CN102808180B - 用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液及方法。所述的溶液包括体积比为132ml/L～142ml/L的盐酸，体积比为115ml/L～125ml/L的硝酸和重量体积比为445g/L～453g/L的三氯化铁，其余为水。在加工中，首先通过试样确定单位时间内工件表面的腐蚀加工速率，并根据得到的试样化学加工速率及待加工工件的表面去除量，确定工件的化学加工时间。经本发明加工的工件尺寸精度和表面粗糙度均能够达到理想的水平，并且不会产生切削应力，无变形。经金相检查，本发明不会对эи768不锈钢造成晶间腐蚀，材料组织未发现异常。

Description

用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液及方法

技术领域

本发明涉及材料的化学加工领域，具体是一种эи768不锈钢的化学加工溶液及方法。

背景技术

эи768不锈钢是一种高耐蚀马氏体热强不锈钢，属于低碳高铬型，具有良好的耐腐蚀性，可用于在550℃以下的海洋气候条件下工作的压气机叶片。由于钢中含有一定量的钴元素，钴元素大部分固溶于奥氏体和铁素体中强化钢的基体，使钢的热强性显著提高。为了去除该材料精锻压气机叶片的尺寸，需要在精锻后对其进行全尺寸化学加工以满足设计要求。经检索国内外的专利文献，未检索出各类金属材料的化学加工方法。经检索国内外论文数据库，检索出如下类似论文：

1.《2197铝锂合金的化学铣切工艺》（毛大恒等，机械工程材料，2011年5月，第35卷第5期）。该论文主要描述了采用化学铣切加工工艺对2197铝锂合金进行加工,研究了化铣液组成、温度对铣切加工速度、表面粗糙度等的影响,并讨论了原始表面粗糙度对化铣加工质量的影响。

化铣溶液基本组成为：

2.《GH 3044高温合金化学铣切工艺及其应用》（幸泽宽，材料保护，1998年11月，第31卷11期）。该论文主要试验了GH 3044的化学铣切工艺,讨论了配方中各主要成分的作用,对影响化铣后材料性能的组织缺陷、晶间腐蚀倾向、力学性能进行了检查测试,介绍了本工艺在生产中的应用情况。

采用的化学加工溶液为：

(注:所有药品均为工业级。)

3.《钛合金化学铣切工艺研究》（张红等，新工艺·新技术·新设备，1996年第6期），该论文主要介绍了钛合金化学铣切腐蚀溶液的配方，讨论了表明腐蚀溶液特征的两个重要工艺参数：腐蚀速度及槽液寿命；研究了化铣前后钛合金材料的表面质量及工艺性能。化铣溶液组成为硝酸和氢氟酸，其中氢氟酸为腐蚀剂，硝酸为抑制剂。

以上论文中所述的化学加工工艺流程与本方法中所述化学加工工艺流程比较相似，但由于金属材料的化学加工效果与工艺溶液有极强的适用性及匹配性，而以上论文中所述的溶液分别适用于2197铝锂合金,GH 3044和钛合金，均不适用于эи768不锈钢的化学加工。目前，эи768不锈钢大多数都是采用机械加工方法，该方法加工难度大，特别是对于薄壁、外形复杂的零件，极易产生切削应力。因此，采用化学法加工эи768不锈钢有着明显的优势。

发明内容

为克服现有技术中采用机械加工方法存在的加工难度大，对于薄壁、外形复杂的零件，极易产生切削应力的不足，本发明提出了一种用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液及方法。

本发明所述的用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液包括盐酸、硝酸、三氯化铁和水；盐酸的体积比为132ml/L～142ml/L，硝酸的体积比为115ml/L～125ml/L，三氯化铁的重量体积比为445g/L～453g/L，其余为水；盐酸和硝酸均为工业纯级；盐酸比重d=1.18；硝酸比重d=1.41；三氯化铁为工业纯级的粉末。

本发明还提出了一种利用所述溶液加工эи768不锈钢工件的方法，其具体过程是：

步骤1，配制溶液；按比例配制一升溶液：其中盐酸132ml/L，硝酸115ml/L，三氯化铁445g/L，余量为水；得到配制好的溶液；

步骤2，确定单位时间内工件表面的腐蚀加工速率；所述的单位时间为60s；通过试样确定单位时间内试样表面的腐蚀加工速率，其具体过程是：

a．制备试样：制作эи768不锈钢试样；并对该试样进行表面处理和除油；

b．测量尺寸：测量试样的原始厚度；

c．将试样浸没在溶液中，待试样开始冒气泡时计时，计时到20min时取出试样；得到化学加工后的试样；

d．试样表面清理：用冷水冲洗掉零件表面的挂灰；将除完挂灰的试样在自来水中冲洗30s；将冲洗后的试样在沸水浸泡30s取出并吹干试样表面；

e．测量尺寸：测量试样化学加工后的厚度，并用该试样化学加工前的厚度减去该试样化学加工后的厚度，得到单位时间内试样的化学加工速率；

步骤3；确定工件的化学加工时间；根据得到的试样化学加工速率及待加工工件的表面去除量，确定工件的化学加工时间；

步骤4；化学加工工件；配制化学加工溶液，其中盐酸的体积比为132ml/L，硝酸的体积比为115ml/L，三氯化铁的重量体积比为445g/L，其余为水；将待加工的工件进行表面除油；将待加工的工件浸没在溶液中同时计时；当计时至确定的工件化学加工时间时立即将工件取出；

步骤5；工件表面清理；将化学加工后的工件置于流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉工件表面挂灰；通过压缩空气吹干工件；

步骤6；工件湿吹砂；采用220目的氧化铝砂对所述工件进行湿吹砂，以去除工件表面的腐蚀层，完成对эи768不锈钢工件的化学加工。

本发明是将金属材料要加工部位暴露于化学介质（溶液）中进行腐蚀，从而获得零件所需的形状和尺寸的一种加工方法。本发明中的化学加工溶液使эи768不锈钢有控制地均匀溶解，溶液中盐酸（HCl）和三氯化铁（FeCl₃）为主要腐蚀剂，与эи768不锈钢进行化学反应，硝酸（HNO₃）为延缓腐蚀的成分。经该溶液化学加工的工件尺寸精度和表面粗糙度可达到理想的水平，并且不会产生切削应力，无变形。经金相检查，该方法不会对эи768不锈钢造成晶间腐蚀，材料组织未发现异常，具体金相照片见附图1。该发明根据эи768不锈钢选择合适的配方配制溶液，适当控制溶液温度及反应时间，可取代传统机械加工工艺。机械加工工艺与本发明所述化学加工工艺对比见下表：

机械加工工艺与化学加工工艺对比表

加工方法	切削应力	变形量(mm)	加工周期(单件)	晶间腐蚀
					机械加工	有	0.5～0.8	(4～8)h	无
化学加工	无	无	(8～15)min	无

附图说明

图1是化学加工后试样的照片。

图2是化学加工工艺流程图。

具体实施方式

实施例一

本实施例是一种用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液。所述的溶液包括盐酸、硝酸、三氯化铁和水，其中：盐酸为工业纯级，比重d=1.18；硝酸为工业纯级，比重d=1.41；三氯化铁为工业纯级的粉末。盐酸的体积比为132ml/L，硝酸的体积比为115ml/L，三氯化铁的重量体积比为445g/L，其余为水。

本实施例还提出了一种利用所述эи768不锈钢工件化学加工的溶液加工эи768不锈钢板状工件的方法，其具体过程是：

步骤1，配制溶液。按比例配制一升溶液：其中盐酸132ml/L，硝酸115ml/L，三氯化铁445g/L，余量为水。得到配制好的溶液。

步骤2，确定单位时间内工件表面的腐蚀加工速率。所述的单位时间为60s。通过试样确定单位时间内试样表面的腐蚀加工速率，其具体过程是：

a．制备试样：选取эи768不锈钢，进行磨加工制成30mm×10mm×5mm的试样。并用金相砂纸打磨试样，使该试样的表面光亮平整。用无水乙醇擦拭试样表面除油，直至表面水膜连续。

b．测量尺寸：由于化学加工速度是以单位时间的化铣加工深度来表示，因此在化学加工前用千分尺测量试样的原始厚度。本实施例中，试样化学加工前的原始厚度为5.00mm。

c．将配制好的溶液盛放在反应容器内。将试样浸没在溶液中，待试样开始冒气泡时计时，计时到20min时取出试样。得到化学加工后的试样。

d．试样表面清理：将得到的加工后的试样在流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉零件表面挂灰。将除完挂灰的试样在自来水中冲洗30s。将冲洗后的试样浸入自来水的沸水中浸泡30s，通过压缩空气吹干试样表面。

e．测量尺寸：用千分尺精确测量试样化学加工后的厚度，并用该试样化学加工前的厚度减去该试样化学加工后的厚度，得到单位时间内试样的化学加工速率。本实施例中，试样化学加工前的厚度为5.00mm，试样化学加工后的厚度为3.84mm，该试样化学加工速率为单面29μm/min，

步骤3；确定工件的化学加工时间。根据得到的试样化学加工速率及待加工工件的表面去除量，确定工件的化学加工时间。本实施例中，化学加工速率为单面29μm/min，待加工工件的表面去除量为单面0.25mm，确定工件的化学加工时间为8.62min。

步骤4；化学加工工件。配制化学加工溶液，其中盐酸的体积比为132ml/L，硝酸的体积比为115ml/L，三氯化铁的重量体积比为445g/L，其余为水。将待加工的工件进行表面除油。将待加工的工件浸没在溶液中同时计时。当计时至确定的工件化学加工时间时立即将工件取出，本实施例中，确定的工件化学加工时间为8.62min。

步骤5；工件表面清理。将化学加工后的工件置于流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉工件表面挂灰。通过压缩空气吹干工件。

步骤6；工件湿吹砂。采用220目的氧化铝砂用常规方法对所述工件进行湿吹砂，以去除工件表面的腐蚀层，完成对эи768不锈钢工件的化学加工。

实施例二

本实施例是一种用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液。所述的溶液包括盐酸、硝酸、三氯化铁和水，其中：盐酸为工业纯级，比重d=1.18；硝酸为工业纯级，比重d=1.41；三氯化铁为工业纯级的粉末。盐酸的体积比为135ml/L，硝酸的体积比为118ml/L，三氯化铁的重量体积比为448g/L，其余为水。

本实施例还提出了一种利用所述эи768不锈钢工件化学加工的溶液加工эи768不锈钢环形工件的方法，其具体过程是：

步骤1，配制溶液。按比例配制一升溶液：其中盐酸135ml/L，硝酸118ml/L，三氯化铁448g/L，余量为水。得到配制好的溶液。

步骤2，确定单位时间内工件表面的腐蚀加工速率。所述的单位时间为60s。通过试样确定单位时间内试样表面的腐蚀加工速率，其具体过程是：

a．制备试样：选取эи768不锈钢，进行磨加工制成30mm×10mm×5mm的试样。并用金相砂纸打磨试样，使该试样的表面光亮平整。用无水乙醇擦拭试样表面除油，直至表面水膜连续。

b．测量尺寸：由于化学加工速度是以单位时间的化铣加工深度来表示，因此在化学加工前用千分尺测量试样的原始厚度。本实施例中，试样化学加工前的原始厚度为5.00mm。

c．将配制好的溶液盛放在反应容器内。将试样浸没在溶液中，待试样开始冒气泡时计时，计时到20min时取出试样。得到化学加工后的试样。

d．试样表面清理：将得到的加工后的试样在流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉零件表面挂灰。将除完挂灰的试样在自来水中冲洗30s。将除完挂灰的试样在自来水中冲洗30s。将冲洗后的试样浸入自来水的沸水中浸泡30s，通过压缩空气吹干试样表面。

e．测量尺寸：用千分尺精确测量试样化学加工后的厚度，并用该试样化学加工前的厚度减去该试样化学加工后的厚度，得到单位时间内试样的化学加工速率。本实施例中，试样化学加工前的厚度为5.00mm，试样化学加工后的厚度为3.80mm，该试样化学加工速率为单面30μm/min。

步骤3；确定工件的化学加工时间。根据得到的单位时间内化学加工速率及待加工工件的表面去除量，确定工件的化学加工时间。本实施例中，化学加工速率为单面30μm/min，待加工工件的表面去除量为单面0.30mm，确定工件的化学加工时间为10min。

步骤4；化学加工工件。配制化学加工溶液，其中盐酸的体积比为135ml/L，硝酸的体积比为118ml/L，三氯化铁的重量体积比为448g/L，其余为水。将待加工的工件进行表面除油。将待加工的工件浸没在溶液中同时计时。当计时至确定的工件化学加工时间时立即将工件取出，本实施例中，确定的工件化学加工时间为10min。

步骤5；工件表面清理。将化学加工后的工件置于流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉工件表面挂灰。通过压缩空气吹干工件。

步骤6；工件湿吹砂。采用220目的氧化铝砂用常规方法对所述工件进行湿吹砂，以去除工件表面的腐蚀层，完成对эи768不锈钢工件的化学加工。

实施例三

本实施例是一种用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液。所述的溶液包括盐酸、硝酸、三氯化铁和水，其中：盐酸为工业纯级，比重d=1.18；硝酸为工业纯级，比重d=1.41；三氯化铁为工业纯级的粉末。盐酸的体积比为138ml/L，硝酸的体积比为121ml/L，三氯化铁的重量体积比为450g/L，其余为水。

本实施例还提出了一种利用所述эи768不锈钢工件化学加工的溶液加工эи768不锈钢1级压气机叶片的方法，其具体过程是：

步骤1，配制溶液。按比例配制一升溶液：其中盐酸138ml/L，硝酸121ml/L，三氯化铁450g/L，余量为水。得到配制好的溶液。

步骤2，确定单位时间内工件表面的腐蚀加工速率。所述的单位时间为60s。通过试样确定单位时间内试样表面的腐蚀加工速率，其具体过程是：

a．制备试样：选取эи768不锈钢，进行磨加工制成30mm×10mm×5mm的试样。并用金相砂纸打磨试样，使该试样的表面光亮平整。用无水乙醇擦拭试样表面除油，直至表面水膜连续。

b．测量尺寸：由于化学加工速度是以单位时间的化铣加工深度来表示，因此在化学加工前用千分尺测量试样的原始厚度。本实施例中，试样化学加工前的原始厚度为5.00mm。

c．将配制好的溶液盛放在反应容器内。将试样浸没在溶液中，待试样开始冒气泡时计时，计时到60s时取出试样。得到化学加工后的试样。

d．试样表面清理：将得到的加工后的试样在流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉零件表面挂灰。将除完挂灰的试样在自来水中冲洗30s。将冲洗后的试样浸入自来水的沸水中浸泡30s，通过压缩空气吹干试样表面。

e．测量尺寸：用千分尺精确测量试样化学加工后的尺寸，并用用该试样化学加工前的厚度减去该试样化学加工后的厚度，得到单位时间内化学加工速率。本实施例中，试样化学加工前的厚度为5mm，试样化学加工后的厚度为3.74mm，该试样单位时间内化学加工速率为单面31.5μm/min。

步骤3；确定工件的化学加工时间。根据得到的单位时间内化学加工速率及待加工工件的表面去除量，确定工件的化学加工时间。本实施例中，化学加工速率为单面31.5μm/min，待加工工件的表面去除量为单面0.20mm，确定工件的化学加工时间为6.35min。

步骤4；化学加工工件。配制化学加工溶液，其中盐酸138ml/L，硝酸121ml/L，三氯化铁450g/L，其余为水。得到配制好的溶液。对待加工的工件进行表面除油。将待加工的工件浸没在溶液中同时计时。当计时至确定的工件化学加工时间时立即将工件取出，本实施例中，确定的工件化学加工时间为6.35min。

步骤5；工件表面清理。将化学加工后的工件置于流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉工件表面挂灰。通过压缩空气吹干工件。

步骤6；工件湿吹砂。采用220目的氧化铝砂用常规方法对所述工件进行湿吹砂，以去除工件表面的腐蚀层，完成对эи768不锈钢工件的化学加工。

实施例四

本实施例是一种用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液。所述的溶液包括盐酸、硝酸、三氯化铁和水，其中：盐酸为工业纯级，比重d=1.18；硝酸为工业纯级，比重d=1.41；三氯化铁为工业纯级的粉末。盐酸的体积比为142ml/L，硝酸的体积比为125ml/L，三氯化铁的重量体积比为453g/L，其余为水。

本实施例还提出了一种利用所述эи768不锈钢工件化学加工的溶液加工эи768不锈钢2级压气机叶片的方法，其具体过程是：

步骤1，配制溶液。按比例配制一升溶液：其中盐酸142ml/L，硝酸125ml/L，三氯化铁453g/L，余量为水。得到配制好的溶液。

步骤2，确定单位时间内工件表面的腐蚀加工速率。所述的单位时间为60s。通过试样确定单位时间内试样表面的腐蚀加工速率，其具体过程是：

a．制备试样：选取эи768不锈钢，进行磨加工制成30mm×10mm×5mm的试样。并用金相砂纸打磨试样，使该试样的表面光亮平整。用无水乙醇擦拭试样表面除油，直至表面水膜连续。

b．测量尺寸：由于化学加工速度是以单位时间的化铣加工深度来表示，因此在化学加工前用千分尺测量试样的原始厚度。本实施例中，试样化学加工前的原始厚度为5.00mm。

c．将配制好的溶液盛放在反应容器内。将试样浸没在溶液中，待试样开始冒气泡时计时，计时到60s时取出试样。得到化学加工后的试样。

d．试样表面清理：将得到的加工后的试样在流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉零件表面挂灰。将除完挂灰的试样在自来水中冲洗30s。将冲洗后的试样浸入自来水的沸水中浸泡30s，通过压缩空气吹干试样表面。

e．测量尺寸：用千分尺精确测量试样化学加工后的尺寸，并用该试样化学加工前的厚度减去该试样化学加工后的厚度，得到单位时间内化学加工速率。本实施例中，试样化学加工前的厚度为5mm，试样化学加工后的厚度为3.76mm，该试样单位时间内化学加工速率为单面31μm/min。

步骤3；确定工件的化学加工时间。根据得到的单位时间内化学加工速率及待加工工件的表面去除量，确定工件的化学加工时间。本实施例中，化学加工速率为单面31μm/min，待加工工件的表面去除量为单面0.25mm，确定工件的化学加工时间为8.06min。

步骤4；化学加工工件。配制化学加工溶液，其中盐酸142ml/L，硝酸125ml/L，三氯化铁453g/L，其余为水。得到配制好的溶液。对待加工的工件进行表面除油。将待加工的工件浸没在溶液中同时计时。当计时至确定的工件化学加工时间时立即将工件取出，本实施例中，确定的工件化学加工时间为6.35min。

步骤5；工件表面清理。将化学加工后的工件置于流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉工件表面挂灰。通过压缩空气吹干工件。

步骤6；工件湿吹砂。采用220目的氧化铝砂用常规方法对所述工件进行湿吹砂，以去除工件表面的腐蚀层，完成对эи768不锈钢工件的化学加工。

Claims (2)

1.一种用于эи768不锈钢工件化学加工的溶液，其特征在于，包括盐酸、硝酸、三氯化铁和水；盐酸的体积比为132ml/L～142ml/L，硝酸的体积比为115ml/L～125ml/L，三氯化铁的重量体积比为445g/L～453g/L，其余为水；盐酸和硝酸均为工业纯级；盐酸比重d=1.18；硝酸比重d=1.41；三氯化铁为工业纯级的粉末。

2.一种利用权利要求1所述溶液加工эи768不锈钢工件的方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，配制溶液；按比例配制一升溶液：其中盐酸132ml/L，硝酸115ml/L，三氯化铁445g/L，余量为水；得到配制好的溶液；

步骤2，确定单位时间内工件表面的腐蚀加工速率；所述的单位时间为60s；通过试样确定单位时间内试样表面的腐蚀加工速率，其具体过程是：

a．制备试样：制作эи768不锈钢试样；并对该试样进行表面处理和除油；

b．测量尺寸：测量试样的原始厚度；

c．将试样浸没在溶液中，待试样开始冒气泡时计时，计时到20min时取出试样；

得到化学加工后的试样；

d．试样表面清理：用冷水冲洗掉零件表面的挂灰；将除完挂灰的试样在自来水中冲洗30s；将冲洗后的试样在沸水浸泡30s取出并吹干试样表面；

e．测量尺寸：测量试样化学加工后的厚度，并用该试样化学加工前的厚度减去该试样化学加工后的厚度，得到单位时间内试样的化学加工速率；

步骤3；确定工件的化学加工时间；根据得到的试样化学加工速率及待加工工件的表面去除量，确定工件的化学加工时间；

步骤4；化学加工工件；配制化学加工溶液，其中盐酸的体积比为132ml/L，硝酸的体积比为115ml/L，三氯化铁的重量体积比为445g/L，其余为水；将待加工的工件进行表面除油；将待加工的工件浸没在溶液中同时计时；当计时至确定的工件化学加工时间时立即将工件取出；

步骤5；工件表面清理；将化学加工后的工件置于流动的冷水中冲洗，直至彻底冲掉工件表面挂灰；通过压缩空气吹干工件；

步骤6；工件湿吹砂；采用220目的氧化铝砂对所述工件进行湿吹砂，以去除工件表面的腐蚀层，完成对эи768不锈钢工件的化学加工。

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