CN115369411B - 一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钛及钛合金表面处理技术领域，尤其是涉及一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺，步骤包括：待洁净样品准备、脱脂、清洁、烘干；清洁时使用的清洗液不含强酸。本发明使用环保型弱碱性脱脂剂与环保型酸性清洁剂代替传统的强碱与强酸清洗剂清洁，整个清洁过程绿色环保，无强酸、无废酸产生，符合国家产业发展方向，同时结合特定的工艺条件使得洁净后的板卷表面光亮，适合加工高端钛及钛合金产品，在洁净过程中无粉尘，无污染、工艺安全环保。

Description

一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺

技术领域

本发明涉及钛及钛合金表面处理技术领域，尤其是涉及一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺。

技术背景

我国钛及钛合金生产企业有几百家，自主研发能力较好、产品技术含量较高、品牌特色较优的企业数量较少，大部分企业集中在中低端领域，特别是低端市场产能过剩，竞争较为激烈。我国石化、航空航天、电力、海洋工程等行业对高端钛合金产品需求持续旺盛，钛及钛合金市场需求正在由中低端领域向中高端领域转移。但我国高端钛及钛合金生产企业数量较少，市场供给不足。现阶段，我国钛及钛合金产品仅有10%应用于高端领域，而美国50%的钛及钛合金产品应用于高端领域，我国钛及钛合金行业与发达国家相比差距较大。随着我国大飞机制造逐步放量、军用飞机持续升级，航空工业对钛及钛合金需求将持续提升。从2018年我国钛合金产品进口单价来看，进口单价远高于出口单价，表明我国高端钛合金产品供给不足，市场依赖进口。行业需持续提升研发创新能力，提高产品性能，开发新功能产品，加快高端钛合金市场进口替代步伐。2017年，我国钛材产量在3300万吨左右，2018年行业产量出现下降。受市场需求走弱、港口库存高企、经济形势不乐观等因素的影响，2018年，我国钛合金行业大型企业开工率较好，小型企业复产谨慎，行业整体产量下降。在我国高端钛合金市场需求增长的情况下，技术水平较高的大型企业未来发展潜力更大。据行业分析人士表示，国家政策对高科技产业的重视程度不断增加，国内航空航天、船舶、海洋工程、交通、军事等领域对高端材料的需求不断增长，高端钛合金生产战略意义重大，钛合金行业调整产品结构、向高端领域转移成为必然趋势。因此，钛合金行业对生产企业的技术要求将会越来越高，企业只有不断提高核心竞争力才能获得进一步发展，未来，钛合金行业进入技术壁垒将持续提升。根据《2019-2023年钛合金行业市场深度调研及投资前景预测分析报告》显示，全球钛合金产能主要集中在中国、美国、俄罗斯、日本等国，2010年，中国超越美国成为全球最大的钛合金生产国。美国钛合金产品主要为高端产品，主要应用于航空领域，而我国钛合金产品主要集中在中低端领域，技术含量较低，主要应用于工业领域。相较于美国，我国钛合金行业大而不强，整体竞争力较弱。因此，优化钛合金生产和表面洁净工艺，应用环保生态的钛板洁净工艺清洁钛板，提升钛板表面质量，扩大钛材在高端领域的应用份额是我们未来的发展方向。

钛及钛合金板材在加工过程中，炉内加热、热轧等工序使板材不可避免暴露于空气之中，因而板材表面会形成氧化层，在后续的冷轧和冷加工过程中要去除钛及钛合金表面的氧化层。一般的冷轧钛及钛合金板材生产工艺为：

强碱/强酸清洗→烘干→退火→强碱清洗→平整→产品；专利CN102310314B提高了一种钛及钛合金带卷加工方法，其虽然在在一定程度上提高了加工效率并且，提高成材率，但是其冷轧钛带表面进行酸洗等过程还是存在环境不友好等缺陷。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提高了一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺，步骤包括：待洁净样品准备、脱脂、清洁、烘干；清洁时使用的清洗液不含强酸。

所述待洁净样品为冷轧钛或钛合金卷。

脱脂的目的是是去除表面的油污和油脂，将样品放在清洗槽中进行脱脂，在一些实施方式中，脱脂时的仪器为：在清洗槽中安装超声波和刷辊。

清洗槽中装有的脱脂液为2～8wt%的脱脂剂水溶液；优选的，清洗槽中装有的脱脂液为3～5wt%的脱脂剂水溶液。

在本发明中，脱脂剂水溶液是由脱脂剂和水混合均匀得到，在一些实施方式中，所述脱脂剂为SELRNA D2202脱脂剂，具体的脱脂液为SELRNA D2202脱脂剂水溶液。

所述SELRNA D2202脱脂剂购自塞尔纳新材料（武汉）有限公司。

在本发明体系中冷轧钛及钛合金板材表面洁净的时候使用环保的弱碱性SELRNAD2202脱脂剂，并且降低了脱脂液中脱脂剂的浓度，与氢氧化钾或氢氧化钠等强碱脱脂剂相比不会对钛类金属表面产生腐蚀作用，并且其环保性能更好，能够降低废碱液的排放。

所述超声波频率为10～50kHz；优选的，所述超声波频率为20～30kHz。

在本发明中使用较低浓度的弱碱性SELRNA D2202脱脂剂水溶液与特定的超声波频率作用可能更容易产生空化效应，同时使用该超声波频率对样品进行脱脂的过程中，能够更大的产生空化气泡，有利于样品表面污垢的除去，与现有技术相比，本发明在降低了脱脂液中溶质的浓度的同时还能够达到很好的洁净效果。

所述清洗槽内的温度为40～70℃；优选的，所述清洗槽内的温度为50～60℃。

现有技术中一般脱脂温度为70～80℃，发明人通过试验发现在40～70℃尤其是50～60℃温度范围内的洁净效果更好，一方面可能是因为在该温度范围内本发明的脱脂液能够达到更大的活性，另一方面可能是因为在该温度范围内本发明中的脱脂液在超声波的条件下能空化阀值和表面张力能够达到更高的值，使得空化效应更容易发生、声强更大。

所述刷辊为选自尼龙毛刷辊、无纺布刷辊、陶瓷刷辊中的一种；优选的，所述刷辊为尼龙毛刷辊。

现有技术中为了在脱脂过程中避免表面一些固体杂质的影响，常常会先进行清洗然后再进行脱脂，一些除去钛或其合金表面氧化层的方式中将脱脂放在清洁的后面，但是这样会导致样品本身的一些油污和油脂会对影响样品表面氧化层的去除，在本发明体系中，在本发明体系中发明人将在清洗槽中安装超声波和刷辊，将清洗与脱脂工艺结合在一起，省略简化了工艺流程，提高了效率，同时还能够较好的达到脱脂效果。

清洁的目的是去除清除钛及钛合金表面氧化层，所述清洁的方式为：使用清洗液在40～60℃超声波清洗中进行超声波清洗。

所述清洗液中不含硫酸、盐酸等强酸。

现有技术中在去除钛及钛合金表面氧化层的时候常常会使用硫酸、盐酸等强酸来对样品进行清洁，但是强酸不但会有废酸产生，而且还可能会造成表面腐蚀现象不能够有效的去除氧化层。

所述清洗液为10～35wt%的SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂水溶液，SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂水溶液是由SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂与水混合配制得到。

所述SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂购自塞尔纳新材料（武汉）有限公司。

在本发明体系中使用不含强酸的清洗液结合超声波对脱脂后的样品进行清洗不但能够有效的去除钛及钛合金表面氧化层，使用SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂水溶液无废酸产生，更符合国家产业发展方向。

超声波清洗时的超声波频率为10～50kHz；优选的，超声波清洗时的超声波频率为20～30kHz。

发明人在试验中发现，在使用10～35wt%的SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂水溶液清洗液时候需要在超声波中进行清洗，可能是因为SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂的酸性没有强酸的酸性强，需要借助于超声波来实现空化效应，使得氧化层更容易脱离，在研究过程中发现在工艺的实验过程中还需要控制温度和超声波清洗时的超声波频率这样才能够达到更好的洁净效果，可能是因为在在该工艺条件下SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂的蒸气压较低，能够较好的增加空化强度。

在一些实施方式中，环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺的步骤还包括两次漂洗，具体的，对脱脂后的样品进行一次漂洗步骤，对清洁后的样品进行二次漂洗步骤，更具体的，所述环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺，步骤包括：待洁净样品准备、脱脂、一次漂洗、清洁、二次漂洗、烘干。

所述漂洗的方式为水喷淋刷洗漂洗。

经过脱脂和清洁后的样品表面可能含有一些碱液或酸液，使用漂洗的工艺能够有效的去除样品表面的碱液或酸液，有利于后续的工艺步骤的进行。

漂洗时的水压力为0.1～0.8MPa；优选的，漂洗时的水压力为0.2～0.5MPa。

漂洗时的水温为10～40℃。

在本发明中借助一定压力的水对脱脂后的样品和经过清洁后的样品进行漂洗，在样品表面形成水膜，有利于后续工艺的进行，同时借助一定的动能可以有效的清除样品表面一些粗大的附着物。

烘干的温度为80～90℃。

本发明的第二个方面提供了根据客户的需要进一步轧制薄板，将通过上述洁净工艺处理后的冷轧钛及钛合金板材进行退火处理得到退火冷轧工件，将退火冷轧工件冷轧得到轧制薄板，然后重复上述脱脂、漂洗、清洁、漂洗、烘干工艺步骤得到符合客户要求的洁净的冷轧钛及钛合金板材。

退火的处理方式为：750～800℃氦气或氩气的惰性气体气氛下进行退火处理得到退火冷轧工件。

冷轧（是根据客户的需求进行，为本领域通用的工艺处理）。

本发明的第三个方面提供了一种由上述洁净工艺洁净后的冷轧钛或钛合金板材。

本发明中的环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺可以用冷轧钛及钛合金板材表面洁净，在处理得到轧制薄板后还能够使用该工艺处理得到符合客户要求的冷轧钛及钛合金板材。

有益效果：

本发明使用环保型弱碱性脱脂剂与环保型酸性清洁剂代替传统的强碱与强酸清洗剂清洁，整个清洁过程绿色环保，无强酸、无废酸产生，符合国家产业发展方向，同时结合特定的工艺条件使得洁净后的板卷表面光亮，适合加工高端钛及钛合金产品，在洁净过程中无粉尘，无污染、工艺安全环保。

附图说明

图1为实施例1中钛合金卷样品的图片；

图2为实施例1中洁净的钛合金卷的图片；

图3为对比例中钛合金卷样品的图片；

图4为对比例中烘干后洁净的钛合金卷的图片。

具体实施方式

实施例1

一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺，步骤包括：

待洁净样品准备：准备钛合金卷样品；

脱脂：将样品放在清洗槽中进行清洗，在清洗槽中安装超声波和刷辊，清洗槽中装有的脱脂液为4wt%的脱脂剂水溶液，脱脂剂水溶液由脱脂剂和水混合均匀得到，所述脱脂剂为SELRNA D2202脱脂剂（购自塞尔纳新材料（武汉）有限公司），清洗槽内的温度为55℃，超声波频率20kHz，刷辊为尼龙毛刷辊；

一次漂洗：将脱脂后的样品使用水喷淋刷洗漂洗，漂洗时的水压力为0.3MPa，水温为10℃；

清洁：使用清洗液在50℃超声波清洗中对一次漂洗后的样品进行超声波清洗，所述清洗液为20wt%的SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂水溶液，SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂水溶液是由SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂（购自塞尔纳新材料（武汉）有限公司）与水混合配制得到，超声波清洗时的超声波频率为20kHz；

二次漂洗：将清洁后的样品使用水喷淋刷洗漂洗，漂洗时的水压力为0.3MPa，水温为20℃；

烘干：将二次漂洗在80℃烘干得到洁净的钛合金卷。

如图1～2所示，图1为钛合金卷样品的图片，其表面发黑，图2为洁净的钛合金卷的图片，其表面光亮。

实施例2

一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺，步骤包括：

待洁净样品准备：准备冷轧钛样品；

脱脂：将样品放在清洗槽中进行清洗，在清洗槽中安装超声波和刷辊，清洗槽中装有的脱脂液为5wt%的脱脂剂水溶液，脱脂剂水溶液由脱脂剂和水混合均匀得到，所述脱脂剂为SELRNA D2202脱脂剂（购自塞尔纳新材料（武汉）有限公司），清洗槽内的温度为60℃，超声波频率25kHz，刷辊为尼龙毛刷辊；

一次漂洗：将脱脂后的样品使用水喷淋刷洗漂洗，漂洗时的水压力为0.5MPa，水温为30℃；

清洁：使用清洗液在52℃超声波清洗中对一次漂洗后的样品进行超声波清洗，所述清洗液为30wt%的SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂水溶液，SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂水溶液是由SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂（购自塞尔纳新材料（武汉）有限公司）与水混合配制得到，超声波清洗时的超声波频率为25kHz；

二次漂洗：将清洁后的样品使用水喷淋刷洗漂洗，漂洗时的水压力为0.5MPa，水温为20℃；

烘干：将二次漂洗在85℃烘干得到洁净的钛合金卷。

退火：将洁净的冷轧钛在800℃氦气的惰性气体气氛下进行退火处理得到退火冷轧工件；

冷轧：根据客户的需求需要进一步轧制冷轧钛薄板；

重复脱脂、一次漂洗、清洁、二次漂洗、烘干步骤得到符合客户要求的洁净的冷轧钛及钛合金板材。

对比例

一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺，步骤包括：

待洁净样品准备：准备钛合金卷样品；

浸泡：将样品放在浸泡槽中进行浸泡，浸泡槽中装有3wt%强碱脱脂剂（市场购买）水溶液，浸泡槽温度为70℃；

碱刷洗：对样品进行刷洗；

电解脱脂：对刷洗后的样品进行电流脱脂，电解电流2600A，电流密度10A/dm²、碱点为45g/L、电解温度为70℃；

漂洗：将脱脂后的样品使用水喷淋刷洗漂洗，漂洗时的水压力为0.3MPa，水温为60℃；

烘干：将漂洗在80℃烘干得到洁净的钛合金卷；

退火：将洁净的冷轧钛在800℃氦气的惰性气体气氛下进行退火处理得到退火冷轧工件。

如图3～4所示，图3为钛合金卷样品的图片，其表面发黑，图4为烘干后洁净的钛合金卷的图片，其表面发黑有黄斑。

Claims (4)

1.一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺，其特征在于，步骤包括：待洁净样品准备、脱脂、清洁、烘干；脱脂时将样品放在清洗槽中进行清洗，在清洗槽中安装超声波和刷辊，清洗槽中装有的脱脂液为2-8wt％的脱脂剂水溶液；所述的脱脂剂水溶液为SELRNAD2202脱脂剂水溶液，所述超声波频率为10-50kHz，所述清洗槽内的温度为40-70℃；清洁时使用的清洗液不含强酸，所述清洁的方式为：使用清洗液在40-60℃超声波清洗中进行超声波清洗，超声波清洗时的超声波频率为10-50kHz，所述清洗液为10-35wt％的SELRNA PS-7环保型酸性清洗剂水溶液。

2.根据权利要求1所述的一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺，其特征在于，所述刷辊为选自尼龙毛刷辊、无纺布刷辊、陶瓷刷辊中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的一种环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺，其特征在于，环保的冷轧钛及钛合金板材表面洁净工艺的步骤还包括两次漂洗。

4.一种根据权利要求1～3任一项洁净工艺洁净后的冷轧钛或钛合金板材。