CN111471947A - 一种通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，属于金属表面改性技术领域。该方法包括制作喷丸、打磨整形、酸洗、烘干、喷丸加工、超声波清洗和烘干七大步骤。本发明利用高能喷丸过程中铬丸轰击钛合金表层，形成一个掺杂铬元素的异质层状结构，提高钛合金的表面硬度和耐蚀性，优化表面性能。本发明方法设计简单操作方便，能够有效解决传统钛合金耐腐蚀性能不足，强腐蚀环境综合服役性能不足的问题。采用此方法处理的钛合金表面耐腐蚀性好，硬度高，能显著提高传统钛合金的耐腐蚀性能和电化学耐蚀性，可延长钛材的使用寿命，获得明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于金属表面改性技术领域，具体涉及一种通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法。
背景技术
近年来，钛及钛合金广泛应用在海洋领域，这对它的耐蚀性提出了更高的要求。传统的表面处理工艺，如喷涂，是在金属表面涂覆额外的一层物质，其与基体金属的结合始终较差，导致其稳定性、持久度较差。而高能喷丸处理是通过压缩基体表面的晶粒，在表面形成纳米层组织，解决了其与基体结合的问题。然而，传统的喷丸一般采用不锈钢制作，只能在表面产生一个纳米层组织，而且还可能会引入耐蚀性较差的铁元素，使得工件的耐蚀性下降。因此如何克服现有技术的不足是目前金属表面改性技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对传统钛及钛合金耐蚀性在高腐蚀环境下的耐蚀性不足，提供一种简单且可靠性强的用高能喷丸轰击金属表面的方法，以提高钛及钛合金的耐蚀性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，包括如下步骤：
步骤一，制作喷丸：制作直径为0.5-1.5mm、材质为铬的球形喷丸；
步骤二，打磨整形：打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺；
步骤三，酸洗：将打磨后的表面用氢氟酸和硝酸按体积比1：2~4的混合酸清洗，以除去打磨过后表面残余的氧化层及毛刺；
步骤四，烘干：将酸洗过的钛合金工件进行烘干；
步骤五，喷丸加工：用气动式数控喷丸设备，将钛合金工件用夹具固定在夹具座上，打开送料风管上的阀门，设定振动频率为45-50Hz，喷丸时间为30-90分钟，喷射距离60-100mm，喷射速率50mm/min-70mm/min，对钛合金工件进行加工；
步骤六，超声波清洗：将喷丸后的钛合金工件放入超声波清洗机里，用丙酮清洗，除去喷丸加工过程中表面附着的杂质；
步骤七，烘干：将清洗后的钛合金工件进行烘干。
进一步，优选的是，步骤一中，将直径为2-3mm的铬丝切割成2-3mm的小段，随后置于滚筒内与铸钢砂磨料一起滚光磨圆，加工制作直径为0.5-1.5mm的球形喷丸。
进一步，优选的是，步骤二中，采用砂纸和打磨机打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺。
进一步，优选的是，步骤四中，将清洗过的钛合金工件放进加热炉进行烘干，烘干温度为150-200℃，烘干时间为40-60min。
进一步，优选的是，步骤六中，用丙酮清洗5-10min，温度15-25℃。
进一步，优选的是，步骤六中，将清洗后的钛合金工件放入烘干机进行烘干，烘干温度为100-150℃，烘干时间为15-20min。
本发明创新性的使用铬作为喷丸的原材料，铬有较好的延展性、耐磨性，而且化学性质不活泼，具有较强的抗腐蚀能力。通过铬的高能喷丸处理，能够在其表面形成纳米层组织，同时铬元素会扩散到金属表面，铬的活泼性弱于钛，不会降低基体钛的耐蚀性。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明利用高能喷丸过程中铬丸轰击钛合金表层，形成一个掺杂铬元素的异质层状结构，提高钛合金的表面硬度和耐蚀性，优化表面性能。
本发明方法工艺设计简单操作方便，能够有效解决传统钛合金耐腐蚀性能不足，强腐蚀环境综合服役性能不足的问题。采用此方法处理的钛合金表面耐腐蚀性好，硬度高，能显著提高传统钛合金的耐腐蚀性能和电化学耐蚀性，可延长钛材的使用寿命，获得明显的经济效益。
对工业纯钛、普通喷丸加工的纯钛和采用本发明方法铬丸加工的纯钛采用电化学工作站中的恒电位仪进行动电位极化测试。通过动态电位扫描测试测定极化曲线来分析样品在NaCl溶液中的自腐蚀电位和腐蚀电流密度来揭示其耐腐蚀性能。通常自腐蚀电位Ecorr 可用来粗略评价材料的耐蚀性，Ecorr 越高，材料的耐蚀性越好。腐蚀电流密度Icorr可以用来评价材料的耐蚀性，Icorr越小，说明腐蚀速率越慢，材料的耐蚀性越好。结果如表1。
表1
由此表1可见，高能喷丸加工能提高钛的耐蚀性，其中本发明采用的铬丸能显著提高工业纯钛的耐蚀性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
一种通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，包括如下步骤：
步骤一，制作喷丸：制作直径为0.5mm、材质为铬的球形喷丸；
步骤二，打磨整形：打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺；
步骤三，酸洗：将打磨后的表面用氢氟酸和硝酸按体积比1：2的混合酸清洗，以除去打磨过后表面残余的氧化层及毛刺；
步骤四，烘干：将酸洗过的钛合金工件进行烘干；
步骤五，喷丸加工：用气动式数控喷丸设备，将钛合金工件用夹具固定在夹具座上，打开送料风管上的阀门，设定振动频率为45Hz，喷丸时间为30分钟，喷射距离60mm，喷射速率50mm/min，对钛合金工件进行加工；
步骤六，超声波清洗：将喷丸后的钛合金工件放入超声波清洗机里，用丙酮清洗，除去喷丸加工过程中表面附着的杂质；
步骤七，烘干：将清洗后的钛合金工件进行烘干。
实施例2
一种通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，包括如下步骤：
步骤一，将直径为2mm的铬丝切割成2mm的小段，随后置于滚筒内与铸钢砂磨料一起滚光磨圆，加工制作直径为0.5mm的球形喷丸；
步骤二，打磨整形：打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺；具体为：采用砂纸和打磨机打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺
步骤三，酸洗：将打磨后的表面用氢氟酸和硝酸按体积比1：2的混合酸清洗，以除去打磨过后表面残余的氧化层及毛刺；
步骤四，烘干：将酸洗过的钛合金工件进行烘干；具体为：将清洗过的钛合金工件放进加热炉进行烘干，烘干温度为150℃，烘干时间为40min。
步骤五，喷丸加工：用气动式数控喷丸设备，将钛合金工件用夹具固定在夹具座上，打开送料风管上的阀门，设定振动频率为45Hz，喷丸时间为30分钟，喷射距离60mm，喷射速率50mm/min，对钛合金工件进行加工；
步骤六，超声波清洗：将喷丸后的钛合金工件放入超声波清洗机里，用丙酮清洗，除去喷丸加工过程中表面附着的杂质；具体为：用丙酮清洗5min，温度15℃。
步骤七，烘干：将清洗后的钛合金工件进行烘干。具体为：将清洗后的钛合金工件放入烘干机进行烘干，烘干温度为100℃，烘干时间为15min。
实施例3
一种通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，包括如下步骤：
步骤一，将直径为3mm的铬丝切割成3mm的小段，随后置于滚筒内与铸钢砂磨料一起滚光磨圆，加工制作直径为1.5mm的球形喷丸；
步骤二，打磨整形：打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺；具体为：采用砂纸和打磨机打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺
步骤三，酸洗：将打磨后的表面用氢氟酸和硝酸按体积比1：4的混合酸清洗，以除去打磨过后表面残余的氧化层及毛刺；
步骤四，烘干：将酸洗过的钛合金工件进行烘干；具体为：将清洗过的钛合金工件放进加热炉进行烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为60min。
步骤五，喷丸加工：用气动式数控喷丸设备，将钛合金工件用夹具固定在夹具座上，打开送料风管上的阀门，设定振动频率为50Hz，喷丸时间为90分钟，喷射距离100mm，喷射速率70mm/min，对钛合金工件进行加工；
步骤六，超声波清洗：将喷丸后的钛合金工件放入超声波清洗机里，用丙酮清洗，除去喷丸加工过程中表面附着的杂质；具体为：用丙酮清洗10min，温度25℃。
步骤七，烘干：将清洗后的钛合金工件进行烘干。具体为：将清洗后的钛合金工件放入烘干机进行烘干，烘干温度为150℃，烘干时间为20min。
实施例4
一种通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，包括如下步骤：
步骤一，将直径为2.5mm的铬丝切割成2.5mm的小段，随后置于滚筒内与铸钢砂磨料一起滚光磨圆，加工制作直径为1mm的球形喷丸；
步骤二，打磨整形：打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺；具体为：采用砂纸和打磨机打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺
步骤三，酸洗：将打磨后的表面用氢氟酸和硝酸按体积比1：3的混合酸清洗，以除去打磨过后表面残余的氧化层及毛刺；
步骤四，烘干：将酸洗过的钛合金工件进行烘干；具体为：将清洗过的钛合金工件放进加热炉进行烘干，烘干温度为180℃，烘干时间为50min。
步骤五，喷丸加工：用气动式数控喷丸设备，将钛合金工件用夹具固定在夹具座上，打开送料风管上的阀门，设定振动频率为48Hz，喷丸时间为60分钟，喷射距离80mm，喷射速率60mm/min，对钛合金工件进行加工；
步骤六，超声波清洗：将喷丸后的钛合金工件放入超声波清洗机里，用丙酮清洗，除去喷丸加工过程中表面附着的杂质；具体为：用丙酮清洗7min，温度20℃。
步骤七，烘干：将清洗后的钛合金工件进行烘干。具体为：将清洗后的钛合金工件放入烘干机进行烘干，烘干温度为120℃，烘干时间为17min。
应用实例
1、选取TC4钛合金，将其板材切割成76mm*19mm*4mm钛合金工件，并制作直径为0.5-1.5mm、材质为铬的球形喷丸；
2、打磨整形：打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺
3、将打磨后的表面用氢氟酸和硝酸按体积比1：3进行酸洗；
4、将酸洗过的钛合金工件进行烘干
5、采用气动式数控喷丸设备，振动频率48Hz，喷射距离100mm，喷射速率60mm/min，弹丸直径1.5mm，喷丸时间60min；
6、超声波清洗：将喷丸后的钛合金工件放入超声波清洗机里，用丙酮清洗
7、将清洗后的钛合金工件进行烘干
经过高能喷丸处理，实现了TC4的表面纳米化，即表面产生一个晶粒尺寸相较内部更小的结构即纳米层组织，而且显著提升了其耐腐蚀性能和表面硬度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，制作喷丸：制作直径为0.5-1.5mm、材质为铬的球形喷丸；
步骤二，打磨整形：打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺；
步骤三，酸洗：将打磨后的表面用氢氟酸和硝酸按体积比1：2~4的混合酸清洗，以除去打磨过后表面残余的氧化层及毛刺；
步骤四，烘干：将酸洗过的钛合金工件进行烘干；
步骤五，喷丸加工：用气动式数控喷丸设备，将钛合金工件用夹具固定在夹具座上，打开送料风管上的阀门，设定振动频率为45-50Hz，喷丸时间为30-90分钟，喷射距离60-100mm，喷射速率50mm/min-70mm/min，对钛合金工件进行加工；
步骤六，超声波清洗：将喷丸后的钛合金工件放入超声波清洗机里，用丙酮清洗，除去喷丸加工过程中表面附着的杂质；
步骤七，烘干：将清洗后的钛合金工件进行烘干。
2.根据权利要求1所述的通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，其特征在于，步骤一中，将直径为2-3mm的铬丝切割成2-3mm的小段，随后置于滚筒内与铸钢砂磨料一起滚光磨圆，加工制作直径为0.5-1.5mm的球形喷丸。
3.根据权利要求1所述的通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，其特征在于，步骤二中，采用砂纸和打磨机打磨清理掉钛合金工件表面的氧化层及毛刺。
4.根据权利要求1所述的通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，其特征在于，步骤四中，将清洗过的钛合金工件放进加热炉进行烘干，烘干温度为150-200℃，烘干时间为40-60min。
5.根据权利要求1所述的通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，其特征在于，步骤六中，用丙酮清洗5-10min，温度15-25℃。
6.根据权利要求1所述的通过高能喷丸提高钛合金表面耐蚀的方法，其特征在于，步骤七中，将清洗后的钛合金工件放入烘干机进行烘干，烘干温度为100-150℃，烘干时间为15-20min。
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