CN105483814A - 剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光液及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光液及抛光方法，所述电解抛光液以体积百分比为100％计，包含以下各组成成分：磷酸25～30％、乙醇40～45％、乙二醇30～35％；所述电解抛光液以1L计，还包括1-5g的柠檬酸。本发明的电解抛光液，能够得到准确、稳定的残余应力检测结果，同时使用该种电解抛光液抛光工艺操作简单、抛光效果稳定，且原料来源广泛、配制简单、成本低廉；本发明还公开了一种操作简单，可实现稀土镁合金的逐层抛光，处理速度快且效果稳定的用于剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光方法。

Description

剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光液及抛光方法

技术领域

本发明涉及镁合金表面处理技术领域，具体的，涉及一种剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光液及抛光方法。

背景技术

镁合金是目前比重最轻的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度和良好的磁屏蔽性、阻尼性等优点，且储量丰富，在地壳表层金属矿的资源含量为2.3％，位居常用金属的第4位，是一种在汽车和航空航天等领域具有广阔应用前景的结构材料。特别地，大量采用镁合金制造航空航天设备零部件将是未来航空航天事业发展的重要方向，可达到最大的减重效果。不过，这类零部件对疲劳性能有较高的要求，为进一步提高其疲劳强度，生产中广泛采用了喷丸、滚压等表面强化工艺，有目的地在材料表层引入残余压应力。

对残余应力进行定量表征是材料和机械工程发展的一个重要方面。目前没有直接的方法可以准确测量残余应力大小。典型的测量残余应力的方法有四种：X射线衍射法；中子衍射法；钻孔法；压痕法。目前最常用的是X射线衍射法。X射线衍射测量残余内应力的基本原理是根据布拉格方程2dsinθ＝nλ，测量衍射线位移作为原始数据，所测得的结果实际上是残余应变，而残余应力是通过虎克定律由残余应变计算得到的。不过，X射线的穿透深度较小，只能测量材料表面的残余应力，如果需要测量材料内部的残余应力，或者测量应力梯度，需要采用剥层法。即对样品逐层剥离，测量每层表面的应力。因此，在测量残余应力之前，需要对试样进行电解抛光。另外，镁合金与钢和铝等合金的残余应力产生规律相似，但镁合金具有密排六方的晶体结构，且加工过程中易产生各向异性，因此，应用于钢和铝等合金的电解抛光液不适用于镁合金。

现在国内使用的镁合金残余应力检测前处理电解抛光液为国外进口的AC-2商业抛光液，售价5000元/升，现该产品国外已全面停产，国内没有类似产品生产、出售。目前，国内研究人员主要采用自己配制电解抛光液的方法对镁合金进行残余应力检测前的处理，但多处于探索阶段，由于相关产品的成分不确定、比例不确定，故效果不稳定。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的之一是提供一种用于剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光液，该电解抛光液来源广泛，配制简单、成本低廉；本发明的目的之二是提供了一种用于剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光方法，综合使用机械搅拌和超声波仪器可快速清洗掉试样表面已溶解的镁合金，逐层抛光效率高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种用于剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光液，所述电解抛光液以体积百分比为100％计，包含以下各组成成分：磷酸25～30％、乙醇40～45％、乙二醇30～35％；所述电解抛光液以1L计，还包括1-5g的柠檬酸。其中磷酸的作用是在抛光过程中溶解镁合金表面，并在表面形成磷酸盐保护膜，阻止镁合金表面过腐蚀，乙醇则能够适当降低溶液的黏度，增加溶液的导电性；稀土镁合金的耐蚀性一般相对没有添加稀土的镁合金的耐蚀性高，乙二醇加入能够一定程度上溶解镁合金表面，减少抛光时间，提高效率，而且乙二醇比乙醇稳定，不易挥发，燃点较高，在抛光过程中释放较少的热量；柠檬酸的作用是控制镁合金表面的点蚀程度。磷酸的黏度较大，生成的磷酸盐也有很大的粘滞性，含量低，腐蚀速度快，不易控制；含量过高，黏度越大，抛光速度慢。乙醇的加入起到使黏度减小的作用，提高导电性，使操作容易进行。乙二醇的溶度过高，腐蚀速率越快，不易控制腐蚀速度。柠檬酸含量过低可能会出现麻点，含量过高会出现过腐蚀现象。综合以上因素考虑及实验结果，配置1L电解抛光液，可采用磷酸250～300ml、乙醇400～450ml、乙二醇300～350ml、柠檬酸1-5g进行配比而得。

优选地，所述电解抛光液以1L计，包含以下各组成成分：磷酸280ml、乙醇420ml、乙二醇300ml、柠檬酸3g。

本发明还提供了一种剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光方法，包括以下步骤：

1)以镁合金试样为阳极，与恒流稳压电源正极相连，并浸入盛有前述电解抛光液的电解容器中；

2)以不锈钢片为阴极，并与恒流稳压电源负极相连，在步骤1)所述电解抛光液中进行电解抛光，即得。

优选地，所述抛光液温度在5℃至25℃之间。

优选地，步骤2)中，所述电解抛光时间为150～300s，抛光电压为15～20V，抛光电流为1～1.5A。

实验结果表明当温度低于5℃时，镁合金表面溶解速度较慢，抛光效率较低，当温度高于25℃时，溶解过快，腐蚀程度过大，且溶液水分蒸发快，抛光失重大，抛光液组成不稳定，不易控制腐蚀速度。在一定范围内，镁合金表面的光亮程度与抛光时间成正比，然而抛光时间过长，则出现过腐蚀，经实验，在所选抛光液下，抛光效果较好的时间范围为150～300s，优选电压为15～20V，电流为1～1.5A。

更优选地，所述电解抛光时间为280s，抛光电压为18v，抛光电流为1.2A。

优选地，步骤2)中，所述电解抛光在搅拌条件下进行。

更优选地，所述搅拌采用机械搅拌器和超声波进行搅拌。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.本发明的电解抛光液，有利于得到准确可靠的残余应力检测结果，同时该种电解抛光液抛光工艺操作简单，抛光效果稳定；

2.本发明的电解抛光液与现有产品相比，具有原料来源广泛、配制简单、成本低廉的优点；

3.本发明的电解抛光工艺操作简单，可实现镁合金的逐层抛光，处理速度快且效果稳定。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并在一定程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为电解抛光方法操作示意图；

其中：1-加热开关；2-定时开关；3-超声波仪器；4-水；5-抛光液；6-温度计；7-恒流稳压电源；8-搅拌器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明所采用的电解抛光方法操作如图1所示，其中包括：加热开关1；定时开关2；超声波仪器3；水4；抛光液5；温度计6；恒流稳压电源7；搅拌器8。

实施例1

本实施例用本发明的抛光液和抛光工艺对挤压成形的NZ30K镁合金进行处理，所述电解抛光方法包括以下步骤：

1)以镁合金试样为阳极，与恒流稳压电源正极相连并浸入盛有电解抛光液的电解容器中；

2)以不锈钢片为阴极，并与恒流稳压电源负极相连，在步骤1)所述电解抛光液中进行电解抛光，即得。

电解液配置，以1L计：磷酸250ml、乙醇400ml、乙二醇350ml、柠檬酸1g；

抛光工艺参数：电解液温度为5℃至25℃，电压为15V，电流为1A，时间为150s。

实施例2

本实施例用本发明的抛光液和抛光工艺对挤压成形GW103K镁合金进行抛光，所述抛光方法与实施例1相同，不同之处仅在于：

电解液配置，以1L计：磷酸300ml、乙醇400ml、乙二醇300ml、柠檬酸5g/L；

抛光工艺参数：电解液温度为5℃至25℃，电压为20V，电流为1.5A，时间为300s。

实施例3

本实施例用本发明的抛光液和抛光工艺对挤压成形GWZ930镁合金进行抛光，所述抛光方法与实施例1相同，不同之处仅在于：

电解液配置，以1L计：磷酸280ml、乙醇420ml、乙二醇300ml、柠檬酸3g；

抛光工艺参数：电解液温度为5℃至25℃，电压为18V，电流为1.2A,时间为280s。

该恒流稳压电源的操作电压范围为0-50v，操作电压的范围为0.01～3A，在抛光过程中，镁合金试样中的镁失去电子，促使镁阳极发生电解反应而溶解，随着电解时间增加，电解层不断增加，试样表面呈银亮色。第一次抛光后，用X射线测得此时的应力值，进行第二次抛光，然后测得第二次剥层后的应力值。以此类推，直至测得数据比较稳定，得到一个稳定值。通过实验，以上实施例均能得到表面光洁的稀土镁合金，实现试样逐层抛光并利用X射线衍射测得残余应力，最终得到较为稳定的残余应力值。此外，在试样抛光之前利用同步辐射对残余应力进行测量。

实施例1-3X射线衍射测得的残余应力值约为同步辐射测得的85％-93％，其中实施例1为87％，实施例2为85％,实施例3为93％，说明实施例所得的残余应力值的准确和可靠。另外，在抛光过程中分别单独使用机械搅拌和综合使用机械搅拌、超声波搅拌作比较，结果表明综合使用机械搅拌和超声波搅拌，能够更快的实现逐层抛光，其原因主要是在抛光过程中，综合搅拌能够快速清洗掉试样表面已溶解的镁合金，从而提高了逐层抛光效率。

对比例1

用电解抛光液采用专利CN201010566667(用于镁合金织构检测前处理的电解抛光液及电解抛光工艺，公开日：2011.03.16)优选的抛光液和抛光工艺对挤压成形的GWZ930镁合金进行处理。

电解液：浓度为35％的硝酸酒精抛光液；

抛光工艺参数：电解液温度为-20℃～-40℃(将水换为液氮)，电压为21V，电流为0.3A，时间为45s。

对比例2

用专利CN201010566667优选的抛光液和本实施优选的抛光工艺对挤压成形GWZ930镁合金进行抛光。

电解液：浓度为35％的硝酸酒精抛光液

抛光工艺参数：电解液温度为5℃至25℃，电压为18V，电流为1.2A，时间为280s。

与实施例一样，对比例中，稀土镁合金在第一次抛光后，用X射线测得此时的应力值，进行第二次抛光，然后测得第二次剥层后的应力值。以此类推，直至测得数据比较稳定，得到一个稳定值。实验结果表明，对比例1中，较难获得较为光洁的稀土镁合金，表明粗糙度较大，只有通过反复多次抛光才能获得表面较为光洁的镁合金，抛光效率较低，难以实现逐层剥离稀土镁合金。而专利CN201010566667能迅速的得到表面光洁的镁合金试样可能是由于处理的是没有添加稀土的镁合金，耐蚀性较差，此外，抛光前试样的粗糙度不大。对比例2中，硝酸容易挥发，抛光液不稳定，抛光较难控制，需要经常更换抛光液，增加了成本。通过对比，可以发现本实施例所发明的电解抛光液和抛光工艺能够更好的用于测定稀土镁合金的残余应力。

对比例3

该对比例与实施例1的区别在于：所述电解液配置为：以1L计，磷酸200ml、乙醇400ml、乙二醇400ml、柠檬酸1g。

对比例4

该对比例与实施例1的区别在于：所述电解液配置为：以1L计，磷酸350ml、乙醇300ml、乙二醇350ml、柠檬酸1g。

对比例5

该对比例与实施例1的区别在于：所述电解液配置为：以1L计，磷酸250ml、乙醇500ml、乙二醇250ml、柠檬酸1g。

对比例6

该对比例与实施例1的区别在于：所述电解液配置为：以1L计，磷酸250ml、乙醇400ml、乙二醇350ml。

对比例3-6与实施例一样，稀土镁合金在第一次抛光后，用X射线测得此时的应力值，进行第二次抛光，然后测得第二次剥层后的应力值。以此类推，直至测得数据比较稳定，得到一个稳定值。实验结果表明，对比例3-6中残余应力值与同步辐射测量值的比例分别为79％，84％，80％和82％。通过实施例和对比例实验结果，表明电解抛光液优选范围为：电解抛光液以体积百分比为100％计，包含以下各组成成分：磷酸25～30％、乙醇40～45％、乙二醇30～35％；所述电解抛光液以1L计，还包括1-5g的柠檬酸。

综上所述，本发明的电解抛光液，有利于得到准确可靠的残余应力检测结果，同时该种电解抛光液抛光工艺操作简单，抛光效果稳定；本发明的电解抛光液与现有产品相比，具有原料来源广泛、配制简单、成本低廉的优点；本发明的电解抛光工艺操作简单，可实现镁合金的逐层抛光，处理速度快且效果稳定。

以上对本发明的具体实施例和对比例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光液，其特征在于，所述电解抛光液以体积百分比为100％计，包含以下各组成成分：磷酸25～30％、乙醇40～45％、乙二醇30～35％；所述电解抛光液以1L计，还包括1-5g的柠檬酸。

2.根据权利要求1所述的剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光液，其特征在于，所述电解抛光液以1L计，包含以下组成成分：磷酸280ml、乙醇420ml、乙二醇300ml、柠檬酸3g。

3.一种剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)以镁合金试样为阳极，与恒流稳压电源正极相连，并浸入盛有如权利要求1或2所述电解抛光液的电解容器中；

2)以不锈钢片为阴极，并与恒流稳压电源负极相连，在步骤1)所述电解抛光液中进行电解抛光，即得。

4.根据权利要求3所述的剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光方法，其特征在于，步骤2)中，所述抛光液温度在5℃至25℃之间。

5.根据权利要求3所述的剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光方法，其特征在于，步骤2)中，所述电解抛光时间为150～300s，抛光电压为15～20V，抛光电流为1～1.5A。

6.根据权利要求5所述的剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光方法，其特征在于，所述电解抛光时间为280s，抛光电压为18v，抛光电流为1.2A。

7.根据权利要求3所述的剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光方法，其特征在于，步骤2)中，所述电解抛光在搅拌条件下进行。

8.根据权利要求7所述的剥层法测量稀土镁合金残余应力的电解抛光方法，其特征在于，所述搅拌具体为采用机械搅拌器和超声波进行搅拌。