CN103103550A - 一种钛及钛合金表面处理方法 - Google Patents

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郭弘
程远超
陈北京
詹洋
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Abstract

本发明公开了一种钛及钛合金表面处理方法，属于合金材料加工技术领域。该法采用氢氧化钠与氢氧化钾熔融煎煮的方法对钛及钛合金进行表面处理，将熔融状态下的强碱氢氧化钾和相对氢氧化钾稍弱碱氢氧化钠进行复配，在熔融状态下对钛及钛合金表面的氧化皮进行处理，不仅能够完全清除包覆在钛及钛合金表面的氧化皮，同时不会对钛及钛合金材料产生影响，在该特定的碱性环境下钛及钛合金材料不熔于熔融碱液，而其表面的氧化皮熔于熔融碱液。本发明钛及钛合金的表面处理方法不但能够去除钛及钛合金产品表层的氧化皮，同时可以保证产品表面质量、尺寸和吸氢量符合行业要求，吸氢量不超过20ppm，且没有新的污染层产生，能较好替代传统的机械除垢法。

Description

一种钛及钛合金表面处理方法
技术领域
本发明涉及一种合金的表面处理方法，具体涉及一种钛及钛合金表面处理方法，属于合金材料加工技术领域。
背景技术
钛及钛合金具有重量轻、强度高、蚀性好和耐高温等优异性能，在各工业领域特别是航空、航天领域获得大量应用。钛合金一种活泼金属，其标准电位为-1.63V，主要由Ti元素组成，w(Ti)在80%以上，其他元素包括Al、V、Sn、Mo、Cr、Mn等，属于钛合金的固有微量元素。钛合金与氧的亲和力大，在常温下就能生成稳定而致密的Ti2O3和Ti2O2。
在热成型和热处理时，钛及钛合金具有很高的化学活性，分别在300℃、500℃、600℃下吸收氢、氧、氮。氧是钛及钛合金α相的稳定元素，如果氧元素融入金属表层达一定浓度，就能引起结晶相变为α相，在氧化皮下形成气体饱和的富氧α层。根据氧污染程度不同，在钛合金表面可分为四个区域：氧高度污染区、氧化膜区、氧高梯度扩散区、氧缓慢扩散区。由于氧化皮或富氧α层的最大特点是硬度高、塑性低、脆性大、缺口敏感性强等，导致钛合金产品受力时表面易开裂，所以钛合金制件不允许出现污染层。
传统的钛及钛合金表面处理方法采用机械除垢法，如喷砂、喷丸、蒸汽喷淋，目前常采用喷砂除垢法。但喷砂除垢法对砂子的质量、粒度、纯净度、铁元素含量均有严格要求，必须是无铁的硅砂，以保证钛及钛合金制品与砂砾之间不会产生交叉污染，砂砾需要选取合适的粒度，以使满足产品表面粗糙度的要求。除此之外，喷砂除垢法还存在如下缺陷，即可能引起钛及钛合金表面产生残余压应力从而导致产品出现局部变形，带来一定的质量隐患。因此，亟待一种合适的表面处理方法，以保证去除氧化皮同时不产生新的污染层，杜绝产品表面变形等质量隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛及钛合金表面处理方法，以克服现有技术处理产品的表面粗糙度大、易产生交叉污染的缺陷，在去除氧化皮的同时不产生新的污染层，防止产品经处理后表面出现变形的现象，从而杜绝质量隐患。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种钛及钛合金表面处理方法，包括如下步骤：
（1）准确称取以下质量百分含量的组分：40～50%的氢氧化钠、50～60%的氢氧化钾，混合均匀备用；
（2）将步骤（1）的混合物加热至240～260℃熔融，加入干燥的钛和/或钛合金部件，熔融煎煮10～30min即可。
优选的，所述步骤（1）中采用以下质量百分含量的组分：50%的氢氧化钠、50%的氢氧化钾。
优选的，所述步骤（2）中熔融煎煮的时间为20min。
本发明的有益效果：
本发明采用氢氧化钠与氢氧化钾熔融煎煮的方法对钛及钛合金进行表面处理，将熔融状态下的强碱氢氧化钾和相对氢氧化钾碱性稍弱的氢氧化钠进行复配，在熔融状态下对钛及钛合金表面的氧化皮进行处理，不仅能够完全清除包覆在钛及钛合金表面的氧化皮，同时不会对钛及钛合金材料产生影响，在该特定的碱性环境下钛及钛金属材料不熔于熔融碱液，而其表面的氧化皮熔于熔融碱液。
本发明采取240～260℃的熔融温度即能实现氢氧化钠与氢氧化钾之间的相互混熔，对表面处理的温度要求比较低，同时对钛及钛合金制件仅需处理10～30min，处理时间相对较短。在该特定的温度及时间条件下，钛及钛合金表面的氧化皮不仅得到了充分处理，也不会对材料自身产生任何不利影响，该方法能够保证材料的尺寸在处理前后差值≤-0.01mm。
因此，采用本发明方法不但能够去除钛及钛合金产品表层的氧化皮，同时可以保证产品表面质量、尺寸和吸氢量符合行业要求，不引起产品表面变形，且吸氢量不超过20ppm，没有新的污染层产生，能较好替代传统的机械除垢法。经熔融碱洗处理后的部件无需进行酸洗，且无需再进行机械除垢。
附图说明
图1为实施例1中材料的金相图；
图2为实施例2中材料的金相图；
图3为实施例3中材料的金相图；
图4为实施例4中材料的金相图；
图5为实施例5中材料的金相图；
图6为对比例1中材料的金相图；
图7为对比例2中材料的金相图；
图8为对比例3中材料的金相图；
图9为对比例4中材料的金相图；
图10为对比例5中材料的金相图；
图11为对比例6中材料的金相图；
图12为未处理Ti-6Al-V材料的金相图。
具体实施方式
下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
本实施例钛及钛合金表面处理方法，包括如下步骤：（1）准确称取以下质量百分含量的组分：40%的氢氧化钠、60%的氢氧化钾，混合均匀备用；（2）将步骤（1）的混合物加热至240℃熔融，加入干燥的Ti-6Al-V合金部件，熔融煎煮30min即可。表面处理结果详见下表1，处理后合金材料的金相图详见图1，未处理Ti-6Al-V材料的金相图详见图12，以检查钛及钛合金表面污染层的处理情况。
实施例2
本实施例钛及钛合金表面处理方法，包括如下步骤：（1）准确称取以下质量百分含量的组分：45%的氢氧化钠、55%的氢氧化钾，混合均匀备用；（2）将步骤（1）的混合物加热至250℃熔融，加入干燥的TC16合金部件，熔融煎煮20min即可。表面处理结果详见下表1，处理后合金材料的金相图详见图2。
实施例3
本实施例钛及钛合金表面处理方法，包括如下步骤：（1）准确称取以下质量百分含量的组分：50%的氢氧化钠、50%的氢氧化钾，混合均匀备用；（2）将步骤（1）的混合物加热至260℃熔融，加入干燥的TB8合金部件，熔融煎煮10min即可。表面处理结果详见下表1，处理后合金材料的金相图详见图3。
实施例4
本实施例钛及钛合金表面处理方法，包括如下步骤：（1）准确称取以下质量百分含量的组分：40%的氢氧化钠、60%的氢氧化钾，混合均匀备用；（2）将步骤（1）的混合物加热至240℃熔融，加入干燥的TA1部件，熔融煎煮30min即可。表面处理结果详见下表1，处理后材料的金相图详见图4。
实施例5
本实施例钛及钛合金表面处理方法，包括如下步骤：（1）准确称取以下质量百分含量的组分：50%的氢氧化钠、50%的氢氧化钾，混合均匀备用；（2）将步骤（1）的混合物加热至260℃熔融，加入干燥的TA2部件，熔融煎煮10min即可。表面处理结果详见下表1，处理后材料的金相图详见图5。
对比例1
本对比例采用高锰酸钾和氢氧化钠溶液处理钛合金表面氧化皮，具体方法为：将100g/L的氢氧化钠和50g/L的高锰酸钾溶液加热至75℃，加入Ti-6Al-V合金部件，加热2小时。表面处理结果详见下表1，处理后合金材料的金相图详见图6。
对比例2
本对比例采用高锰酸钾和氢氧化钠溶液处理钛合金表面氧化皮，具体方法为：将125g/L的氢氧化钠和55g/L的高锰酸钾溶液加热至80℃，加入TB8合金部件，加热3小时。表面处理结果详见下表1，处理后合金材料的金相图详见图7。
对比例3
本对比例采用高锰酸钾和氢氧化钠溶液处理钛合金表面氧化皮，具体方法为：将150g/L的氢氧化钠和60g/L的高锰酸钾溶液加热至85℃，加入TA1部件，加热3小时。表面处理结果详见下表1，处理后材料的金相图详见图8。
对比例4
本对比例采用亚硝酸钠和氢氧化钠溶液处理钛合金表面氧化皮，具体方法为：将500g/L的氢氧化钠和150g/L的亚硝酸钠溶液加热至130℃，加入Ti-6Al-V合金部件，加热2小时。表面处理结果详见下表1，处理后合金材料的金相图详见图9。
对比例5
本对比例采用亚硝酸钠和氢氧化钠溶液处理钛合金表面氧化皮，具体方法为：将600g/L的氢氧化钠和200g/L的亚硝酸钠溶液加热至140℃，加入TC16合金部件，加热3小时。表面处理结果详见下表1，处理后合金材料的金相图详见图10。
对比例6
本对比例采用亚硝酸钠和氢氧化钠溶液处理钛合金表面氧化皮，具体方法为：将700g/L的氢氧化钠和250g/L的亚硝酸钠溶液加热至145℃，加入TA2部件，加热3小时。表面处理结果详见下表1，处理后材料的金相图详见图11。
表1各处理组对钛及钛合金表面处理的结果
Figure BDA00002748134100051
由表1可知，采用本发明实施例1～5的方法对钛及钛合金进行表面处理后，产品的表面质量、尺寸及吸氢量均符合要求，且无污染层产生，而采用对比例1～6的方法处理的钛及钛合金，产品的表面质量仍不合格，不符合行业要求。

Claims (3)

1.一种钛及钛合金表面处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）准确称取以下质量百分含量的组分：40～50%的氢氧化钠、50～60%的氢氧化钾，混合均匀备用；
（2）将步骤（1）的混合物加热至240～260℃下熔融，加入干燥的钛和/或钛合金部件，熔融煎煮10～30min即可。
2.根据权利要求1所述的钛及钛合金表面处理方法，其特征在于：所述步骤（1）中采用以下质量百分含量的组分：50%的氢氧化钠、50%的氢氧化钾。
3.根据权利要求1或2所述的钛及钛合金表面处理方法，其特征在于：所述步骤（2）中熔融煎煮的时间为20min。
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CN111041501A (zh) * 2019-12-02 2020-04-21 河南航天精工制造有限公司 一种用于去除钛合金表面氧化物的混合碱、钛合金表面氧化物去除方法

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