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新闻资讯
钛合金表面处理方法介绍

1 范围 

    本标准规定了钛及钛合金表面的清洁和除鳞方法,适用于钛及钛合金的生产、使用和制造商去除在热处理过程中产生的一般污染、氧化物和污垢,以及以表面污染形式存在的外来物。

  当钛及钛合金经加工、铸造或制作成形后,这些方法并非强制用于去除所存在的脏物,而是提供一个指南。

   本标准适用于在化学蚀刻、连接、电镀、装配之前的清洁以及在任何状态下,影响防腐、稳定性及最终产品质量的外来物的去除。

当表面存在氧化污染层或α层时,清洁后必须进行酸洗。

2 清除程序 

对于在钛及钛合金机加、锻造和制作操作中使用的油脂,油和滑润剂,推荐采用碱或乳剂浸泡型清洗剂,及碱性电解系统。在电解中,工件可以是阳极,也可以是阴极。这些污垢的清除最好在热处理或4.2规定的酸处理之前进行。当使用电解时,应控制电压,防止产生火花放电,造成制品表面出现凹坑。

3 冲击清洁

3.1 机械除垢方法,如:喷沙、喷丸、蒸汽喷淋。采用第4章所述的状态和清理方法可用于清除钛表面的热加工鳞皮和润滑剂。

3.2  用于喷沙的砂子应是高质量、经过清洗、无铁的硅砂。如果碳钢或低合金钢产品曾采用该设备喷沙,这些产品所使用过的砂子不能用于钛表面的清洁,而应提供单独的清洁用砂。

3.3 如果全部表面采用喷沙来完成,暴露的表面会因粗砂或丸砂而变粗糙。为保护表面精度,应首选局部清洁并配合适当酸洗程序。

3.4 采用钢砂或含有铁的砂子进行喷沙清理钛表面时,喷沙后应采用酸洗来去除嵌入钛表面的钢粒。

3.5 任何研磨或喷丸清理都有可能引起在材料或钛结构表面产生残余压应力,并产生局部变形,应采用化学铣削或轮廓机加工进行处理。

3.6  多数情况下,喷沙并不意味着完全排除酸洗。磨削不能除去由间隙元素造成的污染层,如:碳、氧和氮。当这些元素过量存在时,采用4.3所示的酸洗控制去除则更为适合。

4 酸洗和除鳞 

4.1  除推荐的钛表面快速喷沙或磨削处理外,为保证完全去除金属铁、氧化物、鳞皮,以及其他表面污染,还应按4.3.2进行酸洗。如果产品采用化学铣削去除表面氧化污染层,并且产品外形不利于整体喷砂,盐浴处理可用于避免表面产生局部腐蚀。

4.2  对于在钛产品轧制、铸造、锻造,或装配中所形成的鳞皮和润滑剂残余,通常在按4.3.2 最终酸洗之前,采用下述工业方法之一进行处理,以得到完全无污染的表面。

4.2.1 所有的腐蚀基溶液按制造商推荐的要求用自来水混合。

4.2.2  熔融的碱基盐浴按规定的程序在399~454℃(750~850℉)进行。

4.2.3  熔融的碱基盐浴按规定的程序在204℃(400℉)进行。

4.2.4 氧化物和在低于593℃(1100℉)加热产生的颜色,通常采用酸洗进行清洗,酸液配比(体积)为:

10~20%(150~300g/L)硝酸(70%)+1~2%(12~24g/L)氢氟酸(60% )+水,120℉(49℃)

4.2.5  锻造和热加工的钛合金通常会与石墨或玻璃润滑剂混合形成热鳞皮,这些热鳞皮可在454℃ (850℉)熔融的碱基盐浴中完全溶解。后续处理,部分应采用4.3.2的规定进行酸洗。

4.2.6 经固溶处理的及可热处理的α+β和β合金且处理温度在593℃(1100℉)以上所产生的含有石墨和二硫化钼润滑剂残余的混合热鳞皮,推荐在204℃(400℉)熔融的碱基盐浴中进行处理。之后部分应采用4.3.2的规定进行酸洗处理。

4.2.7 如果表面结构为容易去除的鳞皮,可采用适用的磨削方法,如轮式或带式磨,切割用片状轮,和研磨或喷丸。

4.3  经机械磨削或化学处理后,材料可按下述方法进一步进行处理,以完全清洁表面。

4.3.1 盐浴处理和水清洗后,钛及钛合金可浸入硫酸溶液中去除变质的鳞皮,使用的酸液最好保持在66℃(150℉),浓度为:10~40%(体积)硫酸(95%重量)。最后的成品表面白化处理可按4.3.2所规定的酸液进行短时浸泡完成。

4.3.2  按3.1进行机械磨或按4.2.1, 4.2.2, 4.2.3进行化学处理的材料,可采用浸入酸液中的方式完成清洁精整,酸液配比为:10~30 %(体积)(150~450g/L)硝酸 (70 %)+1~3%(体积)(12~36g/L)氢氟酸(60%)在49℃(120℉),保持硝酸与氢氟酸的比例为10:1。

5 操作注意事项

5.1 在高温氧化盐中的钛清洗时,工件与铁基材料接触会产生电流。钛与这些铁基材料形成正极或称阳极,形成一个大约0.60V的断路电压。从料架到工件释放的结果会导致表面过热并可能起火。可以通过保持不高于455℃(850℉)盐浴温度和使用钛夹具或在工件和夹具之间采用铝绝缘来减小这种影响。

5.2 鳞皮较厚锻件或热轧材料,在盐浴处理之前,可采用机械磨削去除过厚的表面污染。

5.3  在钛合金热成形或退火过程中,硅基保护层能减小鳞皮的形成。所有涂层应在酸处理前清除。

5.4  热成形或热处理的钛在制作或装配时,形成一种混合的表面污染,包括带有钛氧化物的石墨或二硫化钼,应采用熔融的盐浴清理。处理温度应在204℃(400℉),以避免热变形。

5.5  在盐浴或碱液中处理时,金属表面上的钛氧化物会产生化学反应生成钠钛酸盐。他们可溶解于含有硫和氮-氟化氢的酸液中。硫酸对钛或钛合金没有任何腐蚀作用,同时由于增加了0.25~1.0 %硫酸铜或硫酸铁进而抑制了腐蚀。

5.6  大多数经溶盐处理后的酸洗是在含有硫和氮-氟化氢的酸液中进行的。材料循环通过溶盐、水漂洗,及硫酸,直到所有的鳞皮完全去除。最后的光亮处理是在硝酸和氢氟酸浴液中短时循环浸泡后完成。

5.7  在硝酸和氢氟酸浴液中,硝酸和氢氟酸的比例比其中任一种酸的浓度更重要。当该比例保持在10:1时,酸洗过程中氢的吸收是最少的。 

5.8  在钛轧制产品的制作过程中,在高温或氧化气氛下暴露的表面出现富氧层是不可避免的。在采用强硝酸和氢氟酸溶液酸洗去除富氧层和α层时,非常重要的是所有的残余氧化物和鳞皮应完全去除,以防止成品出现优先腐蚀。

5.9  超出规定量的氢可通过对清洁工件采用真空退火去除。

6 检验 

6.1  按本标准清洁的材料目视检验时应无明显的涂料, 油,油脂,玻璃,石墨,润滑剂,污垢,研磨剂,铁,或其他形式的污染。

6.2  按所述的程序操作,在清洁过程中吸收的氢应控制在最小程度,并在允许极限内。清洗系统的定期监控应采用处理氢含量已知的试样进行,并通过化学分析方法来完善系统。氢含量超出原产品分析结果20ppm时,应更换酸液或调整酸成分,以减小吸氢的程度。

6.3 产品清洁度也可通过采用一个样品试片来完成。试片最好使用大约0.001~0.002 in.(0.025~0.05 mm),并从两面腐蚀。经化学腐蚀后,试样表面应均匀圆滑,并光亮,无残余鳞皮引起的凸起和污染。