CN105755471B - 一种钛-钢复合材料的金相腐蚀剂及腐蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛‑钢复合材料金相腐蚀剂及腐蚀方法，主要针对钛‑钢层状复合材料的金相腐蚀。该腐蚀剂由氢氟酸、硝酸、氟化物和水组成；各组分及配比为：氢氟酸5‑10mL，硝酸1‑3mL，氟化钾(或氟化钠)1‑5g，水80‑100mL。本发明可以方便快捷地实现钛的金相腐蚀，且对钢进行弱腐蚀或不腐蚀，有效地解决现有的钛与钛合金腐蚀剂对钢过腐蚀的干扰。

Description

一种钛-钢复合材料的金相腐蚀剂及腐蚀方法
技术领域
本发明涉及钛-钢复合材料的金相腐蚀领域，提供了一种新型的金相腐蚀剂及腐蚀方法。
背景技术
钛-钢复合材料是一种重要的功能-结构一体化层状金属材料，例如钛-钢复合板、钛-钢复合棒、钛-钢复合管等。这种材料既具有钛的优异耐蚀性能，又具有钢的强韧性。钛-钢复合材料广泛应用于石油、化工、电力、海水淡化、水利水电、海洋工程、核能等工业领域。
金相组织分析是材料试验研究的必备手段，在材料工艺、性能研究过程中起到重要作用。但是，既要腐蚀出钛的金相组织又要腐蚀出钢的金相组织存在一定难度。主要原因是，钛和钢的化学性质存在较大差异，钛的耐蚀性很好，而钢的耐蚀性较差。
钛的金相腐蚀剂为Kroll溶液，即每100ml水中含有1-3mL的氢氟酸和2-6mL的硝酸，钢的腐蚀剂为3-10％硝酸酒精溶液。钛在钢的腐蚀剂中基本不发生腐蚀，而钢在钛的腐蚀剂(Kroll溶剂)中能发生强烈的腐蚀。采用Kroll试剂对钛-钢复合材料进行侵蚀，虽然能够腐蚀出钛的显微组织，但是得不到钢的显微组织(严重腐蚀)。采用硝酸酒精溶液对钛-钢复合材料进行侵蚀，虽然能够腐蚀出钢的显微组织，但是得不到钛的显微组织。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种新型的钛-钢复合材料的金相腐蚀剂及腐蚀方法，该腐蚀剂能够使钛在被腐蚀时钢不发生腐蚀或仅为弱腐蚀，从而解决现有的钛及钛合金腐蚀剂对钢过腐蚀的干扰问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，该腐蚀剂由氢氟酸、硝酸、氟化物和水组成；每份腐蚀剂，各组分及配比为：氢氟酸5-10mL，硝酸1-3mL，氟化物1-5g，水80-100mL。以上各组分直接混合即得钛-钢复合材料的金相腐蚀剂。其中所述氟化物可为氟化钾或氟化钠等金属氟化物，氟化物的添加提高了腐蚀液中氟离子浓度，增强了腐蚀液对钛的腐蚀倾向。
较优的，每份腐蚀剂，各组分及配比为：水100mL，氢氟酸5mL，硝酸1mL，氟化物1-5g。
较优的，每份腐蚀剂，各组分及配比为：水100mL，氢氟酸10mL，硝酸2mL，氟化物1-5g。
一种使用该腐蚀剂的腐蚀方法，其特征在于，对钛-钢复合材料进行两次腐蚀：先采用本发明制备的腐蚀剂对钛-钢复合材料的复合界面进行腐蚀；再采用钢腐蚀剂对钛-钢复合材料的复合界面进行腐蚀。
使用钛-钢复合材料的金相腐蚀剂对钛-钢复合材料复合界面进行腐蚀的时间为10-60秒。
钢腐蚀剂为体积浓度3-10％的硝酸酒精溶液。使用硝酸酒精溶液对钛-钢复合材料复合界面进行腐蚀的时间为8-15秒。
本发明有益效果如下：
本发明通过将一定浓度的氢氟酸、硝酸和氟化钾(或氟化钠)配合制成一种新型的腐蚀剂，可以方便快捷地实现钛的金相腐蚀，且对钢进行弱腐蚀或不腐蚀，有效地解决现有的钛与钛合金腐蚀剂对钢过腐蚀的干扰。同时，所采用的腐蚀方法中，采用分层次腐蚀，先利用本发明制备的新型腐蚀剂可以有效地对钛进行金相腐蚀，而使钢进行弱腐蚀或不腐蚀；而在接下来的步骤可以利用传统的钢腐蚀剂有效地对钢进行金相腐蚀，而此时钛在传统的钢腐蚀剂中腐蚀效果不明显。因而，使用上述腐蚀剂及腐蚀方法，可以兼得钛与钢的金相显微组织，且操作方法简便易行，组织晶界轮廓清晰。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1是采用比较例1中的Kroll腐蚀剂对钛-钢复合材料腐蚀后的界面金相组织示意图。
图2是采用比较例2中的4％硝酸酒精腐蚀剂对钛-钢复合材料腐蚀后的界面金相组织示意图。
图3是采用本发明实施例1提供的金相腐蚀剂和腐蚀方法腐蚀后钛-钢复合材料界面金相组织示意图。
图4是采用本发明实施例2提供的金相腐蚀剂和腐蚀方法腐蚀后钛-钢复合材料界面金相组织示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明提供一种钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，所述腐蚀剂主要是由氢氟酸、硝酸、氟化物和水组成，每份腐蚀剂中各组分及配比范围可为：氢氟酸5-10mL，硝酸1-3mL，氟化物1-5g，水80-100mL。其中所述氟化物可为氟化钾或氟化钠、氟化钙等金属氟化物，氟化物的添加是为了提高腐蚀液中氟离子浓度，从而增强腐蚀液对钛的腐蚀倾向。因为在氢氟酸、硝酸、氟化物这类物质中，氟离子是对钛腐蚀具有明显作用的离子，而氢离子是对钢具有明显腐蚀作用的离子，硝酸根对钛和钢都不具有明显作用，对于氢离子可以由氢氟酸和硝酸两者共同提供，而对于氟离子在没有加入氟化物前只能由氢氟酸提供，加入金属氟化物后，可以提高氟离子的含量，但并不会同时提高氢离子的含量，同时金属离子对钛和钢都不会发生反应，无负面影响，所以考虑加入金属氟化物。
实施例一
一种钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，每份该腐蚀剂，各组分及配比为：水100mL，氢氟酸5mL，硝酸1mL，氟化钾2g。以上各组分直接混合即得钛-钢复合材料的金相腐蚀剂。
一种使用钛-钢复合材料的金相腐蚀剂的腐蚀方法，该腐蚀方法包括以下步骤：
该腐蚀方法包括以下步骤：
步骤一、对钛-钢复合材料表面磨制和抛光；
步骤二、将钛-钢复合材料(基材Q345钢，覆材TA2)浸入钛-钢复合材料的金相腐蚀剂中或用棉花球沾取钛-钢复合材料的金相腐蚀剂在钛-钢复合材料磨面上擦拭，对钛-钢复合材料进行腐蚀，腐蚀的时间为25秒；
步骤三、使用清水冲洗钛-钢复合材料表面，并将其表面吹干；界面是指钛和钢分界的地方，从属于整个材料的表面，腐蚀的时候是腐蚀整个表面，所以钛侧和钢侧具有组织特征，界面位置是钛和钢反应的地方，也被腐蚀出来；
步骤四、将钛-钢复合材料浸入钢腐蚀剂中或用棉花球沾取4％硝酸酒精溶液在钛-钢复合材料磨面上擦拭，对钛-钢复合材料进行腐蚀，腐蚀的时间为10秒；
步骤五、使用清水冲洗钛-钢复合材料表面，并将其表面吹干，获得腐蚀后的钛-钢复合材料，即可用来对钛-钢复合材料进行金相观察。
实施例二
一种钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，每份该腐蚀剂,各组分及配比为：水100mL，氢氟酸10mL，硝酸2mL，氟化钾2g。以上各组分直接混合即得钛-钢复合材料的金相腐蚀剂。
一种使用钛-钢复合材料的金相腐蚀剂的腐蚀方法，该腐蚀方法包括以下步骤：
步骤一、对钛-钢复合材料表面磨制和抛光；
步骤二、将钛-钢复合材料(基材Q345钢，覆材TA2)浸入钛-钢复合材料的金相腐蚀剂中或用棉花球沾取钛-钢复合材料的金相腐蚀剂在钛-钢复合材料磨面上擦拭，对钛-钢复合材料进行腐蚀，腐蚀的时间为15秒；
步骤三、使用清水冲洗钛-钢复合材料表面，并将其表面吹干；
步骤四、将钛-钢复合材料浸入钢腐蚀剂中或用棉花球沾取体积浓度4％的硝酸酒精溶液在钛-钢复合材料磨面上擦拭，对钛-钢复合材料进行腐蚀，腐蚀的时间为10秒；
步骤五、使用清水冲洗钛-钢复合材料表面，并将其表面吹干，获得腐蚀后的钛-钢复合材料，即可用来对钛-钢复合材料进行金相观察。
实施例三
一种钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，每份该腐蚀剂,各组分及配比为：水80mL，氢氟酸8mL，硝酸3mL，氟化钾1g。以上各组分直接混合即得钛-钢复合材料的金相腐蚀剂。
一种使用钛-钢复合材料的金相腐蚀剂的腐蚀方法，该腐蚀方法包括以下步骤：
步骤一、对钛-钢复合材料表面磨制和抛光；
步骤二、将钛-钢复合材料(基材Q345钢，覆材TA2)浸入钛-钢复合材料的金相腐蚀剂中或用棉花球沾取钛-钢复合材料的金相腐蚀剂在钛-钢复合材料磨面上擦拭，对钛-钢复合材料进行腐蚀，腐蚀的时间为10秒；
步骤三、使用清水冲洗钛-钢复合材料表面，并将其表面吹干；
步骤四、将钛-钢复合材料浸入钢腐蚀剂中或用棉花球沾取体积浓度10％的硝酸酒精溶液在钛-钢复合材料磨面上擦拭，对钛-钢复合材料进行腐蚀，腐蚀的时间为15秒；
步骤五、使用清水冲洗钛-钢复合材料表面，并将其表面吹干，获得腐蚀后的钛-钢复合材料，即可用来对钛-钢复合材料进行金相观察。
实施例四
一种钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，每份该腐蚀剂,各组分及配比为：水90mL，氢氟酸10mL，硝酸3mL，氟化钠5g。以上各组分直接混合即得钛-钢复合材料的金相腐蚀剂。
一种使用钛-钢复合材料的金相腐蚀剂的腐蚀方法，该腐蚀方法包括以下步骤：
步骤一、对钛-钢复合材料表面磨制和抛光；
步骤二、将钛-钢复合材料(基材Q345钢，覆材TA2)浸入钛-钢复合材料的金相腐蚀剂中或用棉花球沾取钛-钢复合材料的金相腐蚀剂在钛-钢复合材料磨面上擦拭，对钛-钢复合材料进行腐蚀，腐蚀的时间为60秒；
步骤三、使用清水冲洗钛-钢复合材料表面，并将其表面吹干；
步骤四、将钛-钢复合材料浸入钢腐蚀剂中或用棉花球沾取体积浓度3％的硝酸酒精溶液在钛-钢复合材料磨面上擦拭，对钛-钢复合材料进行腐蚀，腐蚀的时间为8秒；
步骤五、使用清水冲洗钛-钢复合材料表面，并将其表面吹干，获得腐蚀后的钛-钢复合材料，即可用来对钛-钢复合材料进行金相观察。
设置两组比较例，第一组比较例使用钛的金相腐蚀剂Kroll溶液，即每份Kroll溶液为100ml水、1mL氢氟酸、3mL硝酸；第二组比较例使用钢的腐蚀剂4％硝酸酒精溶液，即每份硝酸酒精溶液为96mL酒精、4mL硝酸。比较例所处理的钛-钢复合材料为基材Q345钢，覆材TA2。
两个比较例及四个本发明实施例的配制对比表如下：
表1比较例与实施例腐蚀剂组分及配比
采用光学显微镜分别对实施例与比较例处理后的钛-钢复合材料的界面进行组织观察。如图1所示，比较例一中，使用传统的钛的金相腐蚀剂Kroll溶液对钛-钢复合材料进行腐蚀，钛侧可清晰辨认出金相组织，显微组织为等轴α；钢侧发生明显过腐蚀现象，无法辨认金相组织；组织晶界不清晰。如图2所示，比较例二中，使用钢的腐蚀剂4％硝酸酒精溶液对钛-钢复合材料进行腐蚀，钛侧不发生腐蚀现象；钢侧获得清晰的金相组织，显微组织为珠光体(P)+铁素体(F)。所有实施例都可获得清晰的钛侧与钢侧的金相组织，以及界面组织，尤其是实施例一与实施例二最为明显。如图3所示，实施例一中，钛侧与钢侧均获得清晰的金相组织，覆材钛侧组织为等轴α，基材钢侧组织为珠光体(P)+铁素体(F)；界面组织为α-βTi和β-Ti。如图4所示，实施例二中钛侧与钢侧均获得清晰的金相组织，覆材钛侧组织为等轴α，基材钢侧组织为珠光体(P)+铁素体(F)；界面组织为α-βTi和β-Ti。
综上所述，本发明通过一定浓度的氢氟酸、硝酸和氟化物(如氟化钾或氟化钠)配合，可以方便快捷地实现钛的金相腐蚀，且对钢进行弱腐蚀或不腐蚀，有效地解决现有的钛与钛合金腐蚀剂对钢过腐蚀的干扰。在对钛-钢复合材料的腐蚀过程中，使用本发明所述的腐蚀方法，先利用上述腐蚀剂对钛-钢复合材料的钛侧进行腐蚀，而保证钢侧的完好，再利用钢腐蚀剂对钛-钢复合材料的钢侧进行腐蚀，而不进一步腐蚀钛侧，至此可得到钛-钢复合材料完好的金相组织，解决现有的钛与钛合金腐蚀剂对钢过腐蚀的干扰的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，其特征在于，所述腐蚀剂由氢氟酸、硝酸、氟化物和水组成；每份所述腐蚀剂中各组分配比为：氢氟酸5-10mL，硝酸1-3mL，金属氟化物1-5g，水80-100mL。
2.根据权利要求1所述的钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，其特征在于，所述金属氟化物为氟化钾或氟化钠或氟化钙。
3.根据权利要求1或2所述的钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，其特征在于，每份所述腐蚀剂中，各组分及配比为：水100mL，氢氟酸5mL，硝酸1mL，金属氟化物1-5g。
4.根据权利要求1或2所述的钛-钢复合材料的金相腐蚀剂，其特征在于，每份所述腐蚀剂，各组分及配比为：水100mL，氢氟酸10mL，硝酸2mL，金属氟化物1-5g。
5.一种使用权利要求1至4任一所述腐蚀剂的腐蚀方法，其特征在于，对钛-钢复合材料进行两次腐蚀：先采用权利要求1-4之一所述腐蚀剂对所述钛-钢复合材料的复合界面进行腐蚀；再采用钢腐蚀剂对所述钛-钢复合材料的复合界面进行腐蚀。
6.根据权利要求5所述的钛-钢复合材料的腐蚀方法，其特征在于，使用所述钛-钢复合材料的金相腐蚀剂对钛-钢复合材料复合界面进行腐蚀的时间为10-60秒。
7.根据权利要求5所述的钛-钢复合材料的腐蚀方法，其特征在于，使用所述钢腐蚀剂对钛-钢复合材料复合界面进行腐蚀的时间为8-15秒。
8.根据权利要求5所述的钛-钢复合材料的腐蚀方法，其特征在于，所述钢腐蚀剂为体积浓度为3-10％的硝酸酒精溶液。
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