c4鈦合金氧化皮去除工藝研究

c4鈦合金氧化皮去除工藝研究

t4鈦合金具有良好的耐腐蝕性、低密度、高比強度、耐耐候性和耐候性等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于航空航天、石油、造船、汽車、制藥等部門。1.5在熱成形成過程中，氧化表面形成了一層氧化皮膚，熱形成的溫度也不同，獲得的氧化皮膚的顏色也不同。其中，熱形成溫度約為600，氧化皮膚為藍色，熱形成溫度約為850。當(dāng)熱形成溫度約為850時，氧化皮膚呈灰色和紅色。隨著溫度的增加，氧化皮膚的去除難度逐漸增加6.10。國內(nèi)外用兩種方法去除鈦合金氧化皮膚，即先用堿洗、洗11。然而，堿性洗劑的溫度高，約為450，這很容易導(dǎo)致印度-中國和印度-鐵的早、晚生時間增加，而且進一步加工的困難。此外，在熱堿洗之后，用硝酸和氫氟酸洗也會導(dǎo)致鈦合金表面的氫脆腐蝕。在這項工作中，我們研究了在590、850和1992年三種溫度下從熔爐中獲得的氧化皮膚。然后用堿性溶液清洗，去除表面氧化層。1實驗方法和性能1.1堿液沖洗和氧化皮去除實驗采用不銹鋼容器盛裝堿液,容器口帶有冷凝回流裝置.加熱設(shè)備采用帶電子調(diào)節(jié)的萬用電爐,功率2kW.實驗進行時,首先將堿液煮沸,然后將試樣置于沸騰的堿液中,并調(diào)節(jié)電爐功率使堿液維持在沸騰狀態(tài),一定時間后即取出試樣,并用水沖洗表面殘留的堿液.堿液為工業(yè)純的NaOH和工業(yè)純的NaNO2的混合過飽和溶液,本實驗所采用的熱堿洗過程工藝參數(shù)如表1所示.NaNO2作為氧化劑添加在NaOH溶液中,其目的在于鈍化TC4鈦合金表面以防止堿液在煮沸過程中浸蝕TC4合金基體.經(jīng)過多次測量可知,本實驗采用的堿液沸點隨著NaNO2和NaOH濃度的增加而增加,且在150~166℃之間變化.氧化皮去除實驗設(shè)計如表2所示,TC4鈦合金在920℃左右氧化后的試樣為高溫氧化皮;在850℃左右氧化后的試樣為中溫氧化皮;而在590℃左右氧化后的試樣為低溫氧化皮.本實驗采用的三種氧化皮厚度不同,高溫氧化皮厚度約為1.8mm;中溫氧化皮厚度約0.11mm;低溫氧化皮厚度約0.6mm.1.2熱堿洗、沖洗前后試樣的制備酸洗采用氫氟酸和硝酸的混合溶液(體積比為HF∶HNO3∶H2O=1∶1∶3).將經(jīng)過熱堿洗并用水沖洗后的TC4鈦合金完全浸泡在上述酸液中20后取出,然后用自來水沖洗.最后,將上述試樣經(jīng)丙酮或酒精超聲波清洗之后干燥稱量,采用電子天平對熱堿洗、酸洗前后試樣的質(zhì)量進行測量,精度為0.001g.1.3形貌的表征本文采用金相顯微鏡對氧化層去除前后其斷面的形貌進行了表征;采用國際上較先進的美國LECO公司的RH-404定氫儀對先熱堿洗然后酸洗后TC4鈦合金中氫的質(zhì)量分數(shù)進行了測定.2結(jié)果與分析2.1熱堿洗、沖洗前后表面形貌的變化TC4鈦合金的氧化皮有三種:低溫下產(chǎn)生的氧化皮呈藍色;中溫下產(chǎn)生的氧化皮呈灰色偏紅高溫下產(chǎn)生的氧化皮呈灰色.為了更好地說明問題,本次實驗對三種不同厚度的氧化皮分別經(jīng)不同時間的熱堿洗和酸洗后的試樣質(zhì)量進行了測量.根據(jù)公式(1)對其失重率進行了計算,其結(jié)果如表3所示.由表3可見,熱堿洗后TC4鈦合金的失重率有增加也有減小,不過變化都很小,只有0.005g左右.而經(jīng)過酸洗之后,TC4鈦合金的失重率明顯增加,失重率最高可達到2.29%.熱堿洗后失重率基本無變化主要是由于堿處理過程中氧化皮沒有脫落,而在酸洗的過程中可將其氧化皮溶解下來,因此,酸洗后試樣的失重率明顯增加,且隨著堿洗液處理時間的延長,酸洗后失重率逐漸增加試樣酸洗后的失重率亦隨著氧化皮溫度的升高而逐漸增加.因此,控制好酸洗時間非常關(guān)鍵,否則TC4鈦合金基體表面氧化皮脫落后會進一步侵蝕TC4鈦合金表面,影響合金的力學(xué)性能.對表3中所列的試樣經(jīng)不同時間熱堿洗、酸洗前后的表面形貌進行了表征,結(jié)果如圖1所示.由圖1可見,590℃產(chǎn)生的氧化皮呈藍色如圖1a、b所示;850℃產(chǎn)生的氧化皮呈灰色偏紅如圖1c、d所示;920℃產(chǎn)生的氧化皮呈灰色如圖1e、f所示.經(jīng)過熱堿洗后合金試樣的表面都比較臟,明顯存在一層雜質(zhì).而經(jīng)酸洗后合金的表面均呈現(xiàn)金屬色,說明TC4鈦合金表面的氧化皮均已去除.同時由圖1b、d、f可見,TC4鈦合金分別通過2、4和6h熱堿洗,然后酸洗就可以達到去除的效果.從圖1b中酸洗后的試樣表面可以看出,未被氫氟酸硝酸浸泡到的部位明顯存在一層雜質(zhì),這也說明酸洗對于完全去除氧化皮是必不可少的一道工序.850℃氧化皮分別經(jīng)熱堿洗和酸洗后的斷面金相顯微鏡照片如圖2b、c所示.由圖2a可見,在中溫氧化皮TC4鈦合金表面存在不導(dǎo)電的薄層,厚度不足1μm,是附著在合金表面的氧化皮.由圖2b可見,熱堿洗之后表面氧化皮依然存在,經(jīng)過酸洗后的試樣晶相顯微鏡照片如圖2c所示.由圖2c可見,酸洗之后其表面的氧化皮被徹底去除.這進一步說明TC4鈦合金氧化皮先經(jīng)熱堿洗,然后酸洗的去除效果很好.2.2氫的質(zhì)量分數(shù)通過國際上較先進的美國LECO公司RH-404定氫儀,用惰性氣氛脈沖加熱熔融提取TC4鈦合金中的氣體元素,然后采用熱導(dǎo)檢測法測定氫的質(zhì)量,測得TC4鈦合金表面處理溫度不同時其氧化皮先經(jīng)不同時間熱堿洗然后酸洗后氫的質(zhì)量分數(shù),結(jié)果如表4所示.而作為對比實驗測得未經(jīng)處理的TC4鈦合金中氫的質(zhì)量分數(shù)為0.0040%.從表4中可以看出,帶有氧化皮的TC4鈦合金在先熱堿洗然后酸洗后其氫的質(zhì)量分數(shù)與未處理的TC4鈦合金相比變化不大,因此滿足生產(chǎn)的需要.3tc4鈦合金表面氧化皮的制備通過以上分析表明,先采用熱堿洗后酸洗的過程,TC4鈦合金表面的氧化皮可以完全被去除.其結(jié)論如下:1)TC4鈦合金熱成形表面氧化皮厚度不到2μm;2)通過熱堿洗、酸洗過程,TC4鈦合金表面