CN102260899A - 钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法 - Google Patents

钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法，包括如下步骤：(1)酸性水溶液电解：将钛/钛合金板带置于电解液中，电解方式采用阴、阳极交替非接触式电解，电流密度为15～25A/dm3，电解液为浓度150～350g/L的H2SO4溶液，电解液温度范围为60～85℃，电解时间为60～200s；(2)混酸酸洗：采用浓度为10～30g/L的HF溶液与浓度为100～200g/L的HNO3溶液混合配制成混酸，对经过电解的钛/钛合金板带表面进行酸洗，酸洗温度为20～60℃，酸洗时间为50～400s；(3)表面清洗；(4)表面干燥。

Description

钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法
技术领域
本发明涉及合金材料的氧化皮去除方法，尤其涉及钛合金的表面氧化皮去除方法。
背景技术
冶金工艺中，为了去除钛/钛合金板带在热轧或冷轧退火处理中产生的氧化皮，传统的方法包含三个步骤：第一步，采用机械抛丸去除板带表面大部分氧化皮；第二步，用硫酸或氢氟酸和硝酸配成的混酸进行残余氧化皮的物理化学改性，即进行进一步去除；第三步，用氢氟酸和硝酸的混酸去除残余氧化皮，进行表面钝化。
上述现有的氧化皮去除方法存在如下缺点：首先，钛金属很活泼，在抛丸过程中机械剥离的粉尘极易着火爆炸，因此须用昂贵的氩气等惰性气体进行保护；其次，整个氧化皮的洗除过程较为繁琐。
基于上述缺点，行业内一直在寻求新的氧化皮去除方法，如水溶液电解方法。在公开号为CN1267750A，公开日为2000年9月27日，名称为“合金钢钢材表面的氧化皮去除方法”中公开了一种合金钢钢材表面氧化皮的去除方法，其中，电解液由硫酸水溶液和表面活性剂组成，电解温度为20～50℃，时间为1～5min，电流密度为80～300A/dm3，电解采用阴阳极交替直流电解。在公开号为CN1451058A，公开日为2003年10月22日，名称为“使用交流电源电解池的用于金属产品的连续电解酸洗方法”公开了一种电解酸洗方法，将待处理的材料浸入电解池中，控制温度在20～90℃之间，交流频率范围1～1000Hz，电流密度振幅为10～250A/dm3，电解液选用H2SO4或HF或H3PO4或Fe3+水溶液。
然而上述方法均适用于不锈钢条带的氧化皮去除，而热轧或退火的钛/钛合金板带，由于其表面氧化皮化学稳定性优异，而母材化学活性较高，因此很难实现酸洗均匀。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法，使用该方法去除钛/钛合金板带表面氧化皮的流程短，去除过程稳定，能够实现获得的酸洗表面质量优良的目的。
根据本发明的上述目的，提出一种钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法，包括如下步骤：
(1)酸性水溶液电解：将钛/钛合金板带置于电解液中，且位于一对极性相同的电极板中间，所述钛/钛合金板带与电极板的极性相反，然后向电解液中通直流电，电流密度为15～25A/dm3，所述电解液为浓度150～350g/L的H2SO4溶液，电解液温度范围为60～85℃，电解时间为60～200s，在电解过程中所述钛/钛合金板带的极性交替变化为阳极和阴极，相应地，所述电极板的极性交替变化为阴极和阳极；
当钛/钛合金板带作阳极时，其表面发生如下反应：
Ti2+→Ti3++e
Ti3+→Ti4++e
Ti→Ti2++e
当钛/钛合金板带作阴极时，其表面发生如下反应：
4H3O++4e→2H2↑+4H2O
(2)混酸酸洗：采用浓度为10～30g/L的HF溶液与浓度为100～200g/L的HNO3溶液混合配制成混酸，对经过电解的钛/钛合金板带表面进行酸洗，酸洗温度为20～60℃，酸洗时间为50～400s。
(3)表面清洗：采用软水对经过酸洗的钛/钛合金板带表面清洗至表面无残酸。
(4)表面干燥：采用烘干装置将钛/钛合金板带表面烘干。
优选地，所述步骤(1)中钛/钛合金板带的极性为阳极和阴极的时间比率为2～4。
优选地，所述步骤(1)中两电极板距钛/钛合金板带的距离均为6～12cm。
本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，去氧化皮的效果优秀，整个去除流程短，反应过程稳定，安全性高。
附图说明
图1a是本发明实施例1中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面微观形貌。
图1b是本发明实施例1中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面能谱。
图2a是本发明实施例2中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面微观形貌。
图2b是本发明实施例2中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面能谱。
图3a是本发明实施例3中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面微观形貌。
图3b是本发明实施例3中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面能谱。
图4a是对比例1中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面微观形貌。
图4b是对比例1中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面能谱。
图5a是对比例2中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面微观形貌。
图5b是对比例2中钛/钛合金板带表面氧化皮去除后的表面能谱。
具体实施方式
实施例1-3
本发明实施例1-3中通过下述步骤对钛/钛合金板带表面氧化皮进行去除：
(1)酸性水溶液电解：将钛/钛合金板带置于电解液中，同时将钛/钛合金板带置于距其6～12cm的一对极性相同的电极板中间，所述钛/钛合金板带与电极板的极性相反，然后向电解液中通直流电，电流密度为15～25A/dm3，所述电解液为浓度150～350g/L的H2SO4溶液，电解液温度范围为60～85℃，电解时间为60～200s，在电解过程中所述钛/钛合金板带的极性交替变化为阳极和阴极，钛/钛合金板带的极性为阳极和阴极的时间比率t为2～4。
(2)混酸酸洗：采用浓度为10～30g/L的HF水溶液与浓度为100～200g/L的HNO3水溶液混合配制成混酸，对经过电解的钛/钛合金板带表面进行酸洗，酸洗温度为20～60℃，酸洗时间为50～400s。
(3)表面清洗：采用软水对经过酸洗的钛/钛合金板带表面清洗至表面无残酸。
(4)表面干燥：采用烘干装置将钛/钛合金板带表面烘干。
此外为了对比本发明所述方法的实施效果，发明人还进行了对比试验，本发明实施例1-3和对比例1-2的具体工艺参数参见表1：
表1
  实施例1   实施例2   实施例3   对比例1   对比例2
  电流密度(A/dm3) 15 20 25 5 50
  t   2   3   4   1   7
  合金板距电极板的距离(cm) 12 10 6 20 5
  H2SO4溶液浓度(g/L) 150 300 350 50 400
  电解液温度(℃) 60±1℃ 78±1℃ 85±1℃ 20±1℃ 90±1℃
  电解时间(s) 60 100 200 20 1200
  HF溶液浓度(g/L) 10 25 30 5 100
  HNO3溶液浓度(g/L) 200 140 100 350 50
  酸洗温度(℃) 20±1℃ 50±1℃ 60±1℃ 15±1℃ 90±1℃
  酸性时间(s) 50 300 400 20 1200
在上述实施例1-3和对比例试验过程中，当混酸酸洗步骤完成后，用扫描电镜SEM观察实施例和对比例中样品的表面微观形貌并进行表面能谱分析：
如图1a所示，实施例1中样品酸洗后的表面较平整。Spectrum1为样品表面的随机目标点。如图1b所示，随机目标点Spectrum1位置有极少量的氧元素存在，证明该样品表面残余少量氧化物，这些特征表明该样品轻微欠酸洗，酸洗质量尚可接受。
如图2a所示，实施例2中的样品酸洗后的表面光洁、平整，晶粒轮廓轻微呈现，Spectrum1为样品表面的随机目标点。如图2b所示，随机目标点Spectrum1位置没有氧元素，证明该样品表面无氧化物残留，些特征表明该样品酸洗效果优良。
如图3a所示，实施例3中的样品酸洗后的表面总体较平整，晶粒轮廓非常清晰，局部有较浅的凹坑，Spectrum1为样品表面的随机目标点。如图3b所示，随机目标点Spectrum1位置没有氧元素，证明该样品表面无氧化物残留，这些特征表明该样品轻微过酸洗，酸洗质量尚可接受。
如图4a所示，对比例1中的样品酸洗后的表面粗糙不平，Spectrum1为样品表面的随机目标点。如图4b所示，随机目标点Spectrum1位置有氧元素存在，证明该样品表面残余氧化物。这些特征表明该样品严重欠酸洗，酸洗质量不可接受。
如图5a所示，对比例2中的样品酸洗后的表面不平整，局部有较深的阶梯状凹坑，Spectrum1为样品表面的随机目标点。如图5b所示，随机目标点Spectrum1位置没有氧元素，证明该样品表面无氧化物残留。这些特征表明该样品严重过酸洗，酸洗质量不可接受。
由上述实施例与对比例的分析结果可知，本发明所述的钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法去除氧化皮的效果优异。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)酸性水溶液电解：将钛/钛合金板带置于电解液中，且位于一对极性相同的电极板中间，所述钛/钛合金板带与电极板的极性相反，然后向电解液中通直流电，电流密度为15～25A/dm3，所述电解液为浓度150～350g/L的H2SO4溶液，电解液温度范围为60～85℃，电解时间为60～200s，在电解过程中所述钛/钛合金板带的极性交替变化为阳极和阴极，所述电极板与钛/钛合金板带的极性始终相反；
(2)混酸酸洗：采用浓度为10～30g/L的HF溶液与浓度为100～200g/L的HNO3溶液混合配制成混酸，对经过电解的钛/钛合金板带表面进行酸洗，酸洗温度为20～60℃，酸洗时间为50～400s；
(3)表面清洗：采用软水对经过酸洗的钛/钛合金板带表面清洗至表面无残酸；
(4)表面干燥：采用烘干装置将钛/钛合金板带表面烘干。
2.如权利要求1所述的钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法，其特征在于：所述步骤(1)中钛/钛合金板带的极性为阳极和阴极的时间比率为2～4。
3.如权利要求2所述的钛/钛合金板带表面氧化皮去除方法，其特征在于：
所述步骤(1)中两电极板距钛/钛合金板带的距离均为6～12cm。
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