CN107460484B - 用于抛光镍基合金工件内流道的抛光试剂、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抛光3D打印镍基合金工件内流道的抛光试剂、方法和系统。该方法包括如下步骤：配制抛光试剂，抛光试剂包括磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、六水三氯化铁和磺基水杨酸；将抛光试剂加热至40℃‑60℃，然后将抛光试剂送入工件内流道中并使其保持一定的流速，对内流道进行抛光；排出抛光试剂，并对工件进行清洗。本发明能有效地提升3D打印镍基合金工件内流道的表面光洁度，使其变成均匀平顺的流道；相对于传统针对3D打印镍基合金工件内流道的抛光方法，本发明的抛光效果更好且更便捷。

Description

用于抛光镍基合金工件内流道的抛光试剂、方法及系统

技术领域

本发明涉及3D打印镍基合金工件内流道的化学抛光，具体地，涉及一种用于化学抛光3D打印镍基合金工件内流道的方法、一种用于化学抛光3D打印镍基合金工件内流道的系统及一种用于化学抛光3D打印镍基合金工件内流道的抛光试剂。

背景技术

镍基合金材料以其良好的综合性能，在高温下有较高的强度，有很好的抗氧化和腐蚀能力，在化工机械、航空航天、船舶等领域有着广泛的应用。3D打印是一种新兴的制造工艺，可以成型很多传统机加工无法实现的结构。其中带有复杂内流道的3D打印镍基合金工件在航空航天领域的应用逐年增多，且对内流道的表面粗糙度有比较高的要求，3D打印直接成型后无法达到，需要对内流道进行抛光才能够实现。本发明涉及的镍基合金工件是由镍基合金粉末原材料通过3D打印而得，有一条或多条不规则的内流道。由于3D打印的工艺特点，在成型镍基合金工件内流道的过程中，流道基于粉末打印的下表面和基于实体打印的上表面的粗糙度差距比较大，有些部位的下表面甚至有部分熔化的金属粉末颗粒粘连，内流道的表面比较粗糙，对工件在使用过程内流道流阻影响较大，必须用抛光的方式解决内流道的表面粗糙度问题。

抛光是一种常用的金属表面处理方法，主要分为物理抛光和化学抛光。传统的机械抛光方式无法抛光内流道，化学抛光是比较好的内流道抛光方式之一。传统的化学抛光方法一般采用浸泡式抛光，将工件完全浸泡在化学试液中，系统比较简单，但抛光效果不易控制。原始工件的表面粗糙对化学抛光效果的影响很大，高凸或者凹陷的位置被试液侵蚀的程度会更剧烈一些，会造成抛光后内流道坑洼的现象比较严重，抛光效果并不理想，对于内流道形状比较复杂的合金工件，其抛光效果更差。镍基合金工件由于材料的本身具有一定耐腐蚀性，传统的化学抛光试剂对其抛光效果不明显。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明直接将加热的抛光试剂送入镍基合金工件的内流道中，抛光试剂在内流道中流动、并保持一定的流速，能使内流道的高凸和凹陷位置会被侵蚀得比较均匀，从而达到良好的化学抛光效果。

本发明首先提供了一种用于抛光镍基合金工件内流道的抛光试剂，所述镍基合金工件通过3D打印成型，所述抛光试剂包括磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、六水三氯化铁和磺基水杨酸。

优选地，所述磷酸、所述硝酸、所述盐酸、所述氢氟酸、所述六水三氯化铁和所述磺基水杨酸的摩尔比为(16-22)：(8-12)：(16-19)：(42.5-51)：(3.7-4.4)：(0.4-0.8)。

在此基础上，本发明进一步提供了一种用于抛光镍基合金工件内流道的方法，所述镍基合金工件通过3D打印成型，所述方法包括如下步骤：

配制抛光试剂；所述抛光试剂包括磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、六水三氯化铁和磺基水杨酸；

将所述抛光试剂加热至40℃-60℃，然后送入所述内流道中，对所述内流道进行抛光；所述抛光试剂在所述内流道中呈流动状态；

排出所述抛光试剂，并对所述内流道进行清洗。

优选地，将所述磷酸、所述硝酸、所述盐酸、所述氢氟酸和水按照(16-22)：(8-12)：(16-19)：(42.5-51)：(194-250)的摩尔比混合均匀，获得混合溶液；

往所述混合溶液中加入所述六水三氯化铁和所述磺基水杨酸，完全溶解后搅拌均匀，获得所述抛光试剂；所述六水三氯化铁与所述磷酸的摩尔比为(3.7-4.4)：(16-22)，所述磺基水杨酸与所述磷酸的摩尔比为(0.4-0.8)：(16-22)。

优选地，所述抛光试剂在所述内流道中的流速为400ml/min-700ml/min。

优选地，所述抛光时间为1min-3min。

优选地，所述抛光试剂对所述内流道进行抛光后，会产生酸气，采用碱液中和所述酸气。

此外，本发明还提供了一种用于抛光镍基合金工件内流道的系统，所述镍基合金工件通过3D打印成型，所述系统包括：

流体输送装置，用于输送抛光试剂及控制所述抛光试剂的流速；

溶液容器，用于盛装所述抛光试剂；

所述流体输送装置、所述溶液容器和所述内流道两两之间相互连接，形成流通回路，所述抛光试剂在所述内流道中呈流动状态；

所述流体输送装置将所述抛光试剂从所述溶液容器送入所述内流道中，对所述内流道进行抛光；然后再将所述抛光试剂送回所述溶液容器中。

优选地，所述系统还包括酸气处理装置，所述酸气处理装置与所述溶液容器相连。

优选地，所述系统还包括恒温装置，所述溶液容器放置于所述恒温装置中。

本发明能有效地提升3D打印镍基合金工件内流道的表面光洁度，使其变成均匀平顺的流道。

其次，相对于传统针对3D打印镍基合金工件内流道的抛光方法，本发明的抛光效果更好且更便捷。而且，本发明整个处理过程简单易于实现，能够大规模的工业化应用。

此外，由于仅对内流道进行有效的抛光，能够节约抛光试剂，降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种用于化学抛光镍基合金工件内流道的工艺流程图。

图2为本发明实施例中的一种实验室用化学抛光镍基合金工件内流道的系统的结构示意图。

图3为本发明实施例中的一种工业用化学抛光镍基合金工件内流道的系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明使用的镍基合金工件通过3D打印成型，其内流道的表面比较粗糙，对工件在使用过程内流道流阻影响较大，必须进行抛光。

本发明提供的用于化学抛光镍基合金工件内流道的抛光试剂，包括磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、六水三氯化铁和磺基水杨酸。磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸是抛光试剂的主要成分，提供H+离子，控制抛光试剂的PH，氧化和中和镍基合金。其中，盐酸和氢氟酸主要起激化作用，与镍基合金发生反应，侵蚀其表面的尖点和凸点；磷酸主要起缓解作用，防止抛光试剂产生过腐蚀，磷酸根离子还可以在内流道表面形成粘性膜，增大抛光试剂的粘度，能提高抛光效果；硝酸既有缓解作用，又能起到激化作用；六水三氯化铁和磺基水杨酸主要起稳定、光亮、湿润等作用，提高抛光效果，还能延长抛光试剂的使用寿命。

在本发明优选的实施例中，磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、六水三氯化铁和磺基水杨酸的摩尔比为(16-22)：(8-12)：(16-19)：(42.5-51)：(3.7-4.4)：(0.4-0.8)。这样的配比分配既能高效地侵蚀内流道表面的凸点，又能保护表面的凹点不被过量侵蚀，从而达到理想的抛光效果。

如图1所示，本发明提供的用于化学抛光镍基合金工件内流道的方法包括四个步骤，具体如下：

S1：配制上述抛光试剂。

在本发明优选的实施例中，S1包括S11和S12两步：

S11：将磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸和水按照(16-22)：(8-12)：(16-19)：(42.5-51)：(194-250)的摩尔比混合均匀，获得混合溶液；

S12：往混合溶液中加入六水三氯化铁和磺基水杨酸，完全溶解后搅拌均匀，获得抛光试剂。其中，六水三氯化铁与磷酸的摩尔比为(3.7-4.4)：(16-22)，磺基水杨酸与磷酸的摩尔比为(0.4-0.8)：(16-22)。

S2：将抛光试剂加热至40℃-60℃。

抛光试剂的温度对抛光后内流道的光洁度和光亮度有很大的关系，温度越高，抛光试剂的氧化性越高，但温度太高会导致过腐蚀。本发明中，抛光试剂的温度为40℃-60℃。

S3：将加热后的抛光试剂送入镍基合金工件的内流道中，对其进行化学抛光。

在传统的浸泡抛光方式中，工件和抛光试剂处于相对静止状态，而在本发明中，抛光试剂在内流道中呈流动状态，能对内流道产生一定的冲刷作用，提高抛光效果。

抛光试剂在内流道中的流速对抛光效果的影响较大，流速过快，冲刷力过大，反而不利于提高抛光效果。在本发明优选的实施例中，控制抛光试剂在内流道中的流速为400ml/min-700ml/min。

抛光试剂在内流道中的停留时间直接影响内流道的抛光效果。时间太短，不能进行有效的抛光；时间太短，会造成过腐蚀现象。在本发明优选的实施例中，抛光时间为1min-3min。

S4：排出抛光试剂，并对镍基合金工件内流道进行清洗。

抛光试剂对内流道进行抛光后，会产生酸气，在本发明优选的实施例中，采用碱液中和酸气。

由于仅对内流道进行有效的抛光，能避免对镍基合金工件的外表面造成不必要的损害，此外还能节约抛光试剂，降低成本。

本发明提供的用于化学抛光镍基合金工件内流道的系统，包括：

流体输送装置，用于输送抛光试剂及控制抛光试剂的流速；

溶液容器，用于盛装抛光试剂；

流体输送装置、溶液容器和镍基合金工件的内流道两两之间相互连接形成流通回路，抛光试剂在内流道中呈流动状态；

流体输送装置将抛光试剂从溶液容器送入镍基合金工件的内流道中，对内流道进行抛光；然后再将抛光试剂送回溶液容器中。

流体输送装置和溶液容器都必须耐腐蚀耐高温，连接的管路也必须耐腐蚀耐高温。

同前所述，抛光试剂对内流道进行抛光后，会产生酸气，本发明优选的实施例中，上述系统还包括酸气处理装置，其与溶液容器相连。

同前所述，需将抛光试剂加热后再送入内流道中，在本发明优选的实施例中，上述系统还包括恒温装置，溶液容器放置于恒温装置中。

图2和图3分别示出了一种实验室用化学抛光镍基合金工件内流道的系统和一种工业用化学抛光镍基合金工件内流道的系统。

图2中流体输送装置为泵体21，溶液容器为带塞的聚四氟乙烯瓶22，酸气处理装置为烧杯23，恒温装置为恒温水浴箱24，25为连接管，26为镍基合金工件。其中，连接管25为耐腐蚀和耐高温的软管。

图3中，31代表流体输送装置，可以是各种带有流量控制器的泵；32代表溶液容器，是带有自加热功能的反应池；33代表酸气处理装置；34代表加热源；35代表多个镍基合金工件。若32不带加热功能，系统还需设置恒温装置。镍基合金工件可串联也可并联。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例和对比例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。下述实施例和对比例中的化学试剂均为化学纯，其中，磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸的质量百分浓度分别为85％、65％、38％和85％，六水三氯化铁和磺基水杨酸的质量百分含量分别为99％和99.5％。

实施例1

本实施例采用的3D打印HastlloyX镍基合金工件，具有一条直线型内流道，其成型以后内流道的原始表面粗糙度为Ra12.5-25。

将磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸和蒸馏水按照16：12：16：51：239的摩尔比混合均匀，获得混合溶液。

往混合溶液中加入六水三氯化铁和磺基水杨酸，完全溶解后搅拌均匀，获得抛光试剂。六水三氯化铁与磷酸的摩尔比为3.7：16，磺基水杨酸与磷酸的摩尔比为0.4：16。

将抛光试剂加热至40℃，然后送入内流道中，对内流道进行抛光。抛光试剂在内流道中呈流动状态，流速为700ml/min，抛光时间为1min。

排出抛光试剂，并对该工件进行清洗。

抛光后3D打印HastlloyX镍基合金工件内流道的表面粗糙度为Ra3.2-4.8。

对比例1

采用实施例1相同的抛光试剂处理相同的HastlloyX镍基合金工件的内流道，抛光试剂不经过加热直接送入内流道中，其余工艺流程和工艺参数均与实施例1相同。

抛光后3D打印HastlloyX镍基合金工件内流道的表面粗糙度为Ra5.6-6.3。

实施例2

本实施例采用的3D打印IN718镍基合金工件，具有一条L型内流道，其表面粗糙度为Ra12.5-25。

将磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸和蒸馏水按照17：8：17：47：250的摩尔比混合均匀，获得混合溶液。

往混合溶液中加入六水三氯化铁和磺基水杨酸，完全溶解后搅拌均匀，获得抛光试剂。六水三氯化铁与磷酸的摩尔比为4：17，磺基水杨酸与磷酸的摩尔比为0.8：17。

将抛光试剂加热至60℃，然后送入内流道中，对内流道进行抛光。抛光试剂在内流道中呈流动状态，流速为400ml/min，抛光时间为3min。

排出抛光试剂，并对该工件进行清洗。

抛光后IN718镍基合金工件内流道的表面粗糙度为Ra3.2-4.8。

对比例2

采用实施例2相同的抛光试剂处理相同的IN718镍基合金工件的内流道，将抛光试剂加热到90℃送入内流道中，其余工艺流程和工艺参数均与实施例2相同。

抛光后3D打印IN718镍基合金工件内流道的表面粗糙度为Ra4.8-5.6，但内流道变大，明显看出发生了过腐蚀现象。

实施例3

本实施例采用的3D打印IN625镍基合金工件，具有一条类S型内流道，其表面粗糙度为Ra12.5-25。

将磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸和蒸馏水按照22：12：19：42.5：194的摩尔比混合均匀，获得混合溶液。

往混合溶液中加入六水三氯化铁和磺基水杨酸，完全溶解后搅拌均匀，获得抛光试剂。六水三氯化铁与磷酸的摩尔比为4.4：22，磺基水杨酸与磷酸的摩尔比为0.8：22。

将抛光试剂加热至50℃，然后送入内流道中，对内流道进行抛光。抛光试剂在内流道中保持流动，流速为600ml/min，抛光时间为2min。

排出抛光试剂，并对该工件进行清洗。

抛光后3D打印IN625镍基合金工件内流道的表面粗糙度为Ra3.2-4.8。

对比例3.1

采用浸泡的方式处理实施例3相同的IN625镍基合金工件内流道，浸泡时间为2min。所用的抛光试剂与实施例3相同，抛光温度也为50℃。其余工艺流程和工艺参数均与实施例3相同。

抛光后IN625镍基合金工件内流道的表面粗糙度为Ra6-6.8。

对比例3.2

采用浸泡的方式处理实施例3相同的IN625镍基合金工件内流道，浸泡时间为2min；抛光温度也为50℃。所用的抛光试剂为硝酸和磷酸，其摩尔比为12：22，所用抛光试剂的用量与对比例3.1所用抛光试剂的用量相同。其余工艺流程和工艺参数均与实施例3相同。

抛光后IN625镍基合金工件内流道的表面粗糙度为Ra9-12.5。

从实施例1、2和对比例1、2可知，将抛光试剂加热到一定温度，可以有效提高内流道的抛光效果，但温度过高会造成腐蚀。

从实施例3和对比例3.1可知，相对于传统的化学试剂浸泡抛光方式，本发明的抛光效果好很多。

从实施例3、对比例3.1和对比例3.2可知，相对于传统配比的化学试剂，本发明的化学试剂抛光效果好很多。

综上，本发明能有效地降低3D打印镍基合金工件内流道的表面粗糙度，使其变成均匀平顺的流道。

相对于传统的化学抛光方式，本发明不仅抛光效果更好，而且由于仅对内流道进行有效的抛光，还能避免对镍基合金工件的外表面造成不必要的损害，此外还能节约抛光试剂，降低成本。

此外，本发明整个处理过程简单，能够大规模的工业化应用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于抛光镍基合金工件内流道的方法，所述镍基合金工件通过3D打印成型，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

配制抛光试剂；所述抛光试剂包括磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、六水三氯化铁和磺基水杨酸；所述磷酸、所述硝酸、所述盐酸、所述氢氟酸、所述六水三氯化铁、所述磺基水杨酸和水的摩尔比为(16-22)：(8-12)：(16-19)：(42.5-51)：(3.7-4.4)：(0.4-0.8)：(194-250)；

将所述抛光试剂加热至40℃-60℃，然后送入所述内流道中，对所述内流道进行抛光；所述抛光试剂在所述内流道中呈流动状态；

排出所述抛光试剂，并对所述内流道进行清洗。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

将所述磷酸、所述硝酸、所述盐酸、所述氢氟酸和水按照(16-22)：(8-12)：(16-19)：(42.5-51)：(194-250)的摩尔比混合均匀，获得混合溶液；

往所述混合溶液中加入所述六水三氯化铁和所述磺基水杨酸，完全溶解后搅拌均匀，获得所述抛光试剂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光试剂在所述内流道中的流速为400ml/min-700ml/min。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述抛光时间为1min-3min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光试剂对所述内流道进行抛光后，会产生酸气，采用碱液中和所述酸气。

6.一种用于抛光镍基合金工件内流道的抛光试剂，所述镍基合金工件通过3D打印成型，其特征在于，所述抛光试剂包括磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、六水三氯化铁和磺基水杨酸；所述磷酸、所述硝酸、所述盐酸、所述氢氟酸、所述六水三氯化铁、所述磺基水杨酸和水的摩尔比为(16-22)：(8-12)：(16-19)：(42.5-51)：(3.7-4.4)：(0.4-0.8)：(194-250)。

7.一种用于抛光镍基合金工件内流道的系统，所述镍基合金工件通过3D打印成型，其特征在于，所述系统包括：

流体输送装置，用于输送抛光试剂及控制所述抛光试剂的流速；

溶液容器，用于盛装所述抛光试剂；

所述流体输送装置、所述溶液容器和所述内流道两两之间相互连接，形成流通回路，所述抛光试剂在所述内流道中呈流动状态；

所述流体输送装置将所述抛光试剂从所述溶液容器送入所述内流道中，对所述内流道进行抛光；然后再将所述抛光试剂送回所述溶液容器中；

所述抛光试剂包括磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、六水三氯化铁和磺基水杨酸；所述磷酸、所述硝酸、所述盐酸、所述氢氟酸、所述六水三氯化铁、所述磺基水杨酸和水的摩尔比为(16-22)：(8-12)：(16-19)：(42.5-51)：(3.7-4.4)：(0.4-0.8)：(194-250)。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括酸气处理装置，所述酸气处理装置与所述溶液容器相连。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括恒温装置，所述溶液容器放置于所述恒温装置中。