CN115026364A - 一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微细加工领域，涉及一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液及方法。本发明在钛合金电解加工过程中，为了达到有效去除钝化层的目的，需要用“激活”电解液的介质。通常，这些“激活”电解液中都含有一些特定离子，大多是Cl‑和Br‑等卤素离子，所以现阶段钛合金电解加工用的电解液大多数含有NaCl和KBr，这些卤素离子在整个反应过程中起到类似催化剂的作用。本发明通过在电解液中加入卤素离子F‑，使得在不影响电解液导电率、流动性等基本性能和较高加工效率的前提下，降低对非加工面钛合金钝化膜的激活作用，从而达到降低非加工面点蚀产生的效果。
Description
技术领域
本发明属于微细加工领域，涉及一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液及方法。
背景技术
钛及钛合金是航空航天领域青睐的选材，尤其应用在发动机叶片、整体叶盘等部件上。近些年，由于钛合金出色的耐腐蚀能力，其应用领域得到了很大的延伸，例如在发电站、石油化工厂、船舶甚至医疗领域，都可以看到钛及钛合金的身影。
加工金属的通常方法是机械加工，钛合金常用的机械加工方法有车削、钻削、铣削、磨削、电火花加工等，但是与传统金属相比，钛合金的机械加工性能较差，主要表现在导热系数小、比热小、弹性模量低、化学活性强等方面。近年来，电解加工作为一种可以有效克服钛合金机械加工短板的加工方式受到越来越多的关注。
电解加工是利用金属在特定电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工手段。电解加工是利用工具阴极不断地向阳极进给，缩短与阳极待加工工件之间的间隙，施加电压，使得工件上的金属不断被电解溶解后被快速流动电解液带走，最终形成与阴极形状相似的阳极的过程。电解加工相比于普通的机械加工有很多优势，如加工效率高、成型精度高、适用材料范围广、加工工具无磨损、工件上不产生应力等。因此，电解加工的钛合金工件不但应用在整体叶盘等非常精密的部件的制造过程中，也在承力隔框、机翼翼盒、起落架梁和航空发动机机匣等主要承力零件上也有广泛应用。
钛合金在电解液中进行电解加工的过程中，自身形成的钝化膜会阻碍电解加工的顺利进行，同时，在电解加工的过程中，随着钛裸露在电解液中，金属也会不断地产生新的钝化膜阻碍阳极溶解。所以，电解加工施加的电压需要能够稳定地击穿钝化膜，即在金属阳极表面形成一个电化学加工的过电位，电解加工才能得以稳定进行。对于钛合金来说，电解加工的过程就是由局部的钝化膜破裂开始形成点蚀，随后点蚀坑叠加直到露出基体，基体金属不断溶解并在表面交替性形成点蚀和钝化的过程。然而，由于电解加工本身电场分布的特性，电流也有可能通过非加工面进行传导，因此就会对钛合金的非加工表面产生杂散电流腐蚀，杂散电流腐蚀的主要形态就是点蚀，从而对零件的非加工面的表面完整性产生不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液。
为达到本发明的目的，采取的技术方案是：
一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液，由去离子水、氯化钠、硝酸钠、氟化钠组成，溶质钠盐的浓度为90g-110g/L，氟离子浓度为16g-20g/L。
所述氯离子浓度为22g-26g/L。
所述硝酸根离子浓度为12g-16g/L。
所述氯离子浓度为22g-26g/L、硝酸根离子浓度为12g-16g/L。
配置所述溶液时温度应小于35℃，湿度小于70％。
所述钛合金是，按照质量百分比，铝(Al)元素含量5.5％-6.8％，钒(V)元素含量为3.5-4.5％，,铁(Fe)元素含量≤0.30％,碳(C)元素含量≤0.10％,氮(N)元素含量≤0.05％,氢(H)元素含量≤0.015％,氧(O)元素含量≤0.20％，其余质量为钛Ti元素的合金。
一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的加工方法，采用如上所述的电解液，其加工电压为16-20V，电解液温度为35±2℃，加工间隙为0.2mm±0.02mm，随着阴极不停的向阳极进给，电解加工出特定形状的钛合金。
本发明有益效果：在钛合金电解加工过程中，为了达到有效去除钝化层的目的，需要用到叫做“激活”电解液的介质。通常，这些“激活”电解液中都含有一些特定离子，大多是Cl-和Br-等卤素离子，所以现阶段钛合金电解加工用的电解液大多数含有NaCl和KBr，这些卤素离子在整个反应过程中起到类似催化剂的作用。本发明通过在电解液中加入卤素离子F-，使得在不影响电解液导电率、流动性等基本性能和较高加工效率的前提下，降低对非加工面钛合金钝化膜的激活作用，从而达到降低非加工面点蚀产生的效果。
附图说明
图1用本发明的电解液电解加工钛合金非加工面光学显微镜照片示意图，
图2用本发明的电解液电解加工钛合金非加工面光学显微镜照片示意图，
图3用常规电解液(10％NaCl溶液)电解加工钛合金非加工面光学显微镜照片示意图，
图4用常规电解液(8％NaCl溶液+2％NaNO3)电解加工钛合金非加工面光学显微镜照片示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明。
一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液，由去离子水、氯化钠、硝酸钠、氟化钠组成，溶质钠盐的浓度为90g-110g/L，氟离子浓度为16g-20g/L。
当氯离子浓度为22g-26g/L或硝酸根离子浓度为12g-16g/L或氯离子浓度为22g-26g/L、硝酸根离子浓度为12g-16g/L时，会有更好的技术效果。
本发明适用的钛合金是，按照质量百分比，铝(Al)元素含量5.5％-6.8％，钒(V)元素含量为3.5-4.5％，,铁(Fe)元素含量≤0.30％,碳(C)元素含量≤0.10％,氮(N)元素含量≤0.05％,氢(H)元素含量≤0.015％,氧(O)元素含量≤0.20％，其余质量为钛Ti元素的合金。
一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的加工方法，采用如上所述的电解液，其加工电压为16-20V，电解液温度为35±2℃，加工间隙为0.2mm±0.02mm，随着阴极不停的向阳极进给，电解加工出特定形状的钛合金。所述加工间隙是0.2mm±0.02mm
实施例1
试验所用的氯化钠、硝酸钠、氟化钠均为分析纯。试验所用钛合金为TC4钛合金，按照质量百分比，铝(Al)元素含量5.54％，钒(V)元素含量为4.31％，其余质量为钛(Ti)元素的合金。
按照下述方法进行实施：
将本发明的此种电解液倒入进行电解加工的设备中，调整加工电压为16V，电解液温度为35℃，加工间隙为0.18mm，在进给速度调整好后，在阳极和阴极之间通入流动的此电解液，随着阴极不停的向阳极进给，电解加工出特定形状的钛合金。
图1用发明的电解液电解加工钛合金非加工面光学显微镜照片，如图可以看到非加工面上的钛合金基本保持了原有的表面形貌，磨痕上基本看不到点蚀的出现。
实施例2
试验所用的氯化钠、硝酸钠、氟化钠均为分析纯。试验所用钛合金为TC4钛合金，按照质量百分比，铝(Al)元素含量5.54％，钒(V)元素含量为4.31％，其余质量为钛(Ti)元素的合金。
按照下述方法进行实施：
将本发明的此种电解液倒入进行电解加工的设备中，调整加工电压为20V，电解液温度为36℃，加工间隙为0.22mm，在进给速度调整好后，在阳极和阴极之间通入流动的此电解液，随着阴极不停的向阳极进给，电解加工出特定形状的钛合金。
图2用本发明的电解液电解加工钛合金非加工面光学显微镜照片，如图可以看到非加工面上的钛合金基本保持了原有的表面形貌，磨痕上基本看不到点蚀的出现
分别用本发明的电解液和常规电解液1(10％NaCl溶液)以及常规电解液2(8％NaCl溶液+2％NaNO3)加工出钛合金的零件，对非加工面进行光学显微镜观察得到图1-图4。如图可以看到发明所述电解液对于减轻钛合金电解加工非加工面点蚀的促进作用。
图3用常规电解液(10％NaCl溶液)电解加工钛合金非加工面光学显微镜照片，可以看到表面出现由于加工过程中的杂散电流对钛合金表面造成的密集密集点蚀坑。
图4用常规电解液(8％NaCl溶液+2％NaNO3)电解加工钛合金非加工面光学显微镜照片，可以看到表面出现由于加工过程中的杂散电流对钛合金表面造成的密集密集点蚀坑，点蚀坑主要沿着机械划痕的位置出现。
Claims (8)
1.一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液，其特征在于，由去离子水、氯化钠、硝酸钠、氟化钠组成，溶质钠盐的浓度为90g-110g/L，氟离子浓度为16g-20g/L。
2.根据权利要求1所述的一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液，其特征在于，配置所述溶液时温度应小于35℃，湿度小于70％。
3.根据权利要求1所述的一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液，其特征在于，氯离子浓度为22g-26g/L。
4.根据权利要求1所述的一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液，其特征在于，硝酸根离子浓度为12g-16g/L。
5.根据权利要求1所述的一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液，其特征在于，氯离子浓度为22g-26g/L、硝酸根离子浓度为12g-16g/L。
6.根据权利要求1所述的一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液，其特征在于，所述钛合金是，按照质量百分比，铝Al元素含量5.5％-6.8％，钒V元素含量为3.5-4.5％，,铁Fe元素含量≤0.30％,碳C元素含量≤0.10％,氮N元素含量≤0.05％,氢H元素含量≤0.015％,氧O元素含量≤0.20％，其余质量为钛Ti元素的合金。
7.根据权利要求1所述的一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的电解液，其特征在于，氯化钠纯度为99.5％，硝酸钠、氟化钠纯度为99％。
8.一种减少钛合金电解加工条件下点蚀产生的加工方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任意一项所述的电解液，其加工电压为16-20V，电解液温度为35±2℃，加工间隙为0.2mm±0.02mm，随着阴极不停的向阳极进给，电解加工出特定形状的钛合金。
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