CN113358448A - 一种铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀剂及其腐蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及宏观金相试样检测技术领域，具体涉及一种铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀剂及其腐蚀方法。本发明所述的铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀剂，包括如下组分：HF 1.5‑2.5％(v/v)，HCl 1.5‑2.5％(v/v)，HNO3 5.5‑6.5％(v/v)及H2O。本发明提出采用混合酸作为腐蚀剂，具有腐蚀效果好、腐蚀时间短、效率高等优点；同时酸浓度较低，腐蚀剂挥发性相对较弱，不仅使操作安全、简单，更便于长期保存。总之，本发明所述的腐蚀剂及其腐蚀方法可满足铝合金搅拌摩擦焊接头的质量检测、工艺验证、工作试件检测、科学研究等工作的需求，解决了铝合金搅拌摩擦焊宏观金相腐蚀难题。

Description

一种铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀剂及其腐蚀方法
技术领域
本发明属于宏观金相试样检测技术领域，具体涉及一种铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀剂及其腐蚀方法。
背景技术
搅拌摩擦焊，是英国焊接研究所(TWI)于20世纪90年代开发的一种基于摩擦焊基本原理的新型固相连接技术。
与传统熔化焊相比，搅拌摩擦焊具有焊缝力学性能好、接头变形轻微、焊接热输入小、无烟尘和飞溅、制造成本低等优点，在航空、航天、船舶、轨道交通等领域得到了迅速发展和广泛应用。
在轨道交通领域，搅拌摩擦焊主要用来焊接铝合金长直焊缝。目前，使用搅拌摩擦焊加工的部件主要有动车组的地板、车钩座板、高压箱底板、裙板等；以及铝合金地铁车体中的车顶、侧墙结构等。
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。目前，铝合金宏观金相检测所用腐蚀剂及相关试验方法均对标于传统的熔化焊接头的检测手段，即采用一定浓度的氢氧化钠碱液作为腐蚀剂浸蚀试样。但搅拌摩擦焊属于固相焊接，其接头组织与熔化焊接头存在较大差别，因此使用常规铝合金宏观金相腐蚀方法检测搅拌摩擦焊接头的效果很差，不仅焊缝形状辨识不清晰，且难以对接头内部的焊接缺陷进行有效观测。此外，由于强碱浓度高，给操作安全带来较大隐患，也不利于腐蚀剂的长时间储存。
发明内容
本发明第一方面提供一种铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀剂。
本发明所述的铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀剂，包括如下组分：HF 1.5-2.5％(v/v)，HCl 1.5-2.5％(v/v)，HNO3 5.5-6.5％(v/v)及H2O。
针对现有铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相检测存在的问题，本发明提出混合酸作为腐蚀剂，并通过调整HF、HCl及HNO3的体积浓度，以相对较低的浓度，通过复配方式提高了腐蚀剂的腐蚀效果及腐蚀速率；同时由于腐蚀剂中HF、HCl和HNO3浓度较低，腐蚀剂挥发性相对较弱，不仅使操作安全、简单，更便于长期保存。总之，本发明所述的腐蚀剂解决了铝合金搅拌摩擦焊宏观金相腐蚀难题。
本发明进一步发现，控制HF、HCl与HNO3的体积比更有助于提高腐蚀剂的腐蚀效果。根据本发明的一些实施例，所述HF、HCl与HNO3的体积比为1:(1-1.2):(3-3.2)；优选为1:1:3。当腐蚀剂多次使用后，其腐蚀性能会下降，可按此比例适度添加。
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：HF 1.9-2.1％(v/v)，HCl 1.9-2.1％(v/v)，HNO3 5.9-6.1％(v/v)及H2O。该腐蚀剂腐蚀效率高、腐蚀效果好、腐蚀效果均一。
本发明的第二方面提供一种铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀方法，包括：采用上述腐蚀剂浸蚀铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相试样。
本发明特别适合用来对铝合金搅拌摩擦焊宏观金相试样进行腐蚀，具有腐蚀效果好、效率高，操作安全、简单等优点，能满足铝合金搅拌摩擦焊接头的质量检测、工艺验证、工作试件检测、科学研究等工作的需求。
本发明在浸蚀铝合金搅拌摩擦焊宏观金相试样之前，须先对试验的检测面进行打磨，控制检测面的粗糙度为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。
本发明所述的腐蚀方法中，所述腐蚀剂的液面应高于铝合金搅拌摩擦焊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铝合金搅拌摩擦焊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，所述浸蚀的时间可根据铝合金牌号确定。相比现有腐蚀方法，采用本发明所述腐蚀方法可显著缩短腐蚀时间。
例如，常温条件下，5XXX系铝合金的腐蚀时间为4～5min；6XXX系铝合金的腐蚀时间为5～6min；7XXX系铝合金的腐蚀时间为2～3min。
本发明所述的腐蚀方法还包括对腐蚀处理后的铝合金搅拌摩擦焊宏观金相试样的后处理，包括酒精清洗、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铝合金搅拌摩擦焊宏观金相试样的腐蚀检测，具有腐蚀效果良好、均一、安全易行等优点。且所述腐蚀剂中酸浓度较低，挥发性较小，安全等级较高，便于长时间储存，可满足轨道交通车辆车体中铝合金搅拌摩擦焊接头的宏观金相检验方面的需求。
附图说明
图1为实施例2的铝合金搅拌摩擦焊接头试样A-1的腐蚀情况。
图2为实施例2的铝合金搅拌摩擦焊接头试样E6-1的腐蚀情况。
图3为对比例1的铝合金搅拌摩擦焊接头试样A-2的腐蚀情况。
图4为对比例1的铝合金搅拌摩擦焊接头试样E6-2的腐蚀情况。
图5为对比例2的6063-T6铝合金金相试样。
图6为对比例3的6063-T6铝合金金相试样。
图7为对比例4的6063-T6铝合金金相试样。
图8为对比例5的6063-T6铝合金金相试样。
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，组成为：90mlH2O+2mlHF+2mlHCl+6mlHNO3。
实施例2
本实施例提供一种铝合金搅拌摩擦焊宏观金相的腐蚀方法。
试样：编号为A-1的6A01-T5铝合金金相试样、编号为E6-1的6063-T6铝合金金相试样。
具体步骤如下：
(1)使用320#、600#砂纸依次对试样的检测面进行打磨。
(2)将试样检测面朝上放入烧杯内。
(3)配置成分为90mlH2O+2mlHF+2mlHCl+6mlHNO3的腐蚀剂，即实施例1所述腐蚀剂。
(4)将腐蚀剂倒入烧杯，直到液面高于试样检测面15mm。
(5)在常温条件下腐蚀6min。
(6)腐蚀完毕后，取出试样，使用酒精清洗，吹干。
对比例1
本对比例提供一种使用常规铝合金弧焊宏观金相的腐蚀方法。
试样：编号为A-2的6A01-T5铝合金金相试样、编号为E6-2的6063-T6铝合金金相试样。
具体试验步骤如下：
(1)使用320#、600#砂纸依次对试样的检测面进行打磨。
(2)将试样检测面朝上放入烧杯内。
(3)配置成分为100mlH2O+15gNaOH的腐蚀剂。
(4)将腐蚀剂倒入烧杯，直到液面高于试样检测面15mm。
(5)在常温条件下腐蚀10min。
(6)腐蚀完毕后，取出试样，使用酒精清洗，吹干。
效果验证
对实施例2及对比例1腐蚀后所得金相试样进行观测，评价腐蚀效果。
试样腐蚀情况见图1-4。
由图可见，实施例2的金相试样焊缝轮廓线清晰，焊缝颜色与母材颜色对比明显，母材晶粒显示清楚。
对比例1的金相试样焊缝轮廓线模糊，焊缝组织观测效果差，母材晶粒显示不清楚。
相比较可知，实施例2的金相试样腐蚀效果明显好于对比例，且耗时更少。
对比例2
本对比例提供一种腐蚀方法，与实施例2的区别仅在于提高HF浓度，具体腐蚀剂配方为：90mlH2O+4mlHF+2mlHCl+6mlHNO3。
结果如图5所示，搅拌摩擦焊接头的腐蚀程度偏重，焊缝轮廓线较为模糊，母材的晶粒清晰度不均一，影响观测效果。
对比例3
本对比例提供一种腐蚀方法，与实施例2的区别仅在于提高HCl浓度，具体腐蚀剂配方为：90mlH2O+2mlHF+4mlHCl+6mlHNO3。
结果如图6所示，搅拌摩擦焊接头的腐蚀程度偏重，焊缝轮廓线较为模糊，母材的晶粒清晰度较差，影响观测效果。
对比例4
本对比例提供一种腐蚀方法，与实施例2的区别仅在于降低HNO3浓度，具体腐蚀剂配方为：90mlH2O+2mlHF+2mlHCl+4mlHNO3。
结果如图7所示，搅拌摩擦焊接头的腐蚀程度偏轻，焊缝轮廓线较为模糊，母材的晶粒清晰度较差，影响观测效果。
对比例5
本对比例提供一种腐蚀方法，与实施例2的区别仅在于提高HNO3浓度，具体腐蚀剂配方为：90mlH2O+2mlHF+2mlHCl+8mlHNO3。
结果如图8所示，搅拌摩擦焊接头的腐蚀程度偏重，焊缝轮廓线较为模糊，母材的晶粒清晰度不均一，焊缝内部出现少许腐蚀坑(箭头所示)，影响观测效果。
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)

1.一种腐蚀剂，其特征在于，包括如下组分：HF 1.5-2.5％(v/v)，HCl 1.5-2.5％(v/v)，HNO3 5.5-6.5％(v/v)及H2O。
2.根据权利要求1所述的腐蚀剂，其特征在于，所述HF、HCl与HNO3的体积比为1:(1-1.2):(3-3.2)。
3.根据权利要求2所述的腐蚀剂，其特征在于，所述HF、HCl与HNO3的体积比为1:1:3。
4.根据权利要求3所述的腐蚀剂，其特征在于，包括如下组分：HF 1.9-2.1％(v/v)，HCl1.9-2.1％(v/v)，HNO3 5.9-6.1％(v/v)及H2O。
5.一种铝合金搅拌摩擦焊接头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试样。
6.根据权利要求5所述铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述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所述铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述腐蚀剂的液面高于所述试样的检测面至少10mm。
8.根据权利要求7所述铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述腐蚀剂的液面高于所述试样的检测面10～15mm。
9.根据权利要求5、6、8任一项所述铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述浸蚀的时间为：
5XXX系铝合金的腐蚀时间为4～5min；
6XXX系铝合金的腐蚀时间为5～6min；
7XXX系铝合金的腐蚀时间为2～3min。
10.根据权利要求5、6、8任一项所述铝合金搅拌摩擦焊接头宏观金相的腐蚀方法，其特征在于，所述的腐蚀方法还包括对腐蚀处理后的铝合金搅拌摩擦焊宏观金相试样的后处理；所述后处理包括酒精清洗及吹干。
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