浸滲技術(shù)在鋁合金鑄件上的應(yīng)用研究

薛永軍，宗紹迎

（山西汾西重工有限責(zé)任公司，山西 太原 030027）

鑄造鋁合金具有密度小、成形加工性好，可重復(fù)利用、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在汽車(chē)制造、航天航空、兵器工業(yè)中，鋁合金鑄件得到廣泛使用。但是，鋁合金的凝固收縮較大，而且隨著鋁合金鑄件逐漸趨向大型化、復(fù)雜化，鑄件的工藝性變差。在鑄件內(nèi)部總是在局部存在一些彌散分布的顯微縮松等孔洞類(lèi)缺陷。對(duì)于有耐壓要求的鑄件，一些貫穿類(lèi)孔洞類(lèi)缺陷的存在造成了鑄件的滲漏而直接報(bào)廢，非貫穿類(lèi)孔洞缺陷的存在也嚴(yán)重影響了鑄件的使用。就目前來(lái)講，為了降低鑄件的滲漏率，在努力提高鑄造工藝技術(shù)的同時(shí)，采用浸滲技術(shù)對(duì)這些微孔類(lèi)缺陷進(jìn)行修復(fù)，是解決鑄件滲漏、提高鑄件使用可靠性的切實(shí)有效方法，并且逐漸成為耐壓鑄件一項(xiàng)必須的工序[1]。

我廠(chǎng)生產(chǎn)的鋁合金薄壁殼體類(lèi)鑄件絕大部分要進(jìn)行1MPa～2MPa不等的水壓試驗(yàn)，為了解決鑄件自身存在的缺陷，采用了浸滲處理的方法。為了驗(yàn)證浸滲效果，選取了一個(gè)加工表面有缺陷的鑄件進(jìn)行浸滲處理，鑄件材質(zhì)為ZL101A，然后切取缺陷部位試樣，對(duì)該試樣進(jìn)行打磨、拋光，然后進(jìn)行SEM分析。

1 浸滲劑的選擇

浸滲劑的作用是封堵鑄件孔洞類(lèi)缺陷，提高鑄件的可靠性和使用壽命。浸滲劑經(jīng)歷了從無(wú)機(jī)浸滲劑到有機(jī)浸滲劑的發(fā)展過(guò)程。浸滲劑的種類(lèi)有硅酸鹽類(lèi)、合成樹(shù)脂類(lèi)、熱水固化型樹(shù)脂和厭氧固化型樹(shù)脂等。在全面比較各種浸滲劑的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，結(jié)合我公司產(chǎn)品的特點(diǎn)，選擇了熱水固化型樹(shù)脂浸滲劑，即熱固化型甲基丙烯酸脂真空浸滲劑。該浸滲劑具有浸滲效果良好，設(shè)備簡(jiǎn)單，水洗性好，對(duì)人體無(wú)危害，不需要特殊的污水處理，適合間斷生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[2]。

2 浸滲工藝過(guò)程

1）使用脫脂液徹底清除鑄件表面油污，然后使用清水清除鑄件表面的脫脂液；

2）為了防止水汽進(jìn)入浸滲劑，影響浸滲效果，要烘干鑄件表面水分，然后冷卻至室溫；

3）浸滲過(guò)程。將鑄件放入浸滲罐中，合上浸滲罐，對(duì)罐體抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到≤-0.09MPa時(shí)，浸滲液開(kāi)始進(jìn)入浸滲罐內(nèi)，浸滲液的高度要淹沒(méi)整個(gè)鑄件，然后對(duì)浸滲罐進(jìn)行逐步加壓，加壓到給定壓力（0.4MPa～0.6MPa）時(shí)，開(kāi)始保壓，保壓一段時(shí)間（10min～15min）后，開(kāi)始排氣泄壓；

4）甩膠清洗：將浸滲完成的鑄件進(jìn)行甩膠處理，通過(guò)鑄件的轉(zhuǎn)動(dòng)將表面多余的浸滲液去除，然后用水清洗干凈鑄件表面；

5）固化：將鑄件放入90℃～95℃的熱水中固化，保溫時(shí)間20min～25min，直至鑄件微孔中的浸滲液充分固化為止。

SEM試樣的制備：首先沿著與缺陷浸滲面垂直方向切取試樣，然后對(duì)試樣進(jìn)行粗磨、精磨以及拋光。進(jìn)行試樣的原樣以及王水腐蝕以后的SEM照片，并且進(jìn)行了EDS分析。

3 結(jié)果分析

圖1a）為拋光后試樣的顯微組織SEM照片，A處的EDS分析如圖1b）所示。從照片可以看出，浸滲劑能夠很好地滲入鑄件的微孔缺陷中，浸滲劑在真空下有極強(qiáng)的浸滲能力，能夠滲入到鑄件內(nèi)從幾微米到幾百微米不等的孔隙中，起到很好的封堵空隙的作用，浸滲劑固化物在鑄件孔洞內(nèi)縱橫交錯(cuò)。

圖1 浸滲后的顯微組織

圖2為經(jīng)過(guò)王水腐蝕后的試樣的SEM照片，從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)王水腐蝕后，合金基體的晶界清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，α-Al的晶界以及共晶硅形貌清晰。浸滲劑經(jīng)過(guò)王水腐蝕后仍能夠很好的與鋁合金基體結(jié)合，不會(huì)脫落。表明浸滲劑固化物與基體之間沒(méi)有顯微孔隙存在，王水腐蝕過(guò)程不會(huì)進(jìn)入兩者的間隙中。浸滲劑的封堵作用牢靠，在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下仍能起到很好的作用。

圖2 經(jīng)過(guò)王水腐蝕后

浸滲機(jī)理分析：真空浸滲是將鑄件微孔中的空氣排出，然后浸滲劑進(jìn)入浸滲罐，浸滲劑在毛細(xì)現(xiàn)象的作用下進(jìn)入鑄件微孔。壓縮空氣的加壓使浸滲劑更加快速完全地充滿(mǎn)鑄件微孔。去掉表面壓力后，微孔中的浸滲劑由于毛細(xì)現(xiàn)象的作用，在后期的清洗過(guò)程中不會(huì)從微孔中流出。在熱水固化過(guò)程中，鑄件中的浸滲劑是表面先固化，內(nèi)部浸滲劑在熱傳遞的作用下逐步固化，表面固化后阻止了內(nèi)部浸滲劑在固化過(guò)程中向外面流出，起到了很好地填堵鑄件顯微孔隙的作用。

4 結(jié) 論

1）熱固化型甲基丙烯酸脂真空浸滲劑對(duì)鋁合金鑄件的顯微孔洞有很好的封堵作用；

2）經(jīng)過(guò)王水腐蝕后，浸滲劑固化物仍然與基體結(jié)合良好；

3）經(jīng)過(guò)上述工藝浸滲的鑄件可以在腐蝕環(huán)境中使用，浸滲劑不會(huì)有脫落現(xiàn)象。

[1]鞏倫詩(shī)，王祥珍.鑄件浸滲處理及其質(zhì)量控制[J］.機(jī)械工人，2000（5）:9-10.

[2]張德成，朱榮強(qiáng)，李天書(shū)，等.水洗性熱固化浸滲密封膠的研究與應(yīng)用[J］.粘結(jié)，2004，25（3）：20-22.