純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液及化銑方法
【專利摘要】本發明涉及化學銑切加工領域，特別是一種可用于純鈦、鈦合金及鈦鋁金屬間化合物等易發生氫脆材料的化銑溶液及化學銑切方法。化銑溶液成份為：氫氟酸20～350g/L，硝酸150～750g/L，氧化劑2～80g/L，緩蝕劑0.5～20g/L，尿素5～200g/L，表面活性劑0.5～25g/L，金屬離子0～100g/L，其余為水。將經過前處理的金屬材料浸入到化銑液中，在35～75℃時對材料進行化銑加工，達到化銑深度時，將零部件取出，并用清水將零部件表面附著的化銑液沖洗干凈。本發明提供的化銑溶液及化銑加工方法可有效控制鈦合金等易氫脆的金屬材料在化銑加工中的吸氫量，降低零部件氫脆危害，處理后的零部件表面粗糙度好，含氫量低，整個化銑過程操作簡單。
【專利說明】純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液及化銑方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及化學銑切加工領域，特別是一種可用于純鈦、鈦合金及鈦鋁金屬間化合物等易發生氫脆材料的化銑溶液及化學銑切方法。

【背景技術】
[0002]化學銑切(化銑)也叫腐蝕加工，是利用酸、堿、鹽等化學溶液對金屬產生化學反應，使金屬溶解，改變工件尺寸和形狀(或表面性能)的一種加工方法。
[0003]化銑加工不受材料硬度和強度的限制，加工過程中不會產生應力、毛刺等缺陷，工件無變形，并且可以同時加工多面、多件，生產效率高。常用于外形復雜的零部件、薄板零部件的余量加工，另外需要大面積銑去表面層的零部件加工也常用化銑的方法。化銑加工操作技術簡單，加工精度高，可用于加工機械加工困難的材料或形狀。
[0004]鈦合金的化銑加工已經成為航空航天零部件成形的可靠加工方法，但在鈦合金零部件化銑過程中的一個突出問題就是酸性溶液下的化銑加工會使零部件的氫含量增加，尤其在α+β型和β型鈦合金中吸氫更為突出。據資料報道，鈦及鈦合金中的氫含量一般不得高于0.0125%~0.015%，否則會出現明顯的氫脆現象，使材料在后續的加工和使用中出現裂紋斷裂。
[0005]鈦鋁金屬間化合物材料密度小，高溫性能好，可以一定溫度范圍內替代密度較大的鎳基高溫合金，有效實現零部件的減重，被認為是最有應用潛力的新一代輕質耐高溫結構材料。但其室溫塑性低，硬度高，加工性能較差。同時，具有本征脆性的鈦鋁金屬間化合物在加工及使用過程中，更要注意防止氫脆現象的產生。


【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液及化銑方法，使上述材料在化銑過程中的吸氫量大大降低，且具有化銑速率可控，表面粗糙度好，工藝控制簡單等優點，無需增加真空除氫工序即可將零部件中的氫含量控制在允許范圍內。
[0007]本發明的技術方案是:
[0008]—種純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液,化銑溶液成分為:氫氟酸20~350g/L,硝酸150~750g/L,氧化劑2~80g/L,緩蝕劑0.5~20g/L,尿素5~200g/L，表面活性劑0.5~25g/L，金屬離子O~100g/L，其余為水。
[0009]所述的純鈦、鈦合金和鈦招金屬間化合物的化統溶液,氧化劑為重鉻酸鹽、鉻酸鹽、溴酸鹽、次氯酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鹽、過二硫酸鹽、高碘酸鹽、高鐵酸鹽、氧化鈷，三氟化鈷、五氧化二釩、二氧化鉛、鉍酸鈉中的一種或兩種以上。
[0010]所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，緩蝕劑為磷酸二氫鈉、磷酸氫鈉、磷酸鈉、偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉、六氟磷酸銨、六次甲基四胺、苯甲酸、三羥基苯甲酸、硫脲、吖啶、吡啶、糠醛中的一種或兩種以上。
[0011] 所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，表面活性劑為苯甲酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、二辛基琥珀酸磺酸鈉、甘膽酸鈉、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸、硬脂酸鈉、烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或兩種以上。
[0012]所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，金屬離子為鈦離子和/或鋁離子，分別以金屬、合金或金屬間化合物的粉末或者顆粒形式加入。
[0013]所述的純鈦、鈦合金和鈦招金屬間化合物的化統溶液的化統方法,包含以下步驟:
[0014](I)將需要進行化銑加工的零部件去除表面灰塵和油污；
[0015](2)將洗凈的零部件浸沒化銑溶液中，在35~75°C下進行化銑加工，達到化銑深度后馬上將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。
[0016]所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液的化銑方法，步驟(1)中，用清水洗去零部件表面灰塵，用乙醇、丙酮或航空汽油洗去表面油污，再用清水清洗干凈并吹干。
[0017]所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液的化銑方法，步驟(2)中，化銑速率為 0.01 ~0.035mm/min。
[0018]本發明的優點和有益效果是:
[0019]1、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物都是難加工材料，本發明的化學銑切方法進行上述材料零部件的后期加工和余量調整，具有生產效率高、成品率高、成本低、操作簡單等優點。
[0020]2、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物都是易吸氫、易氫脆的材料，傳統化銑液會使上述兩種材料尤其是α+β型和β型的鈦材料在化銑過程中氫含量大大增加，本發明提供的化銑溶液可以使上述材料在化銑過程中的吸氫量大大降低，無需增加真空除氫工序即可將零部件中的氫含量控制在允許范圍內。
[0021]3、與合金不同，鈦鋁金屬間化合物具有2~3種主要元素，各元素的腐蝕性能有很大差別，本發明提供的化銑溶液可以有效實現各元素的均勻腐蝕，化銑后產品具有較好的光潔度和表面粗糙度。
[0022]總之，鈦鋁金屬間化合物是非常容易吸氫的材料，氫含量的增加對材料的性能有著重大的影響，基本上鈦鋁材料的所有應用都對氫含量做了嚴格要求。本發明采用氫氟酸作為腐蝕劑，并采用特定的氧化劑有效解決了材料在化銑過程中的吸氫問題，有效的控制了化銑后材料中氫含量的增加(化銑后氫含量僅增加5~20ppm)，并添加適當的緩蝕劑和表面活性劑有效改善了產品的光潔度和表面粗糙度，溫度在35~75°C時對材料進行化學銑切加工，化銑速率約為0.01~0.035mm/min。

【具體實施方式】
[0023]本發明適用于鈦合金及鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，化銑溶液成分為:氫氟酸20~350g/L,硝酸150~750g/L,氧化劑2~80g/L,緩蝕劑0.5~20g/L,尿素5~200g/L，表面活性劑0.5~25g/L，金屬離子O~100g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。其中，
[0024]氧化劑為重鉻酸鹽、鉻酸鹽、溴酸鹽、次氯酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鹽、過二硫酸鹽、高碘酸鹽、高鐵酸鹽、氧化鈷、三氟化鈷、五氧化二釩、二氧化鉛、鉍酸鈉中的一種或兩種以上。
[0025]緩蝕劑為磷酸二氫鈉、磷酸氫鈉、磷酸鈉、偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉、六氟磷酸銨、六次甲基四胺、苯甲酸、三羥基苯甲酸、硫脲、η 丫唆、吡唆、糠醛中的一種或兩種以上。
[0026]表面活性劑為苯甲酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、二辛基琥珀酸磺酸鈉、甘膽酸鈉、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸、硬脂酸鈉、烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或兩種以上。
[0027]所述鈦合金及鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，金屬離子為鈦離子和/或鋁離子，分別以金屬、合金或金屬間化合物的粉末或者顆粒形式加入。
[0028]優選地，本發明適用于鈦合金及鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，化銑溶液成分為:氫氟酸50~200g/L,硝酸200~600g/L,氧化劑5~30g/L,緩蝕劑I~10g/L,尿素20~100g/L，表面活性劑0.5~5g/L，金屬離子20~50g/L，其余為水。
[0029]本發明中，氫氟酸為腐蝕劑，硝酸為氧化劑，添加一定含量的尿素可有效減少“黃煙”的生成，金屬離子具有老化溶液的作用，可改善化銑產品的表面粗糙度。
[0030]所述化銑溶液進行的鈦合金及鈦鋁金屬間化合物的化銑方法，包含以下步驟:
[0031](I)將需要進行化銑加工的零部件去除表面灰塵和油污；
[0032](2)將洗凈的零部件浸沒化銑溶液中，在35~75°C下進行化銑加工，達到化銑深度后馬上將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液；
[0033]步驟(1)中，用清水洗去零部件表面灰塵，用乙醇、丙酮或航空汽油洗去表面油污，再用清水清洗干凈并吹干。步驟(2)中，化銑速率為0.01~0.035mm/min。
[0034]下面通過實施例進一步詳述本發明。
[0035]實施例1
[0036]化銑溶液成份為:氫氟酸50g/L，硝酸200g/L，鉻酸鈉10g/L，多聚磷酸鈉lg/L，尿素10g/L，苯甲酸鈉5g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0037]將化銑零部件放入航空汽油中，浸泡10~20分鐘去除零件表面油污，之后用40~50°C溫水清洗并吹干，洗凈的零部件浸沒在40°C的化銑溶液中至尺寸滿足要求，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。化銑后產品表面沒有任何坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，化纟先速率0.011mm/min,化統后氫含量增加llppm。
[0038]實施例2
[0039]化統溶液成份為:氫氟酸80g/L,硝酸250g/L,重鉻酸鉀20g/L,磷酸二氫鈉3g/L,尿素10g/L，苯甲酸鈉5g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0040]將化銑零部件放入航空汽油中，浸泡10~20分鐘去除零件表面油污，之后用40~50°C溫水清洗并吹干，洗凈的零部件浸沒在50°C的化銑溶液中至尺寸滿足要求，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。化銑后產品表面沒有任何坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，化纟先速率0.018mm/min,化統后氫含量增加18ppm。
[0041]實施例3
[0042]化統溶液成份為:氫氟酸100g/L,硝酸500g/L,過硫酸鈉25g/L,苯甲酸3g/L,尿素8g/L，十二烷基硫酸鈉5g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0043]將化銑零部件放入航空汽油中，浸泡10~20分鐘去除零件表面油污，之后用40~50°C溫水清洗并吹干，洗凈的零部件浸沒在55°C的化銑溶液中至尺寸滿足要求，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。化銑后產品表面沒有任何坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，化銑速率0.020mm/min，化銑后氫含量增加8ppm。
[0044]實施例4
[0045]化銑溶液成份為:氫氟酸100g/L，硝酸350g/L，氧化鉛20g/L，六次甲基四胺5g/L，尿素20g/L,十二烷基苯磺酸鈉2g/L,其余為水。將上述物質均勻混合,配制化統溶液。
[0046]將化銑零部件放入航空汽油中，浸泡10~20分鐘去除零件表面油污，之后用40~50°C溫水清洗并吹干，洗凈的零部件浸沒在50°C的化銑溶液中至尺寸滿足要求，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。化銑后產品表面沒有任何坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，化纟先速率0.018mm/min,化統后氫含量增加8ppm。
[0047]實施例5
[0048]化銑溶液成份為:氫氟酸125g/L，硝酸750g/L，五氧化二釩50g/L，磷酸鈉2g/L，尿素120g/L，十二烷基苯磺酸鈉5g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0049]將化銑零部件放入航空汽油中，浸泡10~20分鐘去除零件表面油污，之后用40~50°C溫水清洗并吹干，洗凈的零部件浸沒在65°C的化銑溶液中至尺寸滿足要求，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。化銑后產品表面沒有脊梁、晶間腐蝕等缺陷，化銑速率0.023mm/min，化銑后氫含量增加3ppm。
[0050]實施例6
[0051 ] 化銑溶液成份為:氫氟酸125g/L，硝酸480g/L，氧化鈷15g/L，六次甲基四胺5g/L，尿素50g/L,十二烷基苯磺酸鈉5g/L,其余為水。將上述物質均勻混合,配制化統溶液。
[0052]將化銑零部件放入航空汽油中，浸泡10~20分鐘去除零件表面油污，之后用40~50°C溫水清洗并吹干，洗凈的零部件浸沒在55°C的化銑溶液中至尺寸滿足要求，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。化銑后產品表面沒有任何坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，化銑速率0.017mm/min，化銑后氫含量增加9ppm。
[0053]實施例7
[0054]化銑溶液成份為:氫氟酸180g/L，硝酸600g/L，高錳酸鉀25g/L，六氟磷酸銨3g/L，尿素100g/L，硬脂酸鈉5g/L，金屬鈦粉50g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0055] 將化銑零部件放入航空汽油中，浸泡10~20分鐘去除零件表面油污，之后用40~50°C溫水清洗并吹干，洗凈的零部件浸沒在65°C的化銑溶液中至尺寸滿足要求，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。化銑后產品表面沒有任何坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，化銑速率0.035mm/min，化銑后氫含量增加9ppm。
[0056]實施例8
[0057]化銑溶液成份為:氫氟酸220g/L，硝酸500g/L，高鐵酸鈉25g/L，吡啶1.5g/L，糠醛1.5g/L，尿素100g/L，硬脂酸鈉5g/L，Ti3Al金屬間化合物顆粒25g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。其中，Ti3Al金屬間化合物的成份為(原子比):T1-25Al-13Nb-lCr。
[0058]將化銑零部件放入航空汽油中，浸泡10~20分鐘去除零件表面油污，之后用40~50°C溫水清洗并吹干，洗凈的零部件浸沒在45°C的化銑溶液中至尺寸滿足要求，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。化銑后產品表面沒有任何坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，化銑速率0.035mm/min,化銑后氫含量增加8ppm。
[0059]實施例結果表明，本發明提供的化銑溶液配方和化銑方法可以實現對鈦合金和鈦鋁金屬間化合物材料的化學銑切加工，具有吸氫量低、生產效率高、工藝簡單、成本低等優點。
【權利要求】
1.一種純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，其特征在于，化銑溶液成分為:氫氟酸20~350g/L,硝酸150~750g/L,氧化劑2~80g/L,緩蝕劑0.5~20g/L,尿素5~200g/L，表面活性劑0.5~25g/L，金屬離子O~100g/L，其余為水。
2.按照權利要求1所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，其特征在于，氧化劑為重鉻酸鹽、鉻酸鹽、溴酸鹽、次氯酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鹽、過二硫酸鹽、高碘酸鹽、高鐵酸鹽、氧化鈷，三氟化鈷、五氧化二釩、二氧化鉛、鉍酸鈉中的一種或兩種以上。
3.按照權利要求1所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，其特征在于，緩蝕劑為磷酸二氫鈉、磷酸氫鈉、磷酸鈉、偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉、六氟磷酸銨、六次甲基四胺、苯甲酸、三羥基苯甲酸、硫脲、η 丫唆、吡唆、糠醛中的一種或兩種以上。
4.按照權利要求1所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，其特征在于，表面活性劑為苯甲酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、二辛基琥珀酸磺酸鈉、甘膽酸鈉、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸、硬脂酸鈉、烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或兩種以上。
5.按照權利要求1所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液，其特征在于，金屬離子為鈦離子和/或鋁離子，分別以金屬、合金或金屬間化合物的粉末或者顆粒形式加入。
6.一種利用權利要求1所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液的化銑方法，其特征在于，包含以下步驟: (1)將需要進行化銑 加工的零部件去除表面灰塵和油污； (2)將洗凈的零部件浸沒化銑溶液中，在35~75°C下進行化銑加工，達到化銑深度后馬上將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液。
7.按照權利要求6所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液的化銑方法，其特征在于，步驟(1)中，用清水洗去零部件表面灰塵，用乙醇、丙酮或航空汽油洗去表面油污，再用清水清洗干凈并吹干。
8.按照權利要求6所述的純鈦、鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的化銑溶液的化銑方法，其特征在于，步驟(2)中，化銑速率為0.01~0.035mm/min。
【文檔編號】C23F1/26GK104073801SQ201410277028
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】趙煥, 劉建國, 李慶鵬, 嚴川偉 申請人:中國科學院金屬研究所