汽车铝铸件浸渗技术

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转载自<汉江丹江口铝业有限责任公司>

引言   铝铸件在铸造形成过程中,容易产生内部疏松、缩孔、气孔等缺陷,这些含有缺陷的铸件在经过机加工后,表面致密层部件被去掉而使内部的组织缺陷暴露出来。对有密封要求的汽车铝铸件,如气缸体、气缸盖、进气歧管、制动阀体等,在进行耐压密封试验时,缺陷微孔的存在将导致密封介质的渗漏造成大量废品,且这些缺陷往往机加工后经试压才能发现,从而造成工时、原材料和能源的严重浪费。为了解决汽车铝铸件废品率高的问题,挽救因上述缺陷可能报废的铸件,生产中要采取一定的处理措施,目前使用最普遍的技术是浸渗处理,即堵漏。所谓“浸渗”,就是在一定条件下把浸渗剂渗透到铝铸件的微孔隙中,经过固化后使渗入孔隙中的填料与铸件孔隙内壁连成一体,堵住微孔,使零件能满足加压、防渗及防漏等条件的工艺技术。 
    1 浸渗方法及适用范围
  浸渗处理方法是根据铸件缺陷性质、分布状况、铸件工作条件、结构尺寸及浸渗剂的类型等具体情况决定的。浸渗处理方法分为局部浸渗和整体浸渗两大类。
  局部浸渗方法有刷涂法、注射法、浸涂法及局部加压浸渗法,它适用于已知泄漏部位的铸件。此法工艺简单、操作方便、浸渗剂消耗少,多用于大型铸件或单件生产的铸件。整体浸渗方法有常压浸渗、加压浸渗、真空浸渗及真空加压浸渗,多用于大批量生产的中小铸件。铝铸件中的铸造缺陷,可能呈贯通式,或表面缺陷或隐蔽缺陷影响铸件强度,只能通过无损检测方法发现,尚无法修复,浸渗处理仅对前两类缺陷有效。 
   2 浸渗剂
   浸渗剂是由无机或有机物配制而成的液态物质,用以密封微孔缺陷的渗漏铸件。浸渗剂的性能要求是对铸造缺陷有良好的渗透性和粘附性,当浸渗剂固化后,应与铸件形成坚实的整体,固化物具有良好的耐介质性以及与基体较接近的力学性能。同时,浸渗剂还应具有无毒、无污染、不燃、稳定性好、安全可靠、易贮存及成本低等特点。浸渗剂可分为无机与有机两大类。
   无机浸渗剂以硅酸盐型为主,主要成分为硅酸钠(俗称水玻璃),添加适量无机金属盐、稳定剂、固化促进剂、金属氧化物及增韧剂等,是最早使用的浸渗剂。最大特点能耐500℃的高温,为任何有机浸渗剂不可比拟,并且材料来源广泛,成本低。缺点是粘度高、浸润性差、浸渗效率不高,有时需多效浸渗才能成功。这种浸渗剂对有较大孔隙缺陷的铝铸件浸渗效果比较好。但是对于孔隙微小、孔隙密度较大的铸件密封效果不好,表面仍可能发生泄漏。在自然温度下它的固化时间较长,浸渗后铸件需室温放置24h后方可压力检验,不适合大批量处理汽车铝铸件。
  有机类浸渗剂以各种合成树酯为代表,国内外普遍使用的有厌氧树脂浸渗剂和聚酯浸渗剂等。优点是粘度小、浸润性强、效率高及处理效果好。缺点是耐温能力较差(200℃左右),且价格贵(约为无机浸渗剂的20倍)。树脂浸渗处理适合微气孔或孔隙密度较大的情况,比采用水玻璃处理效果好。当机械加工或表面变形时,渗入孔隙的树脂具有异常的弹性,不会开裂或失效。由于固化时间较短,铸件处理后可立即试验和装配,适合大批量生产中应用。
  3 真空加压浸渗工艺
  在国内外的铝铸件生产厂中,目前普遍采用真空加压浸渗法。真空加压浸渗过程主要在真空压力罐中进行,其工艺流程如图1所示。按工艺处理顺序可分为前处理、浸渗处理和后处理3个阶段。
  前处理是将铸件脱脂、清洗,再干燥备用。主要目的在于去除零件表面的油污、金属碎屑和灰尘,提高浸渗质量,防止油污及机械杂质带人浸渗液中影响渗透力和粘结力。常用脱脂方法有溶剂脱脂、碱液脱脂及电化学脱脂。铸件在上述脱脂清洗后,取出经热水漂洗再在80-90℃下烘干,为提高浸透效果,并防止大量水分进入真空泵,清洗后的烘干是非常重要的。
   浸渗处理是将经前处理的工件装浸渗罐密封抽真空15min,以充分排除罐内及铸件孔隙处的空气和微尘,为浸渗剂的填充和渗透创造压差动力条件。然后利用罐内负压吸人浸渗剂,再次抽真空15min。第二次抽真空的目的,在于排出罐内浸渗液中的气体,防止溶有气体的浸渗液渗入铸件微孔缺陷中去,以防止固化时气孔的产生影响密封性能。最后加压0.5~0.75MPa,保持15~20min,使已充填和渗入铸件孔隙内部的浸渗剂进一步向缺陷各个部位最深处渗透。
   后处理是将工件滴干、清洗并放人固化炉中固化,使进入铸件孔隙的浸渗剂由液态向固态转变,形成坚实的固化膜。固化温度为80-90℃,保持2h以上,或在室温(25cC以上)下放置24h。如铸件在300℃以上条件使用,宜先在80cC温度下固化2h,接着在110℃温度下继续固化1h。受压铸件浸渗后需100%进行压力试验,检查浸渗处理后是否达到要求的气密性。凡在浸渗范围内仍有泄漏,允许进行再浸渗,对3次浸渗仍有泄漏的铸件作废品处理。通常,试验压力值为工作压力值的2倍。
  4 铝铸件浸渗处理技术的应用和发展
  目前国外浸渗技术应用不断扩大,先进工业国家都主张对承压铸件进行全浸渗处理,浸渗技术已被汽车制造业和其他主要工业部门认可,如日本几个大汽车公司在发动机生产中把铸件浸渗作为一道不可缺少的工序。近些年来,浸渗处理设备和材料的发展,使浸渗处理技术成为挽救汽车铝铸件渗漏缺陷令人满意的工艺方法。人们对它的认识,不再仅仅作为一种废品再生的方法,而是把它看作铸件后续处理过程中公认的生产工艺。
   水玻璃是最初应用的一种浸渗剂,它在20世纪四五十年代得到广泛应用。作为一种无机浸渗剂,它有许多致命的弊端,脱水后体积收缩率高;生产效率低;难清洗;干燥后材料脆,易脱落;渗漏率高等。除一些高温场合外,在大多数场合已被淘汰。20世纪50年代后期,合成树脂浸渗剂逐渐占领一定市场。有机热固化树脂浸渗剂和厌氧树脂自固型浸渗剂在20世纪80年代逐渐成为欧美市场主导产品并从20世纪90年代起在全球范围内得到普遍应用。目前,用树脂作浸渗处理填充剂的浸渗处理技术比较成熟,在生产要求无渗漏的汽车铝铸件中获得了广泛的应用。美国Uhraseal公司1967年就开始生产和销售树脂浸渗材料和设备,汽车工业发达国家在20世纪70年代末推广应用PC504树脂浸渗剂,这种浸渗剂填充微细孔隙效果较好,可在热水中固化处理,浸渗处理铝铸件时间通常为15min,因此特别适合于大批量汽车铝铸件自动化生产。该公司还研制了一种多用途的自动浸渗处理设备,铝铸件浸渗处理过程可全部自动化,且浸渗剂的消耗量少,生产效率高。美国Loctite Co.Ltd研制的厌氧自固型浸渗剂Resinol RTC,具有独特的自固化能力,它与空气接触不固化,一旦与空气中的氧隔绝,便起聚合反应,室温下也会固化。其特点是密封成功率极高、低能耗、无毒、可生物降解、工艺过程快速、无溢出、优异的耐溶剂及耐热性能。用于批量大、要求高的铸件,浸渗合格率可达100%。热水固化型浸渗剂Resinol 90C,是该公司20世纪90年代研制的产品。它在90℃的热水(空气)中通过聚合反应来实现固化,最终在微孔内形成一种热固性塑料。其特点是低粘度、高渗透性、低收缩率、耐化学介质及耐温性能优良,密封合格率达98%以上。目前,国内许多厂家都在使用这种产品。
  与国外工业发达国家相比,国内用于铝铸件的浸渗处理工艺历史较短。20世纪70年代开始从国外引进浸渗处理技术,首先用于汽车发动机生产中铸件密封。Q492发动机铝铸件生产厂家在国内最早应用了浸渗处理技术。至20世纪80年代以后,人们对于浸渗处理技术明显的经济效益才予以关注,EQ6100发动机铝合金压铸件及其他生产厂家相继将浸渗处理技术推广应用于大量生产中,挽救废品率达90%以上。
   近20年来,浸渗技术在我国发展很快,研制出了多种性能好及效益高的新型浸渗剂,取得了良好的经济效果。我国研制的浸渗设备,如LJS系统真空压力浸渗设备,在总体设计和自动化程度上,都已接近世界同类产品的水平。
  5 结束语
  所有汽车铸件的生产厂家都希望生产出无缺陷的产品,满足使用要求。事实上,由于产品的不断发展,产品结构越来越复杂,对铸件的要求也越来越高,铸件产生缺陷的机率也增加,任何先进的铸造技术也难以保证铸件100%的合格率。因此,浸渗处理就成为挽救铸件缺陷的重要手段之一。过去由于国内铝铸件的生产规模不大,汽车铝铸件的扩大应用,该项技术的推广应用具有一定的现实意义,在生产中有广泛的应用前景。实践证明,浸渗技术是提高铸件成品合格率及保证产品使用性能的一种行之有效的方法。为此,我们应对该项技术进行深入的研究,使其更加完善,以促进该项技术的推广应用,创造更大的经济效益。 

2019年5月18日 10:29
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