一种金属腐蚀缺陷自检测愈合的修复方法与流程

【技术领域】

本发明涉及材料的腐蚀缺陷修复技术领域，尤其涉及一种金属腐蚀缺陷自检测愈合的修复方法。

背景技术：

目前，钢结构件在服役过程中都不可避免的受到腐蚀的侵害，腐蚀问题严重影响着结构件的使用寿命和安全服役。因此，对于有缺陷的结构件修复工作十分重要，尤其是对于一些长周期服役的大型高精密结构件，例如：轮船的螺旋桨，大型轴承，核电，化工大型容器等，早期的腐蚀缺陷如得不及时修复，可能造成重大的腐蚀事故，从而给实际生产和生活带来巨大的损失。

现有技术在修复金属结构件腐蚀缺陷时，往往只对宏观缺陷进行补缺补漏，并且还要考察修复位置性能是否能满足需求。而对于早期的腐蚀缺陷，往往需要配合较高的腐蚀检测手段才能实现修复，间接的增加了维修周期和维修成本。

因此，有必要研究一种金属腐蚀缺陷自检测愈合的修复方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种金属腐蚀缺陷自检测愈合的修复方法，以快速实现对金属结构件的早期腐蚀缺陷自检测愈合，并且修复后性能与原基体基本一致，直接的降低了维修成本与周期，实现金属材料的再制造。

一方面，本发明提供一种金属材料腐蚀缺陷自检测愈合方法，所述修复方法利用局部腐蚀缺陷的特殊几何结构位置-边缘尖端在微弧放电过程中会产生焦耳热效应，从而加热缺陷边缘位置，使其快速升温熔化，熔融金属在热应力作用下流入缺陷内部，进而实现对早期腐蚀缺陷的自检测愈合修复。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述修复方法具体包括以下步骤：

s1：根据待修复结构件的服役条件，对待修复结构件进行清洗和表面清理；

s2：根据待修复结构件缺陷的状态，确定修复探头的规格和阵列；

s3：根据热源和工况准备相适应的修复介质；

s4：通过微电弧对待修复结构件缺陷位置放电产生的热效应进行缺陷修复，直至缺陷修复平整，结构件表面不再起弧；

s5：对修复后的结构件进行表面的处理，并对修复位置进行检测，判断修复效果。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s2中确定修复探头的规格和阵列的方法具体如下：当针对位置缺陷位置进行检测修复时，可根据检测范围选取适合大小的阵列探头；所使用的探头大小应根据所配电源进行筛选，最终满足局部高能量输入，从而达到缺陷位置局部融化所需能量密度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s4中放电过程局部热效应为采用强电场所产生的电子流或等离子流作为热源。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s4中进行修复的微观过程为：当有电流通过待修复结构件表面时，缺陷位置由于趋肤效应而导致尖端具有高电流密度，因而随着电压的升高，局部位置升温、融化，液态金属在表面张力的作用下，流入缺陷内部，完成对缺陷的修复愈合。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述修复方法用于修复腐蚀早期的缺陷，所述腐蚀早期的缺陷包括点蚀、晶间腐蚀和微裂纹，不适用于浅碟形的腐蚀缺陷的愈合修复。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述修复方法适用于腐蚀深度小于300微米的腐蚀局部缺陷修复，修复区域与基体的界面为冶金结合，修复后的微观组织结构和腐蚀性能与原基体无差异。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述修复方法适用于金属和导电合金，所述金属包括但不限于钢、铝和铜，所述导电合金包括但不限于钢合金、铝合金和铜合金。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：本发明利用缺陷尖端在放电过程中具有高电流密度的特点，实现金属材料表面腐蚀初期缺陷的自检测愈合；当有电流通过带有缺陷试样表面时，缺陷位置由于趋肤效应而导致尖端具有高电流密度，因而随着电压的升高，局部位置升温、融化，液态金属在表面张力的作用下，流入缺陷内部，从而实现对缺陷的修复愈合；而完整试样表面由于电流分布平均，无局部无电流积聚点，因此不会产生变化；因而，本发明可以实现对早期腐蚀缺陷的自检测、自愈合，并且修复区域与基体的界面为冶金结合，修复后性能变化未发生明显变化。

本发明能有效的修复一些长周期服役的，大型精密结构件的早期腐蚀缺陷。为金属结构件的再制造，材料的腐蚀与防护，提供了一种切实可行的修复技术。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种金属腐蚀缺陷自检测愈合修复方法原理图；

图2是本发明一个实施例提供的有限元模拟修复过程宽5μm深度20μm点蚀缺陷截面电流分布图；

图3是本发明一个实施例提供的有限元模拟修复过程宽20μm深度20μm点蚀缺陷截面电流分布图；

图4是本发明一个实施例提供的有限元模拟修复过程宽30μm深度20μm点蚀缺陷截面电流分布图；

图5是本发明一个实施例提供的有限元模拟修复过程宽50μm深度10μm点蚀缺陷截面电流分布图；

图6是本发明一个实施例提供的完整表面电流分布示意图；

图7是本发明一个实施例提供的点蚀缺陷愈合前的原始形貌图；

图8是本发明一个实施例提供的点蚀缺陷愈合后的形貌图；

图9是本发明一个实施例提供的点蚀缺陷愈合前的轮廓测量图；

图10是本发明一个实施例提供的点蚀缺陷愈合后的轮廓测量图；

图11是本发明一个实施例提供的点蚀缺陷愈合能力统计图；

图12是本发明一个实施例提供的点蚀缺陷愈合区域截面bsed观察图；

图13是本发明一个实施例提供的愈合区域和原基体在7％nacl溶液中浸泡浸泡前表面形貌图；

图14是本发明一个实施例提供的愈合区域和原基体在7％nacl溶液中浸泡30天后表面形貌图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供一种金属腐蚀缺陷自检测愈合修复方法，其原理如图1所示，本发明的具体实施方案如下：

步骤1：根据缺陷结构件的服役条件，确定修复方案。将待修复结构件清洗，对待修复结构件进行表面清理。

步骤2：选择合适的修复探头规格和阵列。根据实际工况情况，以及针对修复工件缺陷的状态，选取数量和大小合适的修复探头材料进行愈合工作。

步骤3：确定修复工艺。根据不同的热源及工况，准备相适应的工作介质环境。例如：具有合适导电性的专用溶液，或使用待修复工件所处的液相导电环境(如海水)。

步骤4：放电愈合。采用放电过程局部热效应进行修复，直至修复平整，工件表面不再起弧。

步骤5：表面处理和修复后质量检测。对修复后的结构件进行表面的处理，以保证其表面质量达到技术要求，并对修复位置进行检测，判断修复效果。

本发明的修复方法可以适用于各种金属及导电合金，包括但不限于钢、铝、铜等合金。

实施例1：

采用一种金属腐蚀缺陷自检测愈合的修复方法，对不锈钢零件表面早期点蚀缺陷进行修复，基体材料为316l不锈钢。实施例包括以下步骤：(1)对缺陷工件表面进行清理，将待修复工件分放入酒精和丙酮中超声清洗，去除表面杂质，制定修复方案。(2)选取适合的探头进行修复实验，(3)确定修复所用环境介质，本实施例所用的修复溶液为10m/lnaoh溶液。(4)对修复后表面位置进行检测观察。图2-图6为是本实施例中相关316l不锈钢点蚀缺陷有限元模拟过程中，不同深度及宽度点蚀缺陷的截面模拟结果。从图2-图5中可以看出，当构件表面存在缺陷时，会导致表面缺陷尖端处电流富集，从图6中可以看出，对于完整表面则不存在这种效应，通过该结果，进一步证明本修复方法可实现对缺陷的自检测修复。图7和图8是本实施例中316l不锈钢早期点蚀缺陷修复前后的形貌图，对愈合后的深度进行测量，结果如图9和图10所示，从图中可以看出点蚀缺陷在该愈合技术下表现出了较强的愈合能力。进一步对不同初始深度的点蚀坑进行愈合修复，并定义参数k来表征愈合率，其中k的表达式如下：

其中d1，d2分别表示初始点蚀坑深度和愈合后深度。将本实施例中参数下不同深度的初始点蚀坑的深度与愈合率k进行统计，统计结果如图11所示，从图11中可以看出，本愈合方法对初期腐蚀缺陷具有较好的愈合能力。进一步对愈合区域愈合效果，耐蚀性等进行一系列评价。图12是愈合区域截面的bsed观察结果，从图中可以看出愈合区域整体完整良好，无空隙等缺陷存在。图13是腐蚀缺陷愈合区在7％nacl溶液中浸泡前的表面形貌图，图14是腐蚀缺陷愈合区在7％nacl溶液中浸泡30天后的表面形貌图，图14中①和②是(b)中两个位置的放大图。从结果中不难看出，浸泡30天后，缺陷愈合区域没有出现点蚀等腐蚀缺陷，几乎与浸泡前无差别。这表明使用该愈合技术修复后的材料表面耐蚀性较好，与原基体几乎无差异。

本发明中所述修复方法能够实现对腐蚀初期缺陷的自检测和自愈合，并且可实现微米级的腐蚀缺陷修复愈合，能够有效的针对大型高精密结构件的早期腐蚀缺陷进行修复愈合，从而有效的延长了高精密金属结构件的服役安全和使用寿命。

以上对本申请实施例所提供的一种金属材料腐蚀缺陷自检测愈合方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。