CN103556151A

CN103556151A - 一种γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液及化铣方法

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Publication number: CN103556151A
Application number: CN201310598193.0A
Authority: CN
Inventors: 赵焕; 刘建国; 管勇; 赵丽娜; 李庆鹏; 严川伟
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN103556151B

Abstract

本发明涉及化学铣切加工领域，特别是一种γ-钛铝基金属间化合物材料的化学铣切溶液及化学铣切方法。化铣溶液成份为：氢氟酸3～20wt%，盐酸0～10wt%，硝酸8～30wt%，冰乙酸1～3wt%，缓蚀剂0.1～5g/L，钛离子0～100g/L，铝离子0～80g/L，其余为水。本发明采用氢氟酸、盐酸和冰乙酸作为腐蚀剂，硝酸作为氧化剂，并添加一定量的金属离子和缓蚀剂配制γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，温度在35～60℃时对材料进行化学铣切加工，化铣速率约为0.01～0.04mm/min。本发明提供的化铣溶液配方及化铣加工方法可实现γ-钛铝材料的化学铣切加工，化铣速率可控，处理后的零部件尺寸精度满足要求，表面粗糙度好，整个化铣过程操作简单，易于控制，生产效率高。

Description

一种γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液及化铣方法

技术领域

本发明涉及化学铣切加工领域，特别是一种γ-钛铝基金属间化合物材料的化学铣切溶液及化学铣切方法。

背景技术

钛铝金属间化合物材料是目前备受瞩目的一类轻质高温材料。γ-钛铝基合金的密度为3.7～3.9g/cm³，不到镍基高温合金的一半，高温性能、抗蠕变性与镍基高温合金接近，最高使用温度可达到950℃，可以填补钛合金和镍基高温合金的使用空白，一定温度范围内替代密度较大的镍基高温合金，有效实现零部件的减重，可用于航空航天、汽车等行业的耐高温零部件或者超高速飞行器的壳体等，被认为是最有应用潜力的新一代轻质耐高温结构材料。2007年，美国波音公司宣布，787民用客机使用GE公司的发动机中后两级叶片使用钛铝合金，减轻发动机质量363kg，这是钛铝合金在航空航天领域上的重大应用，也推动了全球钛铝基合金的应用研究热潮。

γ-钛铝具有正方点阵结构，在任何温度下都呈有序结构，因此室温塑性极低，硬度较高，具有本征脆性的钛铝基金属间化合物能否作为高温结构材料得到大范围应用，其强韧化改性是基础，先进的成形加工技术也是需要解决的关键问题之一，目前钛铝金属间化合物多采用铸造成型，化学铣切加工在上述工序后的小余量去除上有着不可取代的优势。

化学铣切也叫腐蚀加工，是利用酸、碱、盐等化学溶液对金属产生化学反应，使金属溶解，改变工件尺寸和形状（或表面性能）的一种加工方法。目前，钛合金和铝合金的化铣加工已经成为航空航天零部件成形的可靠加工方法，有关钛铝金属间化合物的化学铣切加工还未见报道。钛铝金属间化合物有2～3种主要组成元素。材料的组织结构和腐蚀性能均与钛合金和铝合金有很大不同，传统的钛合金或铝合金化铣工艺不能适用于γ-钛铝基金属间化合物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种γ-钛铝基金属间化合物材料的化学铣切溶液及化学铣切方法，替代机械加工用于调节零部件的余量，生产效率高，成品率高，且工艺设备简单，易于操作和控制。

本发明的技术方案是：

一种γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，化铣溶液成份为：氢氟酸3～20wt%，盐酸0～10wt%，硝酸8～30wt%，冰乙酸1～3wt%，缓蚀剂0.1～5g/L，钛离子0～100g/L，铝离子0～80g/L，其余为水。

所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，化铣溶液成份优选为：氢氟酸8～14wt%，盐酸5～8wt%，硝酸18～25wt%，冰乙酸1～3wt%，缓蚀剂1～3g/L，钛离子20～50g/L，铝离子20～50g/L，其余为水。

所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，缓蚀剂为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、偏磷酸钠、多聚磷酸钠、重铬酸钠、吐温、直链烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸盐、硫脲、二苯硫脲、尿素、糠醛、肉桂醛、丁炔二醇、溴代十六烷基吡啶、2-苯基吡啶、聚乙二醇辛基苯基醚、亚甲基四胺、六氟磷酸铵中的一种或两种以上。

所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，钛离子以金属钛、钛合金或钛铝金属间化合物的粉末或者颗粒形式加入。

所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，铝离子以金属铝、铝合金或钛铝金属间化合物的粉末或者颗粒形式加入。

所述化铣溶液的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，包含以下步骤：

(1)将需要进行化铣加工的γ-钛铝基金属间化合物材料去除表面灰尘和油污；

(2)将洗净的零部件浸没化铣溶液中，在35～60℃下进行化铣加工，达到要求尺寸后马上将零部件取出，用40～50℃温水清洗去除表面残留化铣溶液；

(3)将化铣后的零部件浸没在除灰溶液中3～10min进行除灰处理；

(4)除灰结束的零部件用40～50℃温水清洗去除表面残留除灰溶液，再用70～80℃的热水清洗干净并吹干。

所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，步骤(1)中，用清水洗去表面灰尘，用乙醇或丙酮洗去表面油污，再用清水清洗干净并吹干。

所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，步骤(2)中，化铣速率为0.01～0.04mm/min。

所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，步骤(3)中，除灰溶液成份为质量分数20%～50%的硝酸溶液。

所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，按原子百分比计，γ-钛铝基金属间化合物的成份为：Ti-(45～50)%Al-(1～12)%M，M为V、Cr、Mn、Nb、Ta、W、Mo合金元素中的一种或两种以上。

本发明的优点和有益效果是：

1、本发明γ-钛铝金属间化合物材料硬度高且室温脆性大，加工性能不好，难于加工也是制约其大规模应用的障碍之一。用化学铣切的方法进行零部件的后期加工和余量调整，具有生产效率高、成品率高等优点。

2、本发明γ-钛铝金属间化合物材料含有2～3种主要组成元素，各组成元素的腐蚀性能差别很大，不易实现各元素的均匀腐蚀获得没有缺陷的表面。本发明提供的化铣溶液用于γ-钛铝材料的化铣加工，可有效控制腐蚀速率，获得较好的产品表面，化铣后产品没有坑洞、脊梁、晶间腐蚀等缺陷，零部件精度满足要求。

总之，本发明采用氢氟酸、盐酸和冰乙酸作为腐蚀剂，硝酸作为氧化剂，并添加一定量的金属离子和缓蚀剂配制γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，温度在35～60℃时对材料进行化学铣切加工，化铣速率约为0.01～0.04mm/min。本发明提供的化铣溶液配方及化铣加工方法可实现γ-钛铝材料的化学铣切加工，化铣速率可控，处理后的零部件尺寸精度满足要求，表面粗糙度好，整个化铣过程操作简单，易于控制，生产效率高。

具体实施方式

本发明中，除特别指明，涉及的百分数是指质量百分比。γ-钛铝基金属间化合物的成份为（原子比）：Ti-(45～50)%Al-(1～12)%M，M为V、Cr、Mn、Nb、Ta、W、Mo等合金元素中的一种或两种以上。

本发明适用于γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，包含以下步骤：

所述化铣溶液成份为：氢氟酸3～20wt%，盐酸0～10wt%，硝酸8～30wt%，冰乙酸1～3wt%，缓蚀剂0.1～5g/L，钛离子0～100g/L，铝离子0～80g/L。

所述缓蚀剂为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、偏磷酸钠、多聚磷酸钠、重铬酸钠、吐温、直链烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸盐、硫脲、二苯硫脲、尿素、糠醛、肉桂醛、丁炔二醇、溴代十六烷基吡啶、2-苯基吡啶、聚乙二醇辛基苯基醚、亚甲基四胺、六氟磷酸铵中的一种或两种以上。

所述钛离子以金属钛、钛合金或钛铝金属间化合物的粉末或者颗粒形式加入。

所述铝离子以金属铝、铝合金或钛铝金属间化合物的粉末或者颗粒形式加入。

所述除灰溶液成份为质量分数20%～50%的硝酸溶液。

步骤(1)中，用清水洗去表面灰尘，用乙醇或丙酮洗去表面油污，再用清水清洗干净并吹干。

步骤(2)中，化铣速率为0.01～0.04mm/min。

下面通过实施例进一步详述本发明。

实施例1

化铣溶液成份为：氢氟酸3wt%，硝酸12wt%，盐酸8wt%，冰乙酸3wt%，溴代十六烷基吡啶0.1wt%，糠醛0.1wt%，亚甲基四胺0.5wt%，其余为水。将上述物质均匀混合，配制化铣溶液。

用丙酮浸泡γ-钛铝零部件，放在超声中清洗十分钟去除表面油污，之后用40～50℃温水清洗去除丙酮并吹干，洗净的零部件浸没在35℃的化铣溶液中10min，将零部件取出，用40～50℃温水清洗去除表面残留化铣溶液，将化铣后的零部件浸没在浓度为25wt%的硝酸溶液中5min进行除灰处理，之后用40～50℃温水清洗表面残留的除灰溶液，再用70～80℃的热水清洗干净并吹干。

化铣速率0.010mm/min，化铣后产品没有坑洞、脊梁、晶间腐蚀等缺陷。

实施例2

化铣溶液成份为：氢氟酸8wt%，硝酸15wt%，盐酸8wt%，冰乙酸2wt%，2-苯基吡啶0.15wt%，糠醛0.3wt%，亚甲基四胺0.5wt%，其余为水。将上述物质均匀混合，配制化铣溶液。

用丙酮浸泡γ-钛铝零部件，放在超声中清洗十分钟去除表面油污，之后用40～50℃温水清洗去除丙酮并吹干，洗净的零部件浸没在55℃的化铣溶液中10min，将零部件取出，用40～50℃温水清洗去除表面残留化铣溶液，将化铣后的零部件浸没在浓度为25wt%的硝酸溶液中5min进行除灰处理，之后用40～50℃温水清洗表面残留的除灰溶液，再用70～80℃的热水清洗干净并吹干。

化铣速率0.023mm/min，化铣后产品没有坑洞、脊梁、晶间腐蚀等缺陷。

实施例3

化铣溶液成份为：氢氟酸8wt%，硝酸15wt%，盐酸3wt%，冰乙酸2wt%，多聚磷酸钠0.6wt%，硫脲1.2wt%，钛铝金属间化合物颗粒30g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，配制化铣溶液。其中，钛铝基金属间化合物的成份为（原子比）：Ti-48Al-2Nb-2Cr。

化铣速率0.015mm/min，化铣后产品没有坑洞、脊梁、晶间腐蚀等缺陷。

实施例4

化铣溶液成份为：氢氟酸15wt%，硝酸26wt%，冰乙酸3wt%，尿素2g/L，十二烷基苯磺酸钠1g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，配制化铣溶液。

化铣速率0.029mm/min，化铣后产品没有坑洞、脊梁、晶间腐蚀等缺陷，表面粗糙度稍差。

实施例5

化铣溶液成份为：氢氟酸15wt%，硝酸26wt%，冰乙酸3wt%，磷酸二氢钠2g/L，尿素2g/L，十二烷基硫酸钠2g/L，金属钛粉15g/L，金属铝粉15g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，配制化铣溶液。

化铣速率0.039mm/min，化铣后产品没有坑洞、脊梁、晶间腐蚀等缺陷，表面粗糙度较实施例4好。

实施例6

化铣溶液成份为：氢氟酸18wt%，硝酸28wt%，冰乙酸2wt%，尿素3g/L，十二烷基苯磺酸钠2g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，配制化铣溶液。

化铣速率0.028mm/min，化铣后产品没有坑洞、脊梁、晶间腐蚀等缺陷。

实施例7

化铣溶液成份为：氢氟酸18wt%，硝酸28wt%，冰乙酸3wt%，尿素4g/L，六氟磷酸铵1g/L，将上述物质均匀混合，钛铝金属间化合物颗粒20g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，配制化铣溶液。其中，钛铝基金属间化合物的成份为（原子比）：Ti-48Al-2Nb-2Cr。

化铣速率0.038mm/min，化铣后产品没有坑洞、脊梁、晶间腐蚀等缺陷。

实施例8

化铣溶液成份为：氢氟酸18wt%，硝酸28wt%，盐酸10wt%，冰乙酸2wt%，尿素2g/L，溴代十六烷基吡啶0.5wt%，聚乙二醇辛基苯基醚0.8g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，配制化铣溶液。

化铣速率0.040mm/min，化铣后产品没有坑洞、脊梁、晶间腐蚀等缺陷。

实施例结果表明，本发明提供的化铣溶液配方和化铣方法可以实现对γ-钛铝金属间化合物材料的化学铣切加工，具有化铣速率可控、生产效率高、成品率高、工艺简单、表面状况好等优点。

Claims

1.一种γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，其特征在于，化铣溶液成份为：氢氟酸3～20wt%，盐酸0～10wt%，硝酸8～30wt%，冰乙酸1～3wt%，缓蚀剂0.1～5g/L，钛离子0～100g/L，铝离子0～80g/L，其余为水。

2.按照权利要求1所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，其特征在于，缓蚀剂为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、偏磷酸钠、多聚磷酸钠、重铬酸钠、吐温、直链烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸盐、硫脲、二苯硫脲、尿素、糠醛、肉桂醛、丁炔二醇、溴代十六烷基吡啶、2-苯基吡啶、聚乙二醇辛基苯基醚、亚甲基四胺、六氟磷酸铵中的一种或两种以上。

3.按照权利要求1所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，其特征在于，钛离子以金属钛、钛合金或钛铝金属间化合物的粉末或者颗粒形式加入。

4.按照权利要求1所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣溶液，其特征在于，铝离子以金属铝、铝合金或钛铝金属间化合物的粉末或者颗粒形式加入。

5.一种利用权利要求1所述化铣溶液的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，其特征在于，包含以下步骤：

6.按照权利要求5所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，其特征在于，步骤(1)中，用清水洗去表面灰尘，用乙醇或丙酮洗去表面油污，再用清水清洗干净并吹干。

7.按照权利要求5所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，其特征在于，步骤(2)中，化铣速率为0.01～0.04mm/min。

8.按照权利要求5所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，其特征在于，步骤(3)中，除灰溶液成份为质量分数20%～50%的硝酸溶液。

9.按照权利要求5所述的γ-钛铝基金属间化合物的化铣方法，其特征在于，按原子百分比计，γ-钛铝基金属间化合物的成份为：Ti-(45～50)%Al-(1～12)%M，M为V、Cr、Mn、Nb、Ta、W、Mo合金元素中的一种或两种以上。