CN102978631B - 一种精密钛合金零件除重熔层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种精密钛合金零件除重熔层的方法，其特征在于，采用化学法去除精密钛合金零件表面的重熔层，化学法的槽液配方为50~75g/LHF、60~75g/LFe(NO3)3、0.1~0.5g/LC12H25·C6H4SO3H、5~15g/L尿素和6~10g/L钛，室温条件下腐蚀3~5min。本发明具有如下优点：操作简单、方便，设备简易，生产成本低廉、对基体不产生过腐蚀，工作效率提高5倍以上，且发明中的氢含量、表面腐蚀形貌、钛离子尝试等性能指标均达到相关技术标准文件的要求，所提供的方法生产出的零件尺寸精度和表面光度符合设计图纸要求，合格率达100%，本发明应用前景广阔，可推广至其它型号发动机上使用。化学法是一种去除精密钛合金零件重熔层的方法。
Description
技术领域
本发明涉及表面工程技术，具体是一种利用化学法去除精密钛合金零件表面重熔层的技术。
背景技术
钛合金材料零件具有密度小、强度高、耐腐蚀等优点，随着飞机发动机的不断更新换代，钛合金材料在发动机上应用也越来越广泛。由于钛合金材料导热性差，因此在零件进行“线切割”加工过程中，因零件“走丝”时瞬间高温，导致在表面形成一层致密的高温氧化层——重熔层，该重熔层的厚度一般在0.005~0.015mm之间，零件需去除重熔层部位的公差仅为0.012mm。重熔层膜层致密、硬度高，长时间工作状态下会在零件表面产生裂纹，降低零件抗疲劳性能，从而影响零件使用寿命。
目前国内主要采用钳工打磨的方法来去除生产过程中产生的重熔层。采用该方法去除重熔层既费时又费工具，而且劳动强度大，工作效率低，某些不易打磨的位置还易出现残余的重熔层，导致产品的质量无法保证，零件的报废率达30%以上，这使得确定“重熔层清除工艺及加工流程”成了滞约生产的技术瓶颈难题。因此，研究一种新型的适用于精密钛合金零件除重熔层的方法是势在必行。
发明内容
本发明目的是提供一种去除重熔层的方法，具体是一种去除精密钛合金零件表面的重熔层的方法。
本发明提供一种精密钛合金零件除重熔层的方法，其特征在于：采用化学法去除精密钛合金零件表面的重熔层，化学法的槽液配方为50~75g/L HF、60~75g/L Fe(NO3)3、0.1~0.5g/L C12H25·C6H4SO3H、5~15g/L尿素和6~10g/L钛，室温条件下腐蚀3~5min。
本发明提供的精密钛合金零件除重熔层的方法，其精密钛合金零件为公差≤0.012mm的高精度零件。
本发明提供的精密钛合金零件除重熔层的方法，其精密钛合金材料为TC4、TC6、TA15等。
本发明的反应机理为：
氢氟酸对钛合金来说，它是超过其它任何酸的强腐蚀剂。在室温的氢氟酸溶液中，钛就能被腐蚀，随着酸浓度增加，腐蚀速度会明显增大，其反应如下：
2Ti+6HF=2TiF3+3H2↑
硝酸铁是一种氧化剂，是溶液内Fe3+的来源。它离解产生的NO3-，与H+结合生成硝酸，并和钛反应：
3Ti+ 10HNO3=3TiO(NO3)2+5H2O+4NO↑
反应不放出氢气，而是一氧化氮。这是因为硝酸的强烈氧化，使氢气随即被氧化成水的缘故。反应在金属表面生成不溶于硝酸TiO(NO3)2保护膜，使反应停止，发生钝化。同时，硝酸能提高零件表面的光洁度。在有硝酸存在的情况下，钛与氢氟酸反应生成4价钛离子：
Ti+4HF=TiF4+2H2↑
此时的氢气随即被硝酸所氧化，生成水，从而减少了氢增量：
3H2+ 2HNO3= 4H2O+2NO↑
钛与硝酸反应生成的钝化膜TiO(NO3)2使反应速度降低，该膜可被氢氟酸溶解：
TiO(NO3)2+4HF=4TiF4+ 2HNO3+H2O
钝化膜溶解后，钛基体又被暴露于酸中，化学反应不断进行下去。钛在氢氟酸、硝酸混酸中的总反应式为
3Ti+12HF+4HNO3=3TiF4+8H2O+4NO↑
十二烷基苯磺酸钠C12H25·C6H4SO3H即是一种缓蚀剂，也是一种润湿剂。
尿素能与反应生成的NO反应，以排除NO。
钛为了保护合理的腐蚀速率，需要加入一定量的钛来老化新配制的溶液。钛的溶解会放出大量的热，所以在溶解废钛屑来老化新配制的溶液时需要十分谨慎；必须少量地加入到冷的腐蚀液中去。而且腐蚀液的温度不能超过55℃，否则将产生过多的氮的氧化物的现象，从而降低槽液中硝酸的极限浓度。
本发明就是通过化学法除掉钛合金零件在进行机械加工时产生“重熔层”，除重熔层操作简单、设备简易，生产成本低廉、对基体不产生过腐蚀，氢含量、表面腐蚀形貌、钛离子尝试等性能指标均达到相关技术标准文件的要求。去除重熔层的腐蚀速度易控制，一般控制在（4~5）μm/min，具有可操作性，每批控制装槽量30件/槽。腐蚀过程中每间隔1min抖动一次零件，并进行抽检，随着时间的延长，要加快测量的频率，每10~15s检查一次，如合格，立即出槽。首槽除重熔层时间总和即为该批零件除重熔层时间。生产前、后均要通过“塞尺”等测具对零件100%进行检查，以初步确定零件腐蚀时间。通端过，止端不过即为合格，到目前为止生产的零件均100%合格发出。该项目应用前景广阔，目前已经推广至其它型号发动机上使用。
本发明提供一种精密钛合金零件除重熔层的方法，其优点为：
（1）本发明操作简单、方便，设备简易，生产成本低廉、对基体不产生过腐蚀，工作效率提高5倍以上。
（2）本发明中的氢含量、表面腐蚀形貌、钛离子尝试等性能指标均达到相关技术标准文件的要求。
（3）本发明所提供的方法生产出的零件尺寸精度和表面光度符合设计图纸要求，合格率达100%。
（4）本发明应用前景广阔，可推广至其它型号发动机上使用。
附图说明
图1 为孔截面重熔层厚度图片（500×）。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明给予进一步的说明，当然，本发明不仅限于下述的实施例。
实施例 1
采用φ0.2铜丝，慢走丝，加工1刀，机加预留尺寸控制在0.015~0.02mm之间，且不同设备加工的零件要分组，确保孔内公差在0.012mm范围以内的线切割工艺对精密钛合金TC4材料零件进行处理，对其表面进行清理后，在表面涂一层绝缘保护层，在线切割的过程中，会在精密钛合金零件表面形成一层重熔层，为了满足生产要求，采用化学法对重熔层进行腐蚀，化学法槽液配方为：50g/L HF，60g/L Fe(NO3)3，0.1g/L C12H25·C6H4SO3H，5g/L尿素，6g/L钛，室温下腐蚀3min。
随机抽取30件精密钛合金零件，用高压水枪对其表面进行清理，测量其尺寸，吹干后，用振动光饰法对零件表面残余重熔层进行清理，最后检查零件的外观和通过三坐标测量中心投影检查精密尺寸，检测结果如下：
外观：呈金属光泽，无残留重熔层。
表面形貌：无过腐蚀
表面光度：Ra 1.6
精密尺寸公差：≤0.012mm
氢增量：3ppm
按本发明加工的30个零件100%合格发出。
实施例 2
采用φ0.2铜丝，慢走丝，加工1刀，机加预留尺寸控制在0.015~0.02mm之间，且不同设备加工的零件要分组，确保孔内公差在0.012mm范围以内的线切割工艺对精密钛合金TC6零件进行处理，对其表面进行清理后，在表面涂一层绝缘保护层，在线切割的过程中，会在精密钛合金零件表面形成一层重熔层，为了满足生产要求，采用化学法对重熔层进行腐蚀，化学法槽液配方为：75g/L HF，75g/L Fe(NO3)3，0.5g/L C12H25·C6H4SO3H，15g/L尿素，10g/L钛，室温条件下腐蚀5min。
随机抽取30件精密钛合金零件，用高压水枪对其表面进行清理，测量其尺寸，吹干后，用振动光饰法对零件表面残余重熔层进行清理，最后检查零件的外观和通过三坐标测量中心投影检查精密尺寸，检测结果如下：
外观：呈金属光泽，无残留重熔层。
表面形貌：无过腐蚀
表面光度：Ra 1.6
精密尺寸公差：≤0.012mm
氢增量：8ppm
按本发明加工的30个零件100%合格发出。
实施例 3
采用φ0.2铜丝，慢走丝，加工1刀，机加预留尺寸控制在0.015~0.02mm之间，且不同设备加工的零件要分组，确保孔内公差在0.012mm范围以内的线切割工艺对精密钛合金TA15零件进行处理，对其表面进行清理后，在表面涂一层绝缘保护层，在线切割的过程中，会在精密钛合金零件表面形成一层重熔层，为了满足生产要求，采用化学法对重熔层进行腐蚀，化学法槽液配方为：60g/L HF，68g/L Fe(NO3)3，0.25g/L C12H25·C6H4SO3H，10g/L尿素，8g/L钛，室温条件下腐蚀4min。
随机抽取30件精密钛合金零件，用高压水枪对其表面进行清理，测量其尺寸，吹干后，用振动光饰法对零件表面残余重熔层进行清理，最后检查零件的外观和通过三坐标测量中心投影检查精密尺寸，检测结果如下：
外观：呈金属光泽，无残留重熔层。
表面形貌：无过腐蚀
表面光度：Ra 1.6
精密尺寸公差：≤0.012mm
氢增量：5ppm
按本发明加工的30个零件100%合格发出。
对比例1
采用φ0.2铜丝，慢走丝，加工1刀，机加预留尺寸控制在0.015~0.02mm之间，且不同设备加工的零件要分组，确保孔内公差在0.012mm范围以内的线切割工艺对精密钛合金TC4零件进行处理，对其表面进行清理后，在表面涂一层绝缘保护层，在线切割的过程中，会在精密钛合金零件表面形成一层重熔层，为了满足生产要求，采用化学法对重熔层进行腐蚀，化学法槽液配方为：85g/L HF，50g/L Fe(NO3)3，0.05g/L C12H25·C6H4SO3H，4g/L尿素，5g/L钛，室温下腐蚀3min。
随机抽取30件精密钛合金零件，用高压水枪对其表面进行清理，测量其尺寸，吹干后，用振动光饰法对零件表面残余重熔层进行清理，最后检查零件的外观和通过三坐标测量中心投影检查精密尺寸，检测结果如下：
外观：呈金属光泽，无残留重熔层。
表面形貌：轻微过腐蚀
表面光度：Ra 1.6
精密尺寸公差： 0.015mm（超差）
氢增量：3ppm
分析为槽反应速度过快，针对精密钛合金零件无法控制。
对比例2
采用φ0.2铜丝，慢走丝，加工1刀，机加预留尺寸控制在0.015~0.02mm之间，且不同设备加工的零件要分组，确保孔内公差在0.012mm范围以内的线切割工艺对精密钛合金TC6零件进行处理，对其表面进行清理后，在表面涂一层绝缘保护层，在线切割的过程中，会在精密钛合金零件表面形成一层重熔层，为了满足生产要求，采用化学法对重熔层进行腐蚀，化学法槽液配方为：40g/L HF，85g/L Fe(NO3)3，0.6g/L C12H25·C6H4SO3H，10g/L尿素，6g/L钛，室温下腐蚀3min。
随机抽取30件精密钛合金零件，用高压水枪对其表面进行清理，测量其尺寸，吹干后，用振动光饰法对零件表面残余重熔层进行清理，最后检查零件的外观和通过三坐标测量中心投影检查精密尺寸，检测结果如下：
外观：有大量残留重熔层。
表面形貌：无过腐蚀
表面光度：Ra 1.6
精密尺寸公差： ≤0.012mm
氢增量：10ppm
分析为槽液反应速度过缓，导致钛合金零件腐蚀时间过长，增加氢增量。
对比例3
采用φ0.2铜丝，慢走丝，加工1刀，机加预留尺寸控制在0.015~0.02mm之间，且不同设备加工的零件要分组，确保孔内公差在0.012mm范围以内的线切割工艺对精密钛合金TC4零件进行处理，对其表面进行清理后，在表面涂一层绝缘保护层，在线切割的过程中，会在精密钛合金零件表面形成一层重熔层，为了满足生产要求，采用化学法对重熔层进行腐蚀，化学法槽液配方为：40g/L HF，85g/L Fe(NO3)3，6g/L钛，室温下腐蚀3min。
随机抽取30件精密钛合金零件，用高压水枪对其表面进行清理，测量其尺寸，吹干后，用振动光饰法对零件表面残余重熔层进行清理，最后检查零件的外观和通过三坐标测量中心投影检查精密尺寸，检测结果如下：
外观： 无残留重熔层
表面形貌：局部有少量腐蚀坑。
表面光度：Ra 1.6
精密尺寸公差： ≤0.012mm
氢增量：6ppm
分析为槽液中未加入缓蚀剂，槽液腐蚀性强造成。
Claims (2)
1.一种精密钛合金零件除重熔层的方法，其特征在于：采用化学法去除精密钛合金零件表面的重熔层，化学法的槽液配方为50～60g/L HF、60～75g/LFe(NO3)3、0.1～0.5g/L C12H25·C6H4SO3H、5～15g/L尿素和6～10g/L钛，室温条件下腐蚀3～5min；所述精密钛合金零件为公差≤0.012mm的高精度零件。
2.按照权利要求1所述的精密钛合金零件除重熔层的方法，其特征在于：所述精密钛合金材料为TC4、TC6和TA15。
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