冷卻噴涂的噴涂粒子。
9.按權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述破碎通過粉碎和/或研磨實現(xiàn)。
【文檔編號】B22F9/04GK103764872SQ201280042289
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月1日
【發(fā)明者】F.海因里希斯多爾夫, U.克魯格, R.賴歇, O.施蒂爾 申請人:西門子公司