CN116590712A - 一种3d打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种3D打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法，涉及抛光技术领域。本发明提供的3D打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法，包括以下步骤：将氢氟酸、硝酸和水混合，得到抛光液；所述氢氟酸、硝酸和水的体积比为1:(1～5):(10～30)；将所述抛光液加热至40～80℃，得到热抛光液；将所述热抛光液浸泡或引流于3D打印钛合金零件待抛光部位进行化学抛光。本发明以氢氟酸、硝酸和水以体积比为1:(1～5):(10～30)形成的混合液作为抛光液，并且严格控制化学抛光的工艺条件，能够有效去除3D打印钛合金零件复杂表面存在的焊瘤、粘连粉末以及亚表面缺陷，具有抛光效率高、抛光效果好、抛光条件易控制的优点。
Description
技术领域
本发明涉及抛光技术领域，特别涉及一种3D打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法。
背景技术
激光选区熔化(SLM)3D打印技术适合制造金属复杂零件，能够近净成形，对于非装配面，基本无需机加工，表面经过后处理抛光后即可使用。表面后处理抛光的方法主要有磨粒流、电化学腐蚀和化学腐蚀。其中，磨粒流需要针对具体零件制造专用工装，且对于比较细小的内流道无法抛光；电化学腐蚀抛光需要制造与抛光面形状相符合的电极，不适用于复杂表面和比较细小或弯曲的内流道抛光；化学腐蚀抛光不需要专用工装，且不受零件形状、尺寸、内表面路径的影响，适用面最为广泛。因此，开发针对3D打印零件复杂表面的化学抛光方法具有巨大的应用需求。然而，目前的化学抛光均针对传统方法制造的零件，对SLM3D打印零件表面存在的焊瘤、粘连粉末以及亚表面缺陷难以有效去除，抛光效果不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种3D打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法。采用本发明提供的方法对3D打印钛合金零件复杂表面进行化学抛光，抛光效率高、抛光效果好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种3D打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法，包括以下步骤：
将氢氟酸、硝酸和水混合，得到抛光液；所述氢氟酸、硝酸和水的体积比为1:(1～5):(10～30)；
将所述抛光液加热至40～80℃，得到热抛光液；
将所述热抛光液浸泡或引流于3D打印钛合金零件待抛光部位进行化学抛光。
优选地，所述氢氟酸、硝酸和水的体积比为1:(2～3):(15～25)。
优选地，所述浸泡时，对热抛光液进行搅拌，所述搅拌的速度为60～180r/min。
优选地，使用泵和管材将所述热抛光液进行引流。
优选地，所述引流时，热抛光液的流速为200～2000mm/min。
优选地，所述化学抛光的时间为5～60min。
优选地，所述化学抛光前，还包括将所述3D打印钛合金零件依次进行清洗和干燥。
优选地，所述清洗为超声清洗，所述超声清洗的清洗介质为水；所述干燥的温度为80～120℃，时间为0.5～2h。
优选地，所述化学抛光完成后，还包括将所得抛光件依次进行水洗和干燥；所述干燥的温度为80～120℃，时间为0.5～2h。
本发明提供了一种3D打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法，包括以下步骤：将氢氟酸、硝酸和水混合，得到抛光液；所述氢氟酸、硝酸和水的体积比为1:(1～5):(10～30)；将所述抛光液加热至40～80℃，得到热抛光液；将所述热抛光液浸泡或引流于3D打印钛合金零件待抛光部位进行化学抛光。本发明以氢氟酸、硝酸和水以体积比为1:(1～5):(10～30)形成的混合液作为抛光液，并且严格控制化学抛光的工艺条件，能够有效去除3D打印钛合金零件复杂表面存在的焊瘤、粘连粉末以及亚表面缺陷，具有抛光效率高、抛光效果好、抛光条件易控制的优点。
附图说明
图1为实施例1中化学抛光前后的3D打印钛合金零件内流道截面照片，图1中(a)为未抛光内流道截面照片，(b)为化学抛光5min后内流道截面照片，(c)为化学抛光10min后内流道截面照片，(d)为化学抛光20min后内流道截面照片。
具体实施方式
本发明提供了一种3D打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法，包括以下步骤：
将氢氟酸、硝酸和水混合，得到抛光液；所述氢氟酸、硝酸和水的体积比为1:(1～5):(10～30)；
将所述抛光液加热至40～80℃，得到热抛光液；
将所述热抛光液浸泡或引流于3D打印钛合金零件待抛光部位进行化学抛光。
本发明将氢氟酸、硝酸和水混合，得到抛光液。在本发明中，所述氢氟酸、硝酸和水的体积比为1:(1～5):(10～30)，优选为1:(2～3):(15～25)，更优选为1:3:25。在本发明实施例中，所述氢氟酸为40wt.％的HF水溶液，所述硝酸为68wt.％的HNO3水溶液。在本发明中，所述水优选为去离子水。本发明对所述氢氟酸、硝酸和水混合的方法没有特别的要求，保证各组分混合均匀即可；所述混合优选在塑料容器内进行。
得到抛光液后，本发明将所述抛光液加热至40～80℃，得到热抛光液。在本发明中，所述加热的温度优选为60～80℃，本发明优选将所述抛光液放入恒温水浴槽中加热。本发明将所述抛光液的加热温度控制在上述范围，有利于控制抛光速度，能够使抛光液腐蚀能力适中，若加热温度过低，则抛光速度太慢，若加热温度过高，则抛光速度太快。
得到热抛光液后，本发明将所述热抛光液浸泡或引流于3D打印钛合金零件待抛光部位进行化学抛光。在本发明中，所述3D打印钛合金零件优选为通过激光选区熔化(SLM)3D打印技术得到的钛合金零件，本发明对所述钛合金零件的具体材质没有特别的要求，本领域技术人员熟知的钛合金零件均适用于本发明；所述钛合金零件中Ti-6Al-4V零件是用量最大的，因此，本发明实施例中，以Ti-6Al-4V零件为例进行化学抛光。所述化学抛光前，本发明优选将所述3D打印钛合金零件依次进行清洗和干燥。在本发明中，所述清洗优选为超声清洗，所述超声清洗的清洗介质优选为水，本发明通过所述清洗去除3D打印钛合金零件表面的油污和异物；所述干燥的温度优选为80～120℃，更优选为100℃，所述干燥的时间优选为0.5～2h，更优选为0.5～1h。
在本发明中，当所述3D打印钛合金零件待抛光部位为外露表面时，选择浸泡的化学抛光方式。在本发明中，所述浸泡时，优选对所述热抛光液进行搅拌，所述搅拌的速度优选为60～180r/min，更优选为100～150r/min，所述搅拌优选为磁力搅拌。本发明将所述搅拌的速度控制在上述范围，有利于保持酸液(抛光液)的整体均匀，同时冲刷掉零件表面腐蚀产物。
在本发明中，当所述3D打印钛合金零件待抛光部位为细小或弯曲的内流道时，选择引流的化学抛光方式。本发明优选使用泵和管材将所述热抛光液进行引流，即使用泵和管材将所述热抛光液引入内流道内，所述管材优选为塑料管。在本发明中，所述引流时，热抛光液的流速优选为200～2000mm/min，更优选为500～1500mm/min，进一步优选为1000mm/min。本发明将所述热抛光液的流速控制在上述范围内，有利于冲刷掉零件内流道表面的腐蚀产物。
在本发明中，所述化学抛光的时间优选为5～60min，更优选为10～20min，具体根据需要去除的零件表面厚度确定；当采用浸泡的化学抛光方式时，所述化学抛光的时间为热抛光液浸泡3D打印钛合金零件待抛光部位的时间，当采用引流的化学抛光方式时，所述化学抛光的时间为热抛光液流经3D打印钛合金零件待抛光部位的时间。
所述化学抛光完成后，本发明还优选将所得抛光件依次进行水洗和干燥。本发明优选将所述抛光件放入流动水槽中进行水洗，通过所述水洗去除零件表面残留的抛光液。在本发明中，所述干燥的温度优选为80～120℃，更优选为100℃，所述干燥的时间优选为0.5～2h，更优选为0.5～1h。
本发明提供的方法能够有效去除3D打印钛合金零件复杂表面存在的焊瘤、粘连粉末以及亚表面缺陷，具有抛光效率高、抛光效果好、抛光条件易控制的优点。
下面结合实施例对本发明提供的3D打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
SLM 3D打印的钛合金零件Ti-6Al-4V钛合金内流道化学抛光，方法如下：
S1.将氢氟酸(40wt.％)、硝酸(68wt.％)和去离子水按照1:3:25的体积比在塑料容器内混合，得到抛光液；
S2.将配好的抛光液放入恒温水浴槽中加热，温度80℃；
S3.超声波清洗SLM 3D打印的钛合金零件，去除表面油污和异物；将清洗完的零件放入干燥箱中加热去除水分，加热温度100℃，保温时间0.5h；
S4.使用泵和塑料管将抛光液引入流道内，抛光液流速1000mm/min，分别抛光5min、10min、20min；
S5.将化学抛光完的零件取出，放入流动水槽中充分清洗，去除表面残留抛光液；将清洗完的零件放入干燥箱中加热去除水分，加热温度100℃，保温时间0.5h。
图1为化学抛光前后的3D打印钛合金零件内流道截面照片，图1中(a)为未抛光内流道截面照片，(b)为化学抛光5min后内流道截面照片，(c)为化学抛光10min后内流道截面照片，(d)为化学抛光20min后内流道截面照片。由图1可以看出，未抛光内流道表面存在粘连的粉末，随着抛光时间的增加，孔径变大，表面及亚表面均被腐蚀去除，新表面更加光滑。
化学抛光前后的3D打印钛合金零件内流道粗糙度Ra值如表1所示(每个试件测试三次)：
表1化学抛光前后的3D打印钛合金零件内流道粗糙度Ra值
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种3D打印钛合金零件复杂表面的化学抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氢氟酸、硝酸和水混合，得到抛光液；所述氢氟酸、硝酸和水的体积比为1:(1～5):(10～30)；
将所述抛光液加热至40～80℃，得到热抛光液；
将所述热抛光液浸泡或引流于3D打印钛合金零件待抛光部位进行化学抛光。
2.根据权利要求1所述的化学抛光方法，其特征在于，所述氢氟酸、硝酸和水的体积比为1:(2～3):(15～25)。
3.根据权利要求1所述的化学抛光方法，其特征在于，所述浸泡时，对热抛光液进行搅拌，所述搅拌的速度为60～180r/min。
4.根据权利要求1所述的化学抛光方法，其特征在于，使用泵和管材将所述热抛光液进行引流。
5.根据权利要求1或4所述的化学抛光方法，其特征在于，所述引流时，热抛光液的流速为200～2000mm/min。
6.根据权利要求1所述的化学抛光方法，其特征在于，所述化学抛光的时间为5～60min。
7.根据权利要求1所述的化学抛光方法，其特征在于，所述化学抛光前，还包括将所述3D打印钛合金零件依次进行清洗和干燥。
8.根据权利要求7所述的化学抛光方法，其特征在于，所述清洗为超声清洗，所述超声清洗的清洗介质为水；所述干燥的温度为80～120℃，时间为0.5～2h。
9.根据权利要求1或6所述的化学抛光方法，其特征在于，所述化学抛光完成后，还包括将所得抛光件依次进行水洗和干燥；所述干燥的温度为80～120℃，时间为0.5～2h。
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