c4钛合金氧化皮去除工艺研究

c4钛合金氧化皮去除工艺研究

t4钛合金具有良好的耐腐蚀性、低密度、高比强度、耐耐候性和耐候性等优点，已广泛应用于航空航天、石油、造船、汽车、制药等部门。1.5在热成形成过程中，氧化表面形成了一层氧化皮肤，热形成的温度也不同，获得的氧化皮肤的颜色也不同。其中，热形成温度约为600，氧化皮肤为蓝色，热形成温度约为850。当热形成温度约为850时，氧化皮肤呈灰色和红色。随着温度的增加，氧化皮肤的去除难度逐渐增加6.10。国内外用两种方法去除钛合金氧化皮肤，即先用碱洗、洗11。然而，碱性洗剂的温度高，约为450，这很容易导致印度-中国和印度-铁的早、晚生时间增加，而且进一步加工的困难。此外，在热碱洗之后，用硝酸和氢氟酸洗也会导致钛合金表面的氢脆腐蚀。在这项工作中，我们研究了在590、850和1992年三种温度下从熔炉中获得的氧化皮肤。然后用碱性溶液清洗，去除表面氧化层。1实验方法和性能1.1碱液冲洗和氧化皮去除实验采用不锈钢容器盛装碱液,容器口带有冷凝回流装置.加热设备采用带电子调节的万用电炉,功率2kW.实验进行时,首先将碱液煮沸,然后将试样置于沸腾的碱液中,并调节电炉功率使碱液维持在沸腾状态,一定时间后即取出试样,并用水冲洗表面残留的碱液.碱液为工业纯的NaOH和工业纯的NaNO2的混合过饱和溶液,本实验所采用的热碱洗过程工艺参数如表1所示.NaNO2作为氧化剂添加在NaOH溶液中,其目的在于钝化TC4钛合金表面以防止碱液在煮沸过程中浸蚀TC4合金基体.经过多次测量可知,本实验采用的碱液沸点随着NaNO2和NaOH浓度的增加而增加,且在150~166℃之间变化.氧化皮去除实验设计如表2所示,TC4钛合金在920℃左右氧化后的试样为高温氧化皮;在850℃左右氧化后的试样为中温氧化皮;而在590℃左右氧化后的试样为低温氧化皮.本实验采用的三种氧化皮厚度不同,高温氧化皮厚度约为1.8mm;中温氧化皮厚度约0.11mm;低温氧化皮厚度约0.6mm.1.2热碱洗、冲洗前后试样的制备酸洗采用氢氟酸和硝酸的混合溶液(体积比为HF∶HNO3∶H2O=1∶1∶3).将经过热碱洗并用水冲洗后的TC4钛合金完全浸泡在上述酸液中20后取出,然后用自来水冲洗.最后,将上述试样经丙酮或酒精超声波清洗之后干燥称量,采用电子天平对热碱洗、酸洗前后试样的质量进行测量,精度为0.001g.1.3形貌的表征本文采用金相显微镜对氧化层去除前后其断面的形貌进行了表征;采用国际上较先进的美国LECO公司的RH-404定氢仪对先热碱洗然后酸洗后TC4钛合金中氢的质量分数进行了测定.2结果与分析2.1热碱洗、冲洗前后表面形貌的变化TC4钛合金的氧化皮有三种:低温下产生的氧化皮呈蓝色;中温下产生的氧化皮呈灰色偏红高温下产生的氧化皮呈灰色.为了更好地说明问题,本次实验对三种不同厚度的氧化皮分别经不同时间的热碱洗和酸洗后的试样质量进行了测量.根据公式(1)对其失重率进行了计算,其结果如表3所示.由表3可见,热碱洗后TC4钛合金的失重率有增加也有减小,不过变化都很小,只有0.005g左右.而经过酸洗之后,TC4钛合金的失重率明显增加,失重率最高可达到2.29%.热碱洗后失重率基本无变化主要是由于碱处理过程中氧化皮没有脱落,而在酸洗的过程中可将其氧化皮溶解下来,因此,酸洗后试样的失重率明显增加,且随着碱洗液处理时间的延长,酸洗后失重率逐渐增加试样酸洗后的失重率亦随着氧化皮温度的升高而逐渐增加.因此,控制好酸洗时间非常关键,否则TC4钛合金基体表面氧化皮脱落后会进一步侵蚀TC4钛合金表面,影响合金的力学性能.对表3中所列的试样经不同时间热碱洗、酸洗前后的表面形貌进行了表征,结果如图1所示.由图1可见,590℃产生的氧化皮呈蓝色如图1a、b所示;850℃产生的氧化皮呈灰色偏红如图1c、d所示;920℃产生的氧化皮呈灰色如图1e、f所示.经过热碱洗后合金试样的表面都比较脏,明显存在一层杂质.而经酸洗后合金的表面均呈现金属色,说明TC4钛合金表面的氧化皮均已去除.同时由图1b、d、f可见,TC4钛合金分别通过2、4和6h热碱洗,然后酸洗就可以达到去除的效果.从图1b中酸洗后的试样表面可以看出,未被氢氟酸硝酸浸泡到的部位明显存在一层杂质,这也说明酸洗对于完全去除氧化皮是必不可少的一道工序.850℃氧化皮分别经热碱洗和酸洗后的断面金相显微镜照片如图2b、c所示.由图2a可见,在中温氧化皮TC4钛合金表面存在不导电的薄层,厚度不足1μm,是附着在合金表面的氧化皮.由图2b可见,热碱洗之后表面氧化皮依然存在,经过酸洗后的试样晶相显微镜照片如图2c所示.由图2c可见,酸洗之后其表面的氧化皮被彻底去除.这进一步说明TC4钛合金氧化皮先经热碱洗,然后酸洗的去除效果很好.2.2氢的质量分数通过国际上较先进的美国LECO公司RH-404定氢仪,用惰性气氛脉冲加热熔融提取TC4钛合金中的气体元素,然后采用热导检测法测定氢的质量,测得TC4钛合金表面处理温度不同时其氧化皮先经不同时间热碱洗然后酸洗后氢的质量分数,结果如表4所示.而作为对比实验测得未经处理的TC4钛合金中氢的质量分数为0.0040%.从表4中可以看出,带有氧化皮的TC4钛合金在先热碱洗然后酸洗后其氢的质量分数与未处理的TC4钛合金相比变化不大,因此满足生产的需要.3tc4钛合金表面氧化皮的制备通过以上分析表明,先采用热碱洗后酸洗的过程,TC4钛合金表面的氧化皮可以完全被去除.其结论如下:1)TC4钛合金热成形表面氧化皮厚度不到2μm;2)通过热碱洗、酸洗过程,TC4钛合金表面