CN101768747A - 一种在钛合金表面进行表面活化处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在钛合金表面进行表面活化处理的方法，包括：第一步：先将钛合金基材零件除油、除锈；第二步：对零件进行浸蚀处理；第三步：对零件进行表面活化处理；其中所述表面活化处理的活化液为乙二醇、酸性氟化铵、氯化镍、硼酸、乳酸和醋酸的混合液，所述表面活化处理的温度为40～60℃，所述表面活化处理的时间为30～40min；第四步：干燥及后处理工序，本发明技术与现有技术相比，活化的时间短，活化效果好，对零件无腐蚀，基本消除了对零件产生腐蚀的风险，而且环境污染小，本发明采用的活化液稳定性高，沉积速度较快，可在钛合金表面形成耐蚀、耐磨性好，与基体冶金结合好的涂层，从而可防止钛合金零件与铝合金、高温合金等航空材料的接触腐蚀。

Description

一种在钛合金表面进行表面活化处理的方法

技术领域

本发明涉及一种在钛合金表面进行表面活化处理的方法。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，钛合金具有强度高，耐蚀性强等优点而成为重要的航空材料。钛合金的使用，对减轻飞机重量，提升飞机性能具有重要意义。然而，钛合金自身虽具有良好的耐腐蚀性能。但当其与铝合金及合金钢接触时，在应力与环境协同作用下，则易于发生接触腐蚀而导致失效。

接触腐蚀是一种电偶腐蚀，即异种金属在同一种介质中接触，由于金属电位不同使电位较低的金属溶解速度加快，造成接触处的局部腐蚀。控制接触腐蚀根本措施是通过合理的选材，适当地进行表面改性与表面涂镀层处理，使接触件异种材料的电位接近，从而降低或消除接触腐蚀。在航空工业上，控制钛合金及其连接结构接触腐蚀的主要手段是采用各类表面工程技术。一种方法是采用化学镀或者电镀等方法，将材料表面改性，使相接触的材料具有相近的电位，从而有效地防止电偶腐蚀。如B767客机的钛合金紧固件全部采用离子镀铝处理后再与铝合金接触，降低钛-铝之间的电偶效应；采用阳极氧化或化学转化膜层处理，是降低钛合金与铝合金和合金钢接触腐蚀的另外一种途径。涂漆或涂胶也是防止钛合金与其它金属接触腐蚀的重要手段，如用环氧锌黄底漆、XM-33-4双组分密封胶防护，可以防止0Cr13Ni8Mo2Al与LY12和TC4的接触时的电偶腐蚀。

然而，国内外防止钛合金接触腐蚀虽然取得一定的成果，但目前上述的手段均存在一定的问题。共性的问题是上述的技术手段获得的涂镀层在环境、应力协同作用下，很容易剥落而失去防护效果，为此对钛合金进行浸镀前处理，尤其是采用活化处理是改善涂层与基体结合强度的重要手段，是提高涂层抗接触腐蚀性的重要步骤。然而，由于现有技术中活化处理采用的活化液对零件具有一定的腐蚀作用，因此会导致镀层结合力差等缺点，从而影响最终镀层的耐腐蚀性能，并且由于现有技术中多采用氟硼酸或氢氟酸活化液对零件进行活化处理，对环境的影响非常大。因此，目前的活化处理技术存在很大的局限性，而飞机中大量的钛合金紧固件，迫切需要解决接触腐蚀导致的失效问题，因此普通的活化处理方法并不适合我国目前的制造现状。

发明内容

针对现有技术中这些问题，本发明提供一种在钛合金表面进行表面活化处理的方法。

本发明提供的一种在钛合金表面进行表面活化处理的方法，包括：

第一步：先将钛合金基材零件除油、除锈；

第二步：对零件进行浸蚀处理；

第三步：对零件进行表面活化处理；其中所述表面活化处理的活化液为乙二醇、酸性氟化铵、氯化镍、硼酸、乳酸和醋酸的混合液，所述表面活化处理的温度为40～60℃，所述表面活化处理的时间为30～40min；

第四步：干燥及后处理工序。

优选的，其中第一步中除锈处理是通过喷射砂浆使零部件的表面除锈，所述喷射砂浆的磨料粒度为0.1～0.15mm，喷砂时间为10～20分钟，喷砂后，再通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗。

优选的，其中第二步中所述浸蚀处理是将除油、除锈后的零件放在盐酸和氢氟酸混合溶液中，再室温浸蚀1～3分钟。

更优选的，其中第二步中所述盐酸和氢氟酸混合溶液以体积计算为：盐酸HCl占94％～96％，氢氟酸HF占4％～6％。

优选的，其中第三步中所述表面活化处理的活化液的配方为：

乙二醇C₂H₆O₂        600～900ml/L

酸性氟化铵NH₄HF₂    25～45g/L

氯化镍NiCl₂-6H₂O          10～30g/L

硼酸H₃BO₃                 20～60g/L

乳酸C₃H₆O₃                10～35ml/L

醋酸C₂H₄O₂                70～230ml/L。

更优选的，其中第三步中所述表面活化处理的活化液的配方为：

乙二醇C₂H₆O₂            650～850ml/L

酸性氟化铵NH₄HF₂        30～40g/L

氯化镍NiCl₂-6H₂O        15～25g/L

硼酸H₃BO₃               30～55g/L

乳酸C₃H₆O₃              15～25ml/L

醋酸C₂H₄O₂              100～200ml/L。

最优选的，其中第三步中所述表面活化处理的活化液的配方为：

乙二醇C₂H₆O₂            700ml/L

酸性氟化铵NH₄HF₂        35g/L

氯化镍NiCl₂-6H₂O        20g/L

硼酸H₃BO₃               50g/L

乳酸C₃H₆O₃              20ml/L

醋酸C₂H₄O₂              180ml/L。

优选的，其中第三步中所述表面活化处理的温度为50℃，所述表面活化处理的时间为35min。

优选的，其中所述第四步中后处理工序是通过电镀、化学镀、热喷涂、热浸镀或气相沉积的方法在零件表面形成涂层的工序。

优选的，其中所述第一步、第二步、第三步最后还分别包括去离子水漂洗的步骤。

本发明技术与现有技术相比，在常温条件下，对零件进行活化的时间短，活化效果好，对零件无腐蚀，基本消除了对零件产生腐蚀的风险，而且由于替代了现有技术中氟硼酸或氢氟酸的使用，环境污染小，从而更加环保、节能。本发明采用的活化液稳定性高，沉积速度较快，可在钛合金表面形成耐蚀、耐磨性好，与基体冶金结合好的涂层，从而可防止钛合金零件与铝合金、高温合金等航空材料的接触腐蚀。另外，本发明的方法工艺简单，生产成本低，并且能适用于任何形状、任何尺寸零部件，从而彻底解决了钛合金与铝合金和钢铁材料的接触腐蚀问题，对进一步扩大钛合金在航空领域的应用，推动飞机性能的提升具有重要的意义。

具体实施方式

本发明提供的一种在钛合金表面进行表面活化处理的方法，包括：

第一步：先将钛合金基材零件除油、除锈；

第二步：对零件进行浸蚀处理；

第三步：对零件进行表面活化处理；其中所述表面活化处理的活化液为乙二醇、酸性氟化铵、氯化镍、硼酸、乳酸和醋酸的混合液，所述表面活化处理的温度为40～60℃，所述表面活化处理的时间为30～40min；

第四步：干燥及后处理工序。

其中，所述后处理工序主要是指通过电镀、化学镀、热喷涂、热浸镀、气相沉积等工序在零件表面形成涂层。

下面，给出采用本发明的方法在钛合金的零件表面制备防腐涂层的一些优选的具体实施例，但对于本领域技术人员来说，完全可以在具体实施方式所列数值的基础上进行合理概括和推导。

实施例1

(1)将零件除油后，通过液体喷砂进行除锈处理，磨料粒度为0.10mm，喷砂时间为20分钟。喷砂后，通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗，再去离子水漂洗。

(2)将除油除锈后的零件在盐酸HCl 94％(体积分数)+氢氟酸HF6％(体积分数)混合溶液中，室温浸蚀1分钟，再去离子水漂洗。

(3)在乙二醇，酸性氟化铵，氯化镍，硼酸，乳酸，醋酸的混合溶液中活化处理，温度40℃，时间40min，再去离子水漂洗，干燥。

(4)热浸镀涂层。

实施例2

(1)将零件除油后，通过液体喷砂进行除锈处理，磨料粒度为0.12mm，喷砂时间为15分钟。喷砂后，通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗，再去离子水漂洗。

(2)将除油除锈后的零件在盐酸HCl 95％(体积分数)+氢氟酸HF5％(体积分数)混合溶液中，室温浸蚀2分钟，再去离子水漂洗。

(3)在乙二醇，酸性氟化铵，氯化镍，硼酸，乳酸，醋酸的混合溶液中活化处理，温度50℃，时间35min，再去离子水漂洗，干燥。

(4)热喷涂涂层。

实施例3

(1)将零件除油后，通过液体喷砂进行除锈处理，磨料粒度为0.15mm，喷砂时间为10分钟。喷砂后，通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗，再去离子水漂洗。

(2)将除油除锈后的零件在盐酸HCl 96％(体积分数)+氢氟酸HF4％(体积分数)混合溶液中，室温浸蚀3分钟，再去离子水漂洗。

(3)热喷涂，温度60℃，时间30min，再去离子水漂洗，干燥。

(4)电镀涂层。

其中，实施例1-3中表面活化处理的活化液的组成和含量如下表1所示，并且需要特别说明的是，表1中仅仅是给出本发明活化液的组成和含量的一些优选实施例，但本发明活化液的组成和含量并不局限于该表中所列数值，对于本领域的技术人员来说，完全可以在表中所列数值范围的基础上进行合理概括和推理，因此，以下实施例都只是作为更优选的条件，而并非是作为本发明的必要条件加以描述。

表1：活化液配方，每1升(L)的组成和含量，余量为水。

注：镀层结合力测试方法参照GB1720-79进行

优选的，所述表面活化处理的温度为45～55℃，所述表面活化处理的时间为32～38min。

综上所述，尽管上面列举了本发明一些优选的实施方式，但本发明的发明构思并不局限于此，凡在此基础上，对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在钛合金表面进行表面活化处理的方法，包括：

第一步：先将钛合金基材零件除油、除锈；

第二步：对零件进行浸蚀处理；

第三步：对零件进行表面活化处理，其中所述表面活化处理的活化液为乙二醇、酸性氟化铵、氯化镍、硼酸、乳酸和醋酸的混合液，所述表面活化处理的温度为40～60℃，所述表面活化处理的时间为30～40min；

第四步：干燥及后处理工序。

2.根据权利要求1所述的方法，其中第一步中除锈处理是通过喷射砂浆使零部件的表面除锈，所述喷射砂浆的磨料粒度为0.1～0.15mm，喷砂时间为10～20分钟，喷砂后，再通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗。

3.根据权利要求1所述的方法，其中第二步中所述浸蚀处理是将除油、除锈后的零件放在盐酸和氢氟酸混合溶液中，再室温浸蚀1～3分钟。

4.根据权利要求3所述的方法，其中第二步中所述盐酸和氢氟酸混合溶液以体积计算为：盐酸HCl占94％～96％，氢氟酸HF占4％～6％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中第三步中所述表面活化处理的活化液的配方为：

乙二醇C₂H₆O₂           600～900ml/L

酸性氟化铵NH₄HF₂       25～45g/L

氯化镍NiCl₂-6H₂O       10～30g/L

硼酸H₃BO₃              20～60g/L

乳酸C₃H₆O₃             10～35ml/L

醋酸C₂H₄O₂             70～230ml/L。

6.根据权利要求5所述的方法，其中第三步中所述表面活化处理的活化液的配方为：

乙二醇C₂H₆O₂            650～850ml/L

酸性氟化铵NH₄HF₂        30～40g/L

氯化镍NiCl₂-6H₂O      15～25g/L

硼酸H₃BO₃             30～55g/L

乳酸C₃H₆O₃            15～25ml/L

醋酸C₂H₄O₂            100～200ml/L。

7.根据权利要求6所述的方法，其中第三步中所述表面活化处理的活化液的配方为：

乙二醇C₂H₆O₂            700ml/L

酸性氟化铵NH₄HF₂        35g/L

氯化镍NiCl₂-6H₂O        20g/L

硼酸H₃BO₃               50g/L

乳酸C₃H₆O₃              20ml/L

醋酸C₂H₄O₂              180ml/L。

8.根据权利要求1所述的方法，其中第三步中所述表面活化处理的温度为50℃，所述表面活化处理的时间为35min。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第四步中后处理工序是通过电镀、化学镀、热喷涂、热浸镀或气相沉积的方法在零件表面形成涂层的工序。

10.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中所述第一步、第二步、第三步最后还分别包括去离子水漂洗的步骤。