CN108611640A - 一种钛合金燃烧器喷嘴的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛合金燃烧器喷嘴的加工方法，它包括化学除油、酸洗、涂保护胶、刻型、腐蚀加工以及漂洗、干燥、剥去保护层和验收加工工艺步骤，通过采用腐蚀加工技术对钛合金材料进行加工，利用腐蚀加工技术和其他技术相比，工艺简单，比较容易实现的优势，有效的避免了在钛合金燃烧器喷嘴的机加工中常出现的刀具损耗大、存在切削应力等问题，保证了产品的质量，大大的提高了生产效率，并降低了生产成本低。

Description

一种钛合金燃烧器喷嘴的加工方法
技术领域
本发明涉及一种合金材料的机加工方法，特别是一种钛合金燃烧器喷嘴的加工方法。
背景技术
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，其主要性质主要表现在:强度高，钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度远大于其他金属结构材料，目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。热强度高，使用温度比铝合金高几百度，可在450～500℃的温度下长期工作，钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。抗蚀性好，钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。低温性能好,钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能,因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。钛合金材质具有比重轻 、强度高 、耐热 、耐腐蚀等一系列优良的力学 、物理性能 ,在军事工业上得到了广泛的应用 ,但由于其机械加工困难 ,制约了它的应用。利用传统的机加工工艺加工钛合金燃烧器喷嘴主要存在以下问题:切削温度高,由于钛合金的导热系数很小,切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。单位面积上的切削力大,由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃,同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。冷硬现象严重,由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损。刀具易磨损,毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。可见，在钛合金燃烧器喷嘴的加工工艺中，其加工工艺较复杂困难,机加工过程中容易产生切削应力，道具耗损较大等问题，从而使得其加工成本较高且加工效率较低上。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种钛合金燃烧器喷嘴的加工方法，通过采用腐蚀加工技术对钛合金材料进行加工，利用腐蚀加工技术和其他技术相比，工艺简单，比较容易实现的优势，有效的避免了在钛合金燃烧器喷嘴的机加工中常出现的刀具损耗大、存在切削应力等问题，保证了钛合金燃烧器喷嘴的质量，大大的提高了生产效率，并降低了生产成本低。
本发明采用的技术方案如下：
一种钛合金燃烧器喷嘴的加工方法，包括以下步骤：
步骤1、化学除油：加入除油溶液，用超声波清洗机清洗用作加工喷嘴的钛合金基材，温度70~90℃,时间10~20min;
步骤2、酸洗：将步骤1中得到的钛合金基材用酸性混合物在常温下进行酸性，酸洗时间1～3min，然后用水冲洗并干燥；
步骤3、涂保护胶:调整保护胶黏度70~90s，环境应干净无尘，每层力求薄而均匀；每涂一遍停放干燥20~30min后，再重复三或四次，使涂层的厚度达到0.3mm，最好在24h内涂完；
步骤4、刻型:在硬纸板的样板上，按照余量需求画好燃烧器喷嘴的结构尺寸，然后用手术刀刻型，刻型时，刀身必须紧紧地靠在样板上且与工件的表面垂直；刻线完后，去掉需要加工部分的保护胶；
步骤5、腐蚀加工:使用钛合金腐蚀加工液，通过化学反应有选择、可控制地切除金属，按尺寸加工成燃烧器喷嘴结构；腐蚀加工过程中需将温度控制在27~33℃范围内，同时施加搅拌并实时补加腐蚀加工液；
步骤6、漂洗 、干燥和剥去保护层:步骤5之后,立即用流动的冷水清洗，以中止反应；然后浸入洁净的沸水中，取出干燥；最后用手剥去保护层；
步骤7、将步骤6中得到的钛合金燃烧器喷嘴进行验收。
进一步地，步骤1中，所述除油溶液由NaOH 40g/L , Na2CO3 25g/ L,Na3PO4 40g/L,Na2SiO3 5g/L组成。
由于采用上述除油溶液，能除去各类油脂，各种编辑和其他污染物，保证钛合金基材的除油效果，为后续工序做好加工基础。
进一步地，步骤2中，所述酸性混合物由40%的HNO3,2%～5%的HF和水混制而成。
由于采用上述混制酸性混合物的溶液比例，能除去大约5μm金属，获得新鲜光亮的金属表面。
进一步地，步骤5中，所述钛合金腐蚀加工液的配方为:30g/L的HF，150g/L的HNO3和0.5g/L的添加剂AS。
更进一步地，步骤5中，所述腐蚀加工液的补加方法为：腐蚀加工液中钛离子含量每增加 5g/L需补加成分10g/L HF,10g/L HNO3和初始量为1/5的添加剂AS。
采用上述工艺步骤和工艺条件的选择，是基于腐蚀加工过程中溶液中的成分不断消耗，同时钛离子不断增加 ,这会影响腐蚀加工工艺性能和腐蚀加工后试样的表面质量，因此，必须对腐蚀加工液进行控制；当腐蚀加工的表面质量和腐蚀加工速度达不到要求，必须对溶液进行补加来维护正常腐蚀加工；而通过实验表明HF是影响腐蚀加工速度的主要因素，添加剂对腐蚀加工表面质量有较大影响，HNO3是影响表面粗糙度的主要因素，因此确定上述腐蚀加工液的配方为最佳的配制方案。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1．通过本发明的机加工工艺，产品成材率高，生产效率高，生产成本低；
2．大大的减小了对加工刀具的损耗，降低了加工成本；
3．利用本发明的腐蚀加工艺，整个加工过程中能有效的避免切削应力的产生，较少对加工刀具的损害，保证产品的质量；
4．通过本发明的钛合金燃烧器喷嘴的加工方法所得的钛合金燃烧器喷嘴的加工表面平整光亮,腐蚀加工边缘无缺陷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细的说明。
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种钛合金燃烧器喷嘴的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、化学除油：加入由NaOH 40g/L ,Na2CO3 25g/ L,Na3PO4 40g/L,Na2SiO3 5g/L组成的除油溶液，用超声波清洗机清洗钛合金基材，温度70~90℃,时间10~20min;以除去各类油脂，各种标记和其他污染；
步骤2、酸洗：将步骤1中得到的钛合金基材用由40%的HNO3,2%～5%的HF和水混制而成的酸性混合物在常温下进行酸性，酸洗时间1～3min，然后用水冲洗并干燥；以除去大约5μm金属,获得新鲜光亮的金属表面；
步骤3、涂保护胶:调整保护胶黏度70~90s，环境应干净无尘，每层力求薄而均匀；每涂一遍停放干燥20~30min后，再重复三或四次，使涂层的厚度达到0.3mm，最好在24h内涂完；
步骤4、刻型:在硬纸板的样板上，按照余量需求画好燃烧器喷嘴的结构尺寸，然后用手术刀刻型，刻型时，刀身必须紧紧地靠在样板上且与工件的表面垂直；刻线完后，去掉需要加工部分的保护胶；
步骤5、腐蚀加工:使用由30g/L的HF，150g/L的HNO3和0.5g/L的添加剂AS配制而成的钛合金腐蚀加工液，通过化学反应有选择、可控制地切除金属，按上述刻型尺寸加工出燃烧器喷嘴的结构；腐蚀加工过程中需将温度控制在27~33℃范围内，同时施加搅拌并实时补加腐蚀加工液；该补加方法为：腐蚀加工液中钛离子含量每增加 5g/L需补加成分10g/L HF,10g/L HNO3和初始量为1/5的添加剂AS；
步骤6、漂洗 、干燥和剥去保护层:步骤5之后,立即用流动的冷水清洗，以中止反应；然后浸入洁净的沸水中，取出干燥；最后用手剥去保护层；
步骤7、将步骤6中得到的钛合金燃烧器喷嘴进行验收。
钛合金在碱溶液和大多数有机酸、无机盐溶液中的耐蚀性很高，但在还原性酸溶液中容易发生腐蚀，其中H F溶液对钛合金的腐蚀性最强；为了确定基础腐蚀加工液,本实施例对HF型和H F-HNO3型两种基础腐蚀加工液腐蚀加工后材料的性能进行对比,结果列于下表中：
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种钛合金燃烧器喷嘴的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、化学除油：加入除油溶液，用超声波清洗机清洗用作加工喷嘴的钛合金基材，温度70~90℃,时间10~20min;
步骤2、酸洗：将步骤1中得到的钛合金基材用酸性混合物在常温下进行酸性，酸洗时间1～3min，然后用水冲洗并干燥；
步骤3、涂保护胶:调整保护胶黏度70~90s，环境应干净无尘，每层力求薄而均匀；每涂一遍停放干燥20~30min后，再重复三或四次，使涂层的厚度达到0.3mm，最好在24h内涂完；
步骤4、刻型:在硬纸板的样板上，按照余量需求画好燃烧器喷嘴的结构尺寸，然后用手术刀刻型，刻型时，刀身必须紧紧地靠在样板上且与工件的表面垂直；刻线完后，去掉需要加工部分的保护胶；
步骤5、腐蚀加工:使用钛合金腐蚀加工液，通过化学反应有选择、可控制地切除金属，按尺寸加工成燃烧器喷嘴结构；腐蚀加工过程中需将温度控制在27~33℃范围内，同时施加搅拌并实时补加腐蚀加工液；
步骤6、漂洗 、干燥和剥去保护层:步骤5之后,立即用流动的冷水清洗，以中止反应；然后浸入洁净的沸水中，取出干燥；最后用手剥去保护层；
步骤7、将步骤6中得到的钛合金燃烧器喷嘴进行验收。
2.根据权利要求1所述的钛合金燃烧器喷嘴的加工方法，其特征在于：步骤1中，所述除油溶液由NaOH 40g/L , Na2CO3 25g/ L,Na3PO4 40g/L,Na2SiO3 5g/L组成。
3.根据权利要求1所述的钛合金燃烧器喷嘴的加工方法，其特征在于：步骤2中，所述酸性混合物由40%的HNO3,2%～5%的HF和水混制而成。
4.根据权利要求1所述的钛合金燃烧器喷嘴的加工方法，其特征在于：步骤5中，所述腐蚀加工液的配方为:30g/L的HF，150g/L的HNO3和0.5g/L的添加剂AS。
5.根据权利要求1所述的钛合金燃烧器喷嘴的加工方法，其特征在于：步骤5中，所述腐蚀加工液的补加方法为：腐蚀加工液中钛离子含量每增加 5g/L需补加成分10g/L HF,10g/L HNO3和初始量为1/5的添加剂AS。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112877702A (zh) * 2021-01-13 2021-06-01 西安航天发动机有限公司 一种钛合金夹层窄流道构件粉末颗粒的去除方法

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