CN100455700C - 镍钛合金材料的化学加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种镍钛合金材料的化学加工方法，其特征在于：1)用柔软的非金属材料将镍钛合金工件的非加工部位进行覆盖，形成保护层；2)将经上述覆盖处理后的镍钛合金工件浸入由氢氟酸、硝酸和水的反应液中进行化学反应直至所需加工程度；3)取出镍钛合金工件在流动清水中冲洗干净；4)在300℃温度下，将洗净后的镍钛合金工件于除氢炉内处理1小时左右。本发明的目的在于提供一种镍钛合金材料的化学加工方法，解决镍钛合金不必采用传统的切削加工方法而能快速成型的技术问题。
Description
技术领域：
本发明关于金属成型，特别是关于镍钛合金材料的加工成形方法。
背景技术：
镍钛合金是一种新兴的金属材料，由于它的优良机械特性和化学稳定性，为各行各业逐渐认识而应用，尤其在牙科的某些医疗器具上，有替代传统的不锈钢材料的趋向。但镍钛合金存在一个巨大的缺憾就是不适宜使用传统的机械加工方法来成型，因为镍钛合金在切削加工时常发生和工具的粘合现象，致使工件和工具损坏，生产效率低下，当镍钛合金工件尺寸十方细小时，这种机械加工的困难更甚。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种镍钛合金材料的化学加工方法，解决镍钛合金不必采用传统的切削加工方法而能快速成型的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种镍钛合金材料的化学加工方法，其特征在于：
1)用柔软的非金属材料将镍钛合金工件的非加工部位进行覆盖，形成保护层；
2)将经上述覆盖处理后的镍钛合金工件浸入由氢氟酸、硝酸和水的反应液中进行化学反应直至所需加工程度；
3)取出镍钛合金工件在流动清水中冲洗干净；
4)在300℃温度下，将洗净后的镍钛合金工件于热处理炉内除氢处理1小时左右。
该反应液的组成可按镍钛合金的组成含量和适当的反应速度在下述范围(体积百分比)内配制：
氢氟酸(含氟化氢40％左右) 20～50％；
分析纯硝酸(含硝酸65～68％) 30～60％；
水 20～40％；
上述反应液的温度为≥80℃。
本发明的优点如下：
1.加工效率高、成本低。
由于化学反应过程中，工件不受外力影响而变形，因此特别适合微细线材(例如直径＜0.5mm线材)的加工。
2.稳定的化学反应过程，保证了加工量的均匀性，对圆形工件的外圆加工具有极高的同轴度。
3.可以方便地通过改变反应液的成份来获得较佳的反应速度，以便于操作控制。
4.可方便地控制镍钛合金工件进入反应液的部位、速度和时间、或多次加工，制造各种传统切削无法完成的加工形状。
附图说明：
图1为本发明用于加工环形槽时，覆盖保护层的镍钛合金工件示意图。
图2为镍钛合金工件的环形槽在反应过程中的状态示意图。
图3为本发明用于加工外螺纹时，覆盖保护层的镍钛合金工件示意图。
图4为镍钛合金工件的外螺纹在反应过程中的状态示意图。
图5～6为镍钛合金工件的锥形端部反应状态示意图。
具体实施方式：
本发明利用镍和钛可分别溶解在硝酸和氟氢酸的原理来替代一般的金属切削加工成型的方法来制造镍钛合金产品，因此可以免除镍钛合金和刀具在加工中产生粘合而带来的诸多问题。为了防止非加工部位的镍钛合金一并溶解在反应液中，本发明应首先对镍钛合金工件非加工部位进行覆盖保护层的准备工作。该保护层由软质的非金属材料(如胶带、蜡、胶等)构成。若工件只有加工部位浸入反应液，而其余非加工部位都不与反应液接触时，可以免除该项工序，不必对非加工部位覆盖保护层，简化了加工过程。
将上述覆盖有保护层的镍钛合金工件浸入反应液进行溶解反应。
反应液由分析纯硝酸、氢氟酸和水按下述体积百分比配合而成：
分析纯硝酸(含硝酸65～68％) 30～60％；
氢氟酸(含氟化氢40％左右) 20～50％；
水 20～40％。
反应液各组成在上述比例范围内可根据镍钛合金中镍、钛的具体含量和溶解反应速度或加工时间要求进行具体调整。一般来说反应液中水的含量愈高、氢氟酸含量愈低，溶解反应速度愈慢、加工时间则长；具体溶解速度和加工时间应通过试样试验获得。通常对于细小的工件，其加工量微小，宜适当放慢溶解反应速度，延长加工时间，便于掌握操作。反应液和镍钛合金的反应过程温和，稳定，并伴有氢气生成，反应液的温度以≥80℃为宜。
当反应达到所需加工量后，迅速将工件从反应液中取出用流动的清水清洗，以免残留的反应液对工件持续反应。
对加工形状复杂的工件，可以将复杂的加工形状分解成几个简单形体，分别针对这几个简单加工形体重复上述加工程序即可。
最后将成形的镍钛合金工件放入热处理炉，在300℃温度下加热1小时左右，进行除氢处理。
现就几个简单加工形状的实例作进一步的描述：
1.槽、孔类的加工。例如欲在含镍50.6％余量为钛的镍钛合金棒料上加工一深度为0.10mm、宽度为Xmm的环形槽。
a.)参阅图1所示，在工件1上用胶、胶带或蜡形成一个保护层2，而在欲加工的部位处留下一道宽度为Xmm暴露在外的环形金属区3。
b.)将上述覆有保护层2的工件置入反应池内，反应液由35％(体积百分比)的分析纯硝酸、25％的氢氟酸和40％水配制而成，用水浴将反应液保持在80℃恒定。工件上的环形金属区3与反应液发生化学反应溶解其中(参见图2)，其溶解速度为0.008mm/秒，反应时间12.5秒即可获得深度为0.1mm、宽度为Xmm的环形槽。
c.)从反应池中迅速取出工件用流动清水冲洗干净。
d.)放入热处理炉内，加热至300℃进行除氢处理1小时。
2.螺纹的加工。
a.)在镍钛合金工件1表面覆盖呈螺旋状的保护层2’(参见图3)，露出待加工的螺旋状金属区3’；
b.)将上述覆盖有保护层2’的工件1浸入反应池进行溶解反应(参见图4)。反应液的配比可同上例，也可用反应速度较快的配比方案。如分析纯硝酸40％(体积百分比)，氢氟酸30％，水30％。溶解速度可通过试样获得，依此根据加工量确定反应时间，反应液的温度以80℃为宜。
c.)迅速取出工件在流动的清水下冲洗干净。
d.)放入热处理炉中加热至300℃除氢处理1小时。
3.锥体(包含圆锥体和棱锥体)的加工。例如在直径为0.5mm的镍钛合金工件1的一端加工一个长20mm，斜度或锥度为1∶20的锥体4(参见图5～6)。
a.)由于加工部位是位于工件1的一端，反应时仅需将该端浸入反应池内与反应液发生作用即可，而其余非加工部位均不必浸入反应池，故可不必再于工件1的非加工表面覆盖保护层。但若该锥体4位于工件1中部或离两端有一定距离时，则必须对邻近锥体小端处的非加工部分覆盖保护层。
b.)选用反应速度较快的反应液，其体积百分数的配比可以是：分析纯硝酸45％(体积百分比)，氢氟酸35％，水20％。用水浴将反应池内的反应液保持在80℃以上温度。该反应液的溶解反应速度为0.02mm/秒。
将工件1的加工端垂直向下匀速进入反应液5(见图5所示)。按锥体4小端的尺寸为Φ0.3mm，即加工深度(Φ0.5mm-Φ0.3mm)/2＝0.1mm，溶解反应时间为0.1mm÷0.2mm/秒＝5秒，工件1向下移动的速度为20mm÷5mm/秒＝4mm/秒。即将工件1以4mm/秒的匀速度浸入反应液5中，从工件1端面接触到反应液5起，经5秒就形成了所需的锥体4(见图6)。
c.)迅速将工件1从反应池中取出以流动清水冲洗干净。
d.)放入热处理炉内加热至300℃除氢处理1小时。
本发明需要强调的一点是虽然不同配比的反应液有不同的溶解反应速度，但由于镍钛合金自身成分有所差异，需要先以试样确定实际的溶解反应速度，再确定正确的反应时间。
Claims (2)
1、一种镍钛合金材料的化学加工方法，其特征在于：
1)用柔软的非金属材料将镍钛合金工件的非加工部位进行覆盖，形成保护层；
2)将经上述覆盖处理后的镍钛合金工件浸入由氢氟酸、硝酸和水的反应液中进行化学反应直至所需加工程度；
3)取出镍钛合金工件在流动清水中冲洗干净；
4)在300℃温度下，将洗净后的镍钛合金工件于除氢炉内处理1小时左右。
2、根据权利要求1所述的镍钛合金材料的化学加工方法，其特征在于：该反应液的组成按镍钛合金的组成含量和适当的反应速度，按体积百分比，在下述范围内配制：
含氟化氢40％左右的氢氟酸 20～50％；
含硝酸65～68％的分析纯硝酸 30～60％；
水 20～40％；
上述反应液的温度为≥80℃。
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