CN108118347A - 一种β型钛合金板材表面酸洗的方法 - Google Patents

一种β型钛合金板材表面酸洗的方法 Download PDF

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Abstract

一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，采用干喷砂初步清除钛合金板材表面氧化皮；按体积比(1～1.5)：(7.5～9.5)：(9～11)，将氢氟酸、HNO3和水混合均匀，得到酸洗用酸液；将钛合金板材浸入酸洗用酸液中，浸泡后的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，清洗，吹干；采用干喷砂再次清除钛合金板材表面残留氧化物后浸入酸洗用酸液中，清洗，吹干。通过这种方法处理的β型钛合金板材表面颜色均匀且呈银白色，同时还能彻底清除材料表面的氧化皮并且控制材料氢含量在标准范围内不发生氢脆。采用这种方法对β型钛合金板材进行处理，避免使用高温熔融碱液，提高了生产的安全系数，同时还能有效降低对环境的污染，降低生产成本。

Description

一种β型钛合金板材表面酸洗的方法
技术领域
本发明属于钛合金材料表面处理领域，具体设计一种β型钛合金板材表面酸洗的方法。
背景技术
通过酸洗对金属材料制品进行表面处理的工艺目前已经得到比较广泛的应用，例如大规格难熔金属纯镍板，小规格难熔金属钼带、稀贵金属钛合金纯钛板等材料的表面处理均采用碱洗+酸洗工艺。可见碱酸洗工艺在金属表面处理领域已经得到广泛的应用。
国内外对钛合金氧化皮的去除大多采用两步法，即先熔融碱洗，然后酸洗。但是，熔融碱洗介质温度较高，大约能达到450℃，且易造成α+β型和β型钛合金半成品的过早时效强化，给进一步加工带来困难。另外，热碱洗后再用硝酸和氢氟酸清洗还可能会导致钛合金发生氢脆。
钛和氢的亲和力很大，因此钛合金极易吸氢。当钛合金中的氢含量超过一定数值之后，会导致材料的塑性和韧性明显下降，出现氢脆现象。氢进入材料内部以间隙原子方式固溶于晶格内，对性能的影响很小，但当固溶浓度达到饱和时氢就会与钛形成钛氢化合物即氢化钛，并在钛合金中渗透扩散，最后导致氢脆断裂。
氢氟酸、硝酸体系是钛合金酸洗、腐蚀加工中常用的溶液体系，随着生产过程中经验的积累，对腐蚀行为机理的研究，近年来行业内部已经形成比较成熟的常用钛合金表面酸洗处理方法，如TA1板材喷砂酸洗、TC4板材喷砂酸洗、TA15钛合金板材喷砂酸洗，通过酸洗可以比较彻底的清除板材表面氧化皮，板材表面呈银白色，同时能控制板材吸氢量，最终获得符合要求的钛合金板材。但用这种酸洗方法对β型钛合金进行酸洗，会使钛板表面颜色发黑，局部会产生类似因过酸洗产生的大斑点。
发明内容
本发明的目的在于改进现有酸洗方法，提供一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，通过改变氢氟酸、硝酸体系酸洗用酸液的配比及酸洗时间，有效清除表面氧化皮，使钛板获得良好的表面质量，同时板材氢含量符合标准要求。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，包括以下步骤：
步骤1，按体积比(1～1.5)：(7.5～9.5)：(9～11)，将氢氟酸、HNO3和水混合均匀，得到酸洗用酸液；将清除表面氧化皮的钛合金板材浸入酸洗用酸液中，浸泡；
步骤2，将浸泡后的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，清洗，吹干；
步骤3，采用干喷砂再次清除步骤3中钛合金板材表面残留氧化物后浸入酸洗用酸液中，浸泡后，清洗，吹干。
本发明进一步的改进在于，清除表面氧化皮的钛合金板材具体是采用干喷砂清除钛合金板材表面氧化皮的。
本发明进一步的改进在于，干喷砂采用的砂粒粒径为1.3mm～1.6mm。
本发明进一步的改进在于，步骤1中钛合金板材厚度不小于2mm。
本发明进一步的改进在于，进行步骤1前，先用水将钛合金板材表面附着的砂粒清除，再用15～25℃的冷风将水渍吹干。
本发明进一步的改进在于，步骤1中浸泡的时间为90～180秒。
本发明进一步的改进在于，步骤3中浸泡的时间为90～180秒。
本发明进一步的改进在于，步骤3中干喷砂采用的砂粒粒径为0.5mm～0.8mm。
与现有技术相比，本发明具有有益效果：与传统酸洗工艺相比较，本方法针对β型钛合金板材表面氧化皮酸洗处理，形成干喷砂+酸洗的方法替代以往熔融碱洗+酸洗的方法，避免了因熔融碱洗时造成板材的提前时效强化，同时还能降低因碱洗造成板材氢脆的风险。通过这种方法处理的β型钛合金板材表面颜色均匀且呈银白色，同时还能彻底清除材料表面的氧化皮并且控制材料氢含量在标准范围内不发生氢脆。采用这种方法对β型钛合金板材进行处理，避免使用高温熔融碱液，提高了生产的安全系数，同时还能有效降低对环境的污染，降低生产成本。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明通过改变现有碱洗+酸洗工艺，先用干喷砂清除钛合金板材表面氧化皮，再通过改变氢氟酸、硝酸体系酸洗用酸液的配比，酸洗时间，以实现β型钛合金板材的酸洗，酸洗后钛合金板材表面氧化皮得到有效清除，同时板材表面呈现银白色。具体按以下步骤实施：
步骤1，用干喷砂初步清除板材表面氧化皮，干喷砂的砂粒粒径为1.3mm～1.6mm，钛合金板材厚度不小于2mm；
步骤2，经过步骤1处理后，先用冷水(15～25℃)将表面附着的砂粒清除干净，再用(15～25℃)将水渍吹干；
步骤3，配制酸洗用酸液，使用酸洗用酸液配比按表1要求执行；
表1 酸液配比范围
成分 氢氟酸 HNO3 H2O
体积比 1～1.5 7.5～9.5 9～11
步骤4，将步骤2准备好的钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡90～180秒；
步骤5，将步骤4中浸泡完成的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋钛合金板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤6，用冷风(15～25℃)去除步骤5所得钛合金板材表面残留的水渍；
步骤7，用干喷砂再次清除板材表面残留氧化物、使板材表面基本无色差，使用砂粒粒径为0.5mm～0.8mm；
步骤8，经过步骤7处理后，先用冷水(15～25℃)将板材表面附着的砂粒清理干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤9，将步骤8准备好的钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡90～180秒；
步骤10，将步骤9中浸泡完成的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋在钛合金板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤11，用热风吹(60～80℃)干步骤10所得钛合金板材表面残留的水渍。
实施例1
以2mm厚TB8钛合金板材酸洗去除氧化皮的方法为例，包括以下步骤：
步骤1，用干喷砂初步清除TB8钛合金板材表面氧化皮，干喷砂的砂粒粒径为1.6mm；
步骤2，经过步骤1处理后，先用冷水(15～25℃)将表面附着的砂粒清除干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤3，配制酸洗用酸液，酸液配比如下：
HF：HNO3：H2O(体积比)＝1：8：10；
步骤4，将步骤2准备好的钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡150秒；
步骤5，将步骤4中浸泡完成的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋钛合金板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤6，用冷风(15～25℃)去除步骤5所得钛合金板材表面残留的水渍；
步骤7，用干喷砂再次清除板材表面残留氧化物、使板材表面无色差，使用砂粒粒径为0.8mm；
步骤8，将步骤7处理完的TB8钛合金板材用冷水(15～25℃)将表面附着的砂粒清除干净，再用冷风将水渍吹干；
步骤9，将步骤8准备好的TB8钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡时间为100秒；
步骤10，将步骤9中浸泡完成的TB8钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋在板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤11，用热风(60～80℃)吹干步骤10所得TB8钛合金板材表面残留的水渍。
经过该实施例酸洗后的2mm厚TB8钛合金板材表面氧化皮彻底清除，板材表面颜色均匀，呈银白色，板材中H含量经检测为0.002％，符合国标GB/T3621-2007的要求。
实施例2
以8mm后TB5钛合金板材酸洗去除氧化皮的方法为例，包括以下步骤：
步骤1，用干喷砂初步清除TB5钛合金板材表面氧化皮，干喷砂的砂粒粒径为1.3mm；
步骤2，经过步骤1处理后，先用冷水(15～25℃)将表面附着的砂粒清除干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤3，配制酸洗用酸液，酸液配比如下：
HF：HNO3：H2O(体积比)＝1.5：9.5：11；
步骤4，将步骤2准备好的钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡100秒；
步骤5，将步骤4中浸泡完成的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋钛合金板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤6，用冷风(15～25℃)去除步骤5所得钛合金板材表面残留的水渍；
步骤7，用干喷砂再次清除板材表面残留氧化物、使板材表面无色差，使用砂粒粒径为0.8mm；
步骤8，将步骤7处理完的TB5钛合金板材用冷水(15～25℃)将表面附着的砂粒清除干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤9，将步骤8准备好的TB5钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸液中，浸泡时间为90秒；
步骤10，将步骤9中浸泡完成的TB5钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋在板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤11，用热风(60～80℃)吹干步骤10所得TB5钛合金板材表面残留的水渍。
经过该实施例酸洗后的8mm厚TB5钛合金板材表面氧化皮彻底清除，板材表面颜色均匀，呈银白色，板材H含量经检测为0.002％，符合国标GB/T3621-2007的要求。
实施例3
以26mm厚TB6钛合金板材酸洗去除氧化皮的方法为例，包括以下步骤：
步骤1，用干喷砂初步清除TB6钛合金板材表面氧化皮，干喷砂的砂粒粒径为1.3mm；
步骤2，经过步骤1处理后，先用冷水(15～25℃)将表面附着的砂粒清除干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤3，配制酸洗用酸液，酸液配比如下：
HF：HNO3：H2O(体积比)＝1.2：9：10；
步骤4，将步骤2准备好的钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡150秒；
步骤5，将步骤4中浸泡完成的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋钛合金板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤6，用冷风(15～25℃)去除步骤5所得钛合金板材表面残留的水渍；
步骤7，用干喷砂再次清除板材表面残留氧化物、使板材表面无色差，使用砂粒粒径为0.5mm；
步骤8，将步骤7处理完的TB6钛合金板材用冷水(15～25℃)将表面附着的砂粒清除干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤9，将步骤8准备好的TB6钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸液中，浸泡时间为120秒；
步骤10，将步骤9中浸泡完成的TB6钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋在板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤11，用热风(60～80℃)吹干步骤10所得TB6钛合金板材表面残留的水渍；
经过该实施例酸洗后的26mm厚TB6钛合金板材表面氧化皮彻底清除，板材表面颜色均匀，呈银白色，板材H含量经检测为0.002％，符合国标GB/T3621-2007的要求。
实施例4
以5mm厚TB3钛合金板材酸洗去除氧化皮的方法为例，包括以下步骤：
步骤1，用干喷砂初步清除板材表面氧化皮，干喷砂的砂粒粒径为1.6mm，板材厚度为5mm；
步骤2，经过步骤1处理后，先用冷水(15～25℃)将表面附着的砂粒清除干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤3，配制酸洗用酸液，使用酸洗用酸液配比按表1要求执行；
表1 酸液配比范围
成分 氢氟酸 HNO3 H2O
体积比 1 7.5 9
步骤4，将步骤2准备好的钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡180秒；
步骤5，将步骤4中浸泡完成的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋钛合金板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤6，用冷风(15～25℃)去除步骤5所得钛合金板材表面残留的水渍；
步骤7，用干喷砂再次清除板材表面残留氧化物、使板材表面基本无色差，使用砂粒粒径为0.5mm；
步骤8，经过步骤7处理后，先用冷水(15～25℃)将板材表面附着的砂粒清理干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤9，将步骤8准备好的钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡180秒；
步骤10，将步骤9中浸泡完成的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋在钛合金板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤11，用热风(60～80℃)吹干步骤10所得钛合金板材表面残留的水渍。
经过该实施例酸洗后的8mm厚TB5钛合金板材表面氧化皮彻底清除，板材表面颜色均匀，呈银白色，板材H含量经检测为0.002％，符合国标GB/T3621-2007的要求。
实施例5
以10mm厚TB4钛合金板材酸洗去除氧化皮的方法为例，包括以下步骤：
步骤1，用干喷砂初步清除板材表面氧化皮，干喷砂的砂粒粒径为1.4mm，钛合金板材厚度10mm；
步骤2，经过步骤1处理后，先用冷水(15～25℃)将表面附着的砂粒清除干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤3，配制酸洗用酸液，使用酸洗用酸液配比按表1要求执行；
表1 酸液配比范围
成分 氢氟酸 HNO3 H2O
体积比 1.5 9.5 9
步骤4，将步骤2准备好的钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡90秒；
步骤5，将步骤4中浸泡完成的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋钛合金板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤6，用冷风(15～25℃)去除步骤5所得钛合金板材表面残留的水渍；
步骤7，用干喷砂再次清除板材表面残留氧化物、使板材表面基本无色差，使用砂粒粒径为0.6mm；
步骤8，经过步骤7处理后，先用冷水(15～25℃)将板材表面附着的砂粒清理干净，再用冷风(15～25℃)将水渍吹干；
步骤9，将步骤8准备好的钛合金板材浸入步骤3中配制好的酸洗用酸液中，浸泡90秒；
步骤10，将步骤9中浸泡完成的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，立即用清水均匀的喷淋在钛合金板材表面，清除钛合金板材表面的残留酸液；
步骤11，用热风(60～80℃)吹干步骤10所得钛合金板材表面残留的水渍。经过该实施例酸洗后的10mm厚TB4钛合金板材表面氧化皮彻底清除，板材表面颜色均匀，呈银白色，板材H含量经检测为0.002％，符合国标GB/T 3621-2007的要求。

Claims (8)

1.一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按体积比(1～1.5)：(7.5～9.5)：(9～11)，将氢氟酸、HNO3和水混合均匀，得到酸洗用酸液；将清除表面氧化皮的钛合金板材浸入酸洗用酸液中，浸泡；
步骤2，将浸泡后的钛合金板材从酸洗用酸液中取出，清洗，吹干；
步骤3，采用干喷砂再次清除步骤3中钛合金板材表面残留氧化物后浸入酸洗用酸液中，浸泡后，清洗，吹干。
2.根据权利要求1所述的一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，其特征在于，清除表面氧化皮的钛合金板材具体是采用干喷砂清除钛合金板材表面氧化皮的。
3.根据权利要求2所述的一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，其特征在于，干喷砂采用的砂粒粒径为1.3mm～1.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，其特征在于，步骤1中钛合金板材厚度不小于2mm。
5.根据权利要求1所述的一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，其特征在于，进行步骤1前，先用水将钛合金板材表面附着的砂粒清除，再用15～25℃的冷风将水渍吹干。
6.根据权利要求1所述的一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，其特征在于，步骤1中浸泡的时间为90～180秒。
7.根据权利要求1所述的一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，其特征在于，步骤3中浸泡的时间为90～180秒。
8.根据权利要求1所述的一种β型钛合金板材表面酸洗的方法，其特征在于，步骤3中干喷砂采用的砂粒粒径为0.5mm～0.8mm。
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