获取具有自愈合特性的零件的方法、具有自愈合特性的零件和修复零件的裂纹的方法技术

一种获取具有自愈合特性的零件P的方法，该零件P至少由具有第一熔化温度T1的第一金属1和具有第二熔化温度T2的第二金属2制成，所述第二熔化温度T2低于所述第一熔化温度T1，该方法包括步骤：a)将由所述第二金属2制成的结构S设置并固定至模具M1、M2中，使得该结构S被设置在所述零件P中的预定的固定位置；b)利用所述第一金属1填充所述模具M1、M2，以完成所述零件P；c)提取所述P零件。本发明专利技术还涉及利用所述方法获得的零件以及用于修复所述零件P的裂纹的方法。

Methods of obtaining parts with self-healing characteristics, parts with self-healing characteristics and methods of repairing cracks in parts

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】获取具有自愈合特性的零件的方法、具有自愈合特性的零件和修复零件的裂纹的方法
本专利技术涉及一种用于获取具有自愈合特性的零件的方法，更具体地，涉及包含低熔点增强材料的零件，使得该零件可以通过将增强材料加热到低于基底金属合金的熔点的温度(但足以熔化增强材料)，填充裂纹或缺陷来进行修复。
技术介绍
本公开涵盖了自愈合金属的内部结构和加工，该自愈合金属包括表现出自愈合行为的金属基复合材料。当这些“自愈合”材料出现裂纹或损坏时，可以在损坏的区域引入愈合剂来“愈合”这种损坏。在遭受损坏后自修复系统检查通过自修复过程恢复相当大比例的原材料特性的可能性。这种损坏可由机械或热力作用下或由其他环境或运行工作因素下产生的微裂纹、空隙或裂纹引起。磨损、残余应力扩展和腐蚀是产生材料损坏的其中几种特征性过程。设计恢复损坏的目的是，在材料发生损坏后，利用自修复过程，获取具有原始值的70％～80％以上的特性的已修复的零件。目前，自修复金属合金的发展存在诸多挑战，包括表面接合方面(如液相/固相之间的接触角(润湿角)与氧化)，以及实践方面(如将熔化金属运送到损伤区或裂纹中所需的毛细压力)，以及复合材料中获取的最终机械特性等。由于金属原子之间的强键，在金属中的扩散速率比聚合物的扩散速率要小得多，这使得金属的自愈过程比金属系统中的复杂得多。由于金属的高熔化温度，修复过程必须在高温或受控的大气环境中进行。由于表面上的氧化物的迅速的形成(其造成了键合困难)，金属与氧和水的反应性质进一步使金属接合复杂化。另一方面，金属密封通常采用类似于焊接或键合的方法来进行，该方法要求将待键合的金属熔化或引入新的熔化的金属。在使用电沉积的系统中，该组分必须涂覆有具有特定化学成分的液体溶液。甚至在固态下密封的方法也需要高温和相当长的时间来实现密封。面对陶瓷或聚合物基材料，氧化使金属接合复杂化，因为当新的金属暴露于空气或水时，其难以获得结合。由于金属的高熔化温度，这些类型的修复必须在比陶瓷或聚合物基自修复系统显著更高的温度下进行。WO2006061907A1涉及一种缺陷/裂纹修补粘合剂，该粘合剂由适用于金属模具的铝或铝和锌合金组成。要得到的复合合金的组分与修复剂相同。修复合金被注入到缺陷中，但不是复合材料的一部分，因此其不是自动修复系统，并且所述模具通常由钢或与铝和镁的熔化温度相比具有高熔化温度(也被称为熔点)的材料制成。EP0902097A1公开了使用锌合金，以利用用于制造模具的相同锌合金来修复用于制造复合材料的金属模具。在这种情况下，修复锌合金模具的方法包括焊接相同的锌合金，而不是利用不同的金属进行自修复。JPH0488156A也描述了一种用于修复金属模具的锌金属占10％～50％百分比的锌合金。其目的是通过对由具有特定铝含量的锌基合金组成的材料进行固溶退火(solution-annealing)、水淬火(water-quenching)该材料来获取修复材料和用被加热到指定温度的修复材料包覆待修复的模具的区域，来很容易地修复金属模具，而不会出现有缺陷的焊接、针孔等。同样，利用了材料的低熔化性，但该文献仅反映了现有技术，并且其并不是自修复系统。US2013017405A1描述了一种置于自愈合涂层中的微型胶囊，在该涂层中分布有锌粉微粒。所述微型胶囊包括至少一种硅烷偶联剂(silanecouplingagent)，所述硅烷偶联剂被封装在由金属或聚合物外壳限定的体积内，所述金属或聚合物外壳能够响应于自愈合涂层中裂纹的形成而断裂。该专利仅适用于涂层，而不是整个零件。锌粉也与偶联剂一起被包含在金属或聚合物外壳中。US6244497B1涉及一种由90％锌和10％铝比例的锌和铝合金包围的铝合金棒。该涂覆有助焊剂的焊条用于修复和接合铝合金制品和结构，例如汽车应用中的热交换器。该方法使用涂覆有助焊剂的焊条，该焊条用于将焊料合金和助焊剂化合物递送到待修复的区域。所述助焊剂化合物具有比焊料合金更高的熔化温度，并且作为在焊接操作期间充分热绝缘该合金以使助焊剂化合物和焊料合金几乎同时熔化的涂层而存在。所述焊料合金优选是锌铝合金。该锌铝合金允许修复具有良好机械特性的铝零件。然而，零件的修复是通过焊接来完成的，而不是通过自修复材料来完成的。CN204809038U涉及一种由在铝层上涂覆锌制成的自愈式(self-priming)电容器。然而，所获得的电容器不是铸造复合零件，并且通过镀锌将锌涂覆在铝层上。WO2014206277A1公开了一种耐候金属支撑结构。该结构的金属材料的外表面具有自愈合保护涂层，覆盖有锌合金。该锌合金由82％～85％的锌和3％～12％的铝组成。然而，在这种情况下，该结构的外表面受到限制，并且锌不能被铸造。US2013340896A1公开了自愈合材料(特别是金属材料、金属基微结构和纳米复合材料)的内部结构和合成该结构的合成工艺。所述自愈合是通过掺入包括纳米管在内的宏观、微观或纳米大小的中空增强剂(填充有低熔点愈合材料)或将愈合材料囊(pocket)掺入金属基质内而获取的；愈合材料熔化并填充裂纹。在另一方面，包括陶瓷和金属微粒的宏观、微观和纳米尺寸的固体增强体以及形状记忆合金被掺入到合金基质中，特别是纳米结构的合金基质中，以通过在裂纹上施加压缩应力或将材料扩散到空隙中并填充空隙以使其自愈合。陶瓷中空管或元件的使用是昂贵的，需要用低熔点合金填充中空结构，这是昂贵的、复杂的，并可能会导致气体进入到零件中。US6669786B2公开了通过开发勃姆石(boehmite)层并应用离子转化来进行铝及其合金的表面处理。在表面处理中所获得的表面展现出抗腐蚀和自愈合的效果。然而，该应用仅适用于表面缺陷。US2014/0299231A1开发了一种复合焊接金属。它由具有金属焊料基底的基质、分散在焊料基质中的胶囊以及封装在该胶囊中的自密封材料组成。所述自密封材料必须被配置以与所述基质反应，使得至少一种导电金属间化合物被生成并转化为导电合金。其还公开了将具有自密封材料的胶囊引入到在焊接材料中。在US2014/0299231中至少需要两种自密封材料。US2012251777A1开发了一种用于发动机的部件，其中该部件经受高温、腐蚀性大气环境、氧化大气环境、高机械负荷、循环热负荷和瞬态条件中的至少一种，使得容易形成和扩散裂纹的部件包含至少一种具有自愈合系统的基底材料，该自愈合系统包括添加的活性相(activephase)，所述活性相具有熔点抑制剂和具有低于该部件的工作温度或在该部件工作温度的范围内的软化点或熔点的物质中的至少一种。在该文献中，所述活性相被公开为以单独微粒的形式分散在部件结构中，所述微粒分散在基底材料中。该文献还公开了其他类型的带壳微粒或纤维的使用。应当指出在该文献中所公开的制造工艺中不包括铸造工艺。US2009036568A1描述了一种包含有基质的自愈合材料，该基质内嵌有可通过基质中的裂纹释放的愈合剂的微囊。所述愈合剂能够与基质键合以修复裂纹。所述愈合剂被包含在微型胶囊中。在基质中嵌入相应的用于愈合剂的催化剂，并且该催化剂作为乳剂被包含在多个微型胶囊中。该乳剂包括油、全氟化溶剂、疏水离子液体或其混合物。制造这种自愈合材料的方法包括以下步骤：识别材料的工作温度范围，提供至少一种作为愈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于获取具有自愈合特性的零件(P)的方法，所述零件(P)至少由具有第一熔化温度(T1)的第一金属(1)和具有第二熔化温度(T2)的第二金属(2)制成，所述第二熔化温度(T2)低于所述第一熔化温度(T1)，所述方法包括以下步骤：a)将由所述第二金属(2)制成的结构(S)定位并固定至模具(M1、M2)中，使得所述结构(S)被定位在所述零件(P)中的预定的固定位置；b)利用所述第一金属(1)填充所述模具(M1、M2)，以完成所述零件(P)；c)提取所述(P)零件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.05 EP 17382004.41.一种用于获取具有自愈合特性的零件(P)的方法，所述零件(P)至少由具有第一熔化温度(T1)的第一金属(1)和具有第二熔化温度(T2)的第二金属(2)制成，所述第二熔化温度(T2)低于所述第一熔化温度(T1)，所述方法包括以下步骤：a)将由所述第二金属(2)制成的结构(S)定位并固定至模具(M1、M2)中，使得所述结构(S)被定位在所述零件(P)中的预定的固定位置；b)利用所述第一金属(1)填充所述模具(M1、M2)，以完成所述零件(P)；c)提取所述(P)零件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)通过铸造或3D打印实现。3.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述结构(S)由以下步骤提前制成：-设计所述结构(S)；-铸造、3D打印或加工所述结构。4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，步骤a)由以下步骤实现：a.1)将所述结构(S)直接地固定至所述模具(M1、M2)；或者a.2)通过插入的固定元件(F)将所述结构(S)固定至所述模具(M1、M2)；或者a.3)将所述结构(S)部分地直接固定至所述模具(M1、M2)，并且通过插入的固定元件(F)将所述结构(S)部分地固定至所述模具(M1、M2)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述结构(S)与所述第一金属(1)直接地接触。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述结构(S)为维管网(VN)、多个单点插入件(PI)或其组合。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述维管网(VN)和所述零件(P)具有实质上相同的几何包封。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二金属(1)是Zn或Zn基合金。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一金属(2)是铝、镁、铝合金、镁合金或其组合。10.一种由基质(M)制成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔伯特·阿宾·阿里西塔，伊格纳西奥·克雷斯波·卡米诺，
申请(专利权)人：技术研究与创新基金会，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES