CN113337822A - 一种不锈钢宏观金相的腐蚀剂及其腐蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金相试样检测技术领域，具体涉及一种不锈钢宏观金相的腐蚀剂及其腐蚀方法。本发明提供的不锈钢宏观金相的腐蚀剂，包括如下组分：HCl 2.5‑3.5％(v/v)，FeCl30.07‑0.09g/mL，HNO31.5‑2.5％(v/v)及H2O。本发明所述的腐蚀剂及腐蚀方法可在保证腐蚀速度及腐蚀效果的前提下显著降低浓盐酸的浓度，且适用于多种焊接方式的焊接接头的宏观金相腐蚀测试工作；特别是适合对大批量的不锈钢宏观金相试样进行腐蚀，具有腐蚀效率高、腐蚀效果好、单次腐蚀试样的数量多、操作过程简单、工作量小、腐蚀效果均一等优点，能满足地铁车辆新车型研制过程中对宏观金相检验方面的需求。此外，本发明所述的腐蚀剂还具有较高的安全性且方便长时间储存。

Description

一种不锈钢宏观金相的腐蚀剂及其腐蚀方法
技术领域
本发明属于金相试样检测技术领域，具体涉及一种不锈钢宏观金相的腐蚀剂及其腐蚀方法。
背景技术
奥氏体不锈钢力学性能优异，且具有良好的焊接性和耐腐蚀能力，被广泛应用于地铁车体结构。
焊接是不锈钢地铁车体的主要连接方式。目前不锈钢地铁车体主要采用电阻点焊、电阻缝焊、MAG焊、TIG焊、激光焊等多种方法进行焊接，焊接接头质量的好坏直接决定了地铁车体的安全可靠性。
焊接接头的宏观金相检验是评估焊接接头质量的重要方法。宏观金相是通过肉眼或体视显微镜观察金属材料的组织，包括宏观晶粒的大小、形态、分布和材料中存在的缺陷，如偏析、缩孔、气孔、裂纹、夹杂物等。根据宏观组织，可以鉴定金属材料的质量、存在的缺陷以及由此造成的金属构件在使用过程中的失效原因。
目前，相关标准推荐的不锈钢宏观金相的检验方法为擦蚀，即在常温条件下，采用擦蚀方式对试样待检测面进行腐蚀；所用腐蚀剂配方为480mlH2O+120mlHCl+50gFeCl3。
然而，在不锈钢地铁车体焊接工艺评定及工作试件的实际检测过程中，通常需要在短时间内完成数以百计的试样宏观金相检测，检测工作量巨大；而现有擦蚀方式效率较低，且仅由操作人员肉眼确定试样的腐蚀程度难免导致同一批试样腐蚀效果不均一。
此外，现有宏观金相腐蚀方法所用腐蚀剂配方中，HCl浓度较高，导致腐蚀剂的腐蚀性及挥发性较强，不仅对试验过程中的安全防护有较高要求，而且难以长时间进行试样腐蚀，也不利于腐蚀剂的长时间储存。
发明内容
本发明的第一方面提供一种不锈钢宏观金相的腐蚀剂。
本发明提供的不锈钢宏观金相的腐蚀剂，包括如下组分：HCl 2.5-3.5％(v/v)，FeCl3 0.07-0.09g/mL，HNO3 1.5-2.5％(v/v)及H2O。
针对现有不锈钢宏观金相腐蚀剂存在的问题，本发明提出引入硝酸以降低腐蚀剂中盐酸的浓度，避免了因盐酸浓度过高而带来的一系列问题。
由于硝酸腐蚀性过强，添加量过多易导致熔合线及接头形貌过度腐蚀，难以满足焊接工艺评定、工作试件检测、设备验证等工作的需求；而添加量过低又无法在保证腐蚀效果的前提下有效降低盐酸浓度。可见，合理有效控制盐酸(质量浓度36％-38％)、硝酸及氧化铁的用量关系对腐蚀效果的保证十分关键。
而且，不锈钢地铁车体通常采用多种焊接方式，如电阻点焊、电阻缝焊、MAG焊、TIG焊、激光焊等，不同焊接方式导致接头对腐蚀反应也不同，因此配制腐蚀剂时还需要考虑这些焊接方式对腐蚀效果及宏观金相分析结果的影响。
本发明通过研究发现，控制盐酸、硝酸及氧化铁的用量关系在上述范围内可在保证腐蚀速度及腐蚀效果的前提下显著降低盐酸的浓度(从现有腐蚀剂的20％v/v降至3％v/v左右)，并且所得腐蚀剂可适用于多种焊接方式的焊接接头的宏观金相腐蚀测试工作。
而且，由于本发明所述腐蚀剂的挥发性较弱，在检测工作中具有较高的安全性且方便长时间储存。此外，本发明所述腐蚀剂可重复利用，大大节约了检测成本。
本发明所述的腐蚀剂特别适合对大批量的不锈钢宏观金相试样进行腐蚀，具有腐蚀效率高、腐蚀效果好、单次腐蚀试样的数量多、操作过程简单、工作量小、腐蚀效果均一等优点，能满足地铁车辆新车型研制过程中对宏观金相检验方面的需求。
本发明进一步研究发现，控制HCl与HNO3的体积比为(2.8-3):2，所得腐蚀剂更容易兼顾腐蚀效率及盐酸用量。优选地，体积比为3:2。当多次使用后，腐蚀剂的腐蚀性能会下降，可按3：2的比例适度添加HCl与HNO3。
作为本发明的具体实施方式之一，所述腐蚀剂包括如下组分：HCl 2.9-3.1％(v/v)，FeCl3 0.07-0.09g/mL，HNO3 1.9-2.1％(v/v)及H2O。该腐蚀剂腐蚀效率高、腐蚀效果好、腐蚀效果均一。
本发明第二方面提供一种不锈钢宏观金相的腐蚀方法。
本发明提供的不锈钢宏观金相的腐蚀方法，包括：采用上述腐蚀剂浸蚀不锈钢宏观金相试样。
采用本发明所述的腐蚀剂单次可完成60～90块宏观金相试样的腐蚀工作，具有腐蚀效率高，腐蚀效果好，单次腐蚀的试样数量多，操作简单，工作量小，腐蚀效果均一等优点，适合对多种焊接方法的接头进行腐蚀，能满足地铁车辆新车型研制过程中对宏观金相检验方面的需求。
在本发明所述的腐蚀方法中，所述不锈钢宏观金相试样的厚度应保持一致，以确保多个试样在容器中的检测面的高度一致，便于添加试剂，也便于观察试样检测面的腐蚀效果。
优选地，所述不锈钢宏观金相试样的厚度为20～25mm，一方面有利于手持试样进行打磨，另一方面不会消耗过多的腐蚀剂，节约检测成本。
本发明在浸蚀不锈钢宏观金相试样之前，须先对试验的检测面进行打磨，控制不锈钢宏观金相试样的检测面的粗糙度为Ra 0.1～0.2μm，以提高腐蚀效果和速率。通常可采用320#、600#砂纸依次对试样进行打磨。
本发明所述腐蚀方法中，不锈钢宏观金相试样的检测面应当朝上，以确保检测面与腐蚀剂充分接触，同时方便观测腐蚀效果。
本发明所述的腐蚀方法中，所述腐蚀剂的液面应高于不锈钢宏观金相试样的检测面至少10mm，以避免因高度差过小导致的腐蚀不均一等问题。优选地，所述腐蚀剂的液面应高于不锈钢宏观金相试样的检测面10～15mm，既保证腐蚀效果又避免浪费腐蚀剂。
本发明所述的腐蚀方法中，所述浸蚀的时间为12～15min。相比现有宏观金相检测方法，采用本发明所述腐蚀剂及腐蚀方法显著缩短腐蚀总时间。
本发明所述的腐蚀方法还包括对腐蚀处理后的不锈钢宏观金相试样的后处理，包括水冲洗、酒精清洗、吹干等。
本发明的有益效果如下：
本发明所述腐蚀剂及腐蚀方法特别适合大批量的不锈钢宏观金相试样，单次即可完成60～90块宏观金相的腐蚀，且试样腐蚀效果良好、均一、稳定，工作量小。而且所述腐蚀剂挥发性小，安全等级高，且适合对多种焊接方法的接头进行腐蚀，满足地铁车辆新车型研制过程中对宏观金相检验方面的需求。
附图说明
图1为不锈钢电阻点焊接头试样的腐蚀情况。
图2为不锈钢电阻缝焊接头试样的腐蚀情况。
图3为不锈钢MAG焊接头试样的腐蚀情况。
图4为不锈钢TIG焊接头试样的腐蚀情况。
图5为不锈钢激光焊接头试样的腐蚀情况。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下实施例中各组分均可通过市售购买得到。
实施例1
本实施例提供一种腐蚀剂配方，由如下组分组成：950mlH2O+30mlHCl+20mlHNO3+80gFeCl3。
实施例2
本实施例提供一种不锈钢宏观金相的腐蚀方法，对80块不锈钢宏观金相试样进行腐蚀，80块不锈钢宏观金相取样于某地铁车体。
具体步骤如下：
(1)检查：检查不锈钢宏观金相试样的厚度是否均一，是否在20～25mm范围内。
(2)打磨：使用320#、600#砂纸依次对试样的检测面进行打磨至检测面的粗糙度为Ra 0.1～0.2μm。
(3)摆放试样：将打磨后的不锈钢宏观金相试样检测面朝上，整齐紧密地摆放在方形塑料盒内。
(4)腐蚀：将实施例1所得腐蚀剂倒入塑料盒内，直到水面高于试样检测面约10mm，浸蚀15min。
(5)冲洗：腐蚀结束后，将腐蚀剂倒入试剂瓶内，取出试样，使用蒸馏水冲洗试样。
(6)清洗吹干：冲洗完成后，使用酒精对试样进行清洗，清洗完成后吹干试样。
效果验证
从实施例2腐蚀处理后的80块不锈钢宏观金相试样中随机挑选电阻点焊、电阻缝焊、MAG焊、TIG焊、激光焊等不同焊接方法的宏观金相试样各一块，验证其腐蚀效果。
试样腐蚀情况见图1-图5。
结果显示：
(1)所有试样的腐蚀效果良好、稳定、均一，熔合线及接头形貌清晰可见，可以满足焊接工艺评定、工作试件检测、设备验证等工作的需求。
(2)腐蚀80块试样累计耗时20min，本方法适合进行大批量不锈钢宏观金相腐蚀。
(3)试验完成后，装入试剂瓶内的腐蚀剂可长期保存，并用于后续检测任务。
(4)多次使用后腐蚀剂的腐蚀性下降，可按3：2的比例适度添加HCl与HNO3。
对比例1
本对比例提供一种腐蚀剂，与实施例1的区别仅在于：HNO3 30ml。
结果显示，由于硝酸浓度过高，导致熔合线及接头形貌过度腐蚀，难以满足焊接工艺评定、工作试件检测、设备验证等工作的需求。
对比例2
本对比例提供一种腐蚀剂，与实施例1的区别仅在于：HNO3 10ml。
结果显示，由于硝酸浓度过低，无法在保证腐蚀效果的前提下有效降低盐酸浓度。
对比例3
本对比例提供一种现有检测方法适用的腐蚀剂，配方为480mlH2O+120mlHCl+50gFeCl3。
采用擦蚀方式对试样待检测面进行腐蚀，结果显示，该擦蚀方式效率较低，且仅由操作人员肉眼确定试样的腐蚀程度难免导致同一批试样腐蚀效果不均一。
对比例4
本对比例提供一种腐蚀方法，与实施例2的区别仅在于：所述腐蚀剂的液面高于不锈钢宏观金相试样的检测面5mm。
结果显示，因高度差过小导致腐蚀不均一的问题。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种不锈钢宏观金相的腐蚀剂，其特征在于，包括如下组分：HCl 2.5-3.5％(v/v)，FeCl3 0.07-0.09g/mL，HNO3 1.5-2.5％(v/v)及H2O。
2.根据权利要求1所述的不锈钢宏观金相的腐蚀剂，其特征在于，所述HCl与HNO3的体积比为(2.8-3):2。
3.根据权利要求2所述的不锈钢宏观金相的腐蚀剂，其特征在于，所述HCl与HNO3的体积比为3:2。
4.根据权利要求3所述的不锈钢宏观金相的腐蚀剂，其特征在于，包括如下组分：HCl2.9-3.1％(v/v)，FeCl3 0.07-0.09g/mL，HNO3 1.9-2.1％(v/v)及H2O。
5.一种不锈钢宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述腐蚀剂浸蚀不锈钢宏观金相试样。
6.根据权利要求5所述的不锈钢宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述不锈钢宏观金相试样的检测面的粗糙度为Ra 0.1～0.2μm。
7.根据权利要求5或6所述的不锈钢宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述腐蚀剂的液面高于不锈钢宏观金相试样的检测面至少10mm。
8.根据权利要求5-7任一项所述的不锈钢宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述浸蚀的时间为12～15min。
9.根据权利要求8所述的不锈钢宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述不锈钢宏观金相试样的厚度保持一致。
10.根据权利要求9所述的不锈钢宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述不锈钢宏观金相试样的厚度为20～25mm。
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