鈦合金的表面處理及故障分析

1、· 2 6 ·De c ．2 0 0 9文章編 號(hào) ： 1 0 0 1 — 3 8 4 9 ( 2 0 0 9 ) 1 2 - 0 0 2 6 — 0 2鈦合 金 的表 面處 理及 故 障分 析 劉毅 ，王會(huì)江，范曉龍 ，秦瑜潔 ( 北 京航 星機(jī)器制 造公 司 ， 北京 1 0 0 0 1 3 )摘要 ： 鈦合金因其性能優(yōu)越， 在工業(yè)中得到越來越 多的應(yīng)用， 化學(xué)酸洗作為鈦合金 常用的一種表面處理手段 ， 在航 天

2、產(chǎn)品 中得 到 了廣泛 的應(yīng) 用 。簡述 了鈦合金 化 學(xué)酸洗 的一般 工藝流程 ， 重點(diǎn)介紹 了熔融鹽工序及酸洗工序． 并通過技術(shù)條件要求， 分析了過腐蝕、 掛灰、 氧化皮未除盡 、 條紋狀花斑等 幾種常 見故障產(chǎn) 生的原 因 ， 提 出 了相關(guān) 的解決 辦法。關(guān) 鍵 詞 ： 鈦合金 ；化學(xué)酸 洗 ；工 藝流程 ； 故 障分析 中圖分類號(hào) ： T Q I 5 3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí) 碼 ：BTi t a n i u m Al l o yS u

3、r f a c eTr e a t me n ta n dTr o u b l e sAn a l y s i sL I UY i ， WA N GH u i — j i a n g ， F A NX i a o — l o n g ， Q I NY u - j i e引 言 鈦合金密度小 、 強(qiáng)度高、 硬度低 、 耐腐蝕性好 、 熱 強(qiáng)性高， 是航空 、 航天器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。鈦合金主 要 由T i 元素組成 ， W ( T i )

4、在 8 0 ％以上 ， 其他元素包 括 A l 、 V 、 S n 、 M o 、 C r 、 M n 等 ， 屬于鈦合金 的同有微量 元素 。以工業(yè) 常用 的 T C 4為 例 ， 其 組成 成 分 如 表 1所 示 ：表 1 鈦合金 T C 4化學(xué)元素組成 合金 w ／ ％ 牌號(hào) T il A 1V雜質(zhì) T C 4>8 O ． 0 05 ． 5 O～6 ． 7 53 ． 5 0～4 ． 5 O<O ． 8 5鈦合金是

5、一種活潑金屬， 其標(biāo)準(zhǔn)電位為 一 1 ． 6 3V， 與氧 的親 和力大 ， 在常溫 下 就能 生成 穩(wěn)定 而 致 密 的( T i ： O和 T i ： O ： )。鈦合金作為一種關(guān)鍵的結(jié) 構(gòu)材料 ， 化學(xué) 酸洗為其 常用 的一 種表 面處理方式 ， 一 般應(yīng)用于焊接工序前和熱處理 、 熱成型工序后。鈦 合金焊接前一般采用化學(xué)酸洗的辦法去除待焊部位 表面氧化膜， 以保證 焊接質(zhì)量 ； 在熱成型和熱處理 時(shí)， 鈦 合金具 有很高 的化學(xué)

6、 活潑性 ， 分 別在 3 0 0 、5 0 0 、 6 O 0 ℃下吸收氫 、 氧、 氮， 其 中氧和氮是鈦合金 相的穩(wěn)定元素， 如果這兩種元素溶人鈦合金表層達(dá) 到一 定 的濃 度 ， 就 能 引起 結(jié) 晶相 變 為 相 ， 這 一 層 氧化皮下呈脆 性 的、 氣體飽 和 的富氧層稱 之為 層 ， 導(dǎo)致其塑性和韌性等綜合性能下降， 因此必須通 過 鈦合金 化學(xué)酸洗 將氧化 皮和 層 去除 。l 工藝流程簡介 根據(jù) Q J1 5 7 3

7、 — 1 9 8 8《 鈦合金化學(xué)酸洗生產(chǎn)說明 書》 及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ， 鈦合金化學(xué)酸洗一般工藝流 程為 ：驗(yàn)收一打磨一有機(jī)溶劑除油一裝掛一化學(xué)除油一熔 融鹽處 理一 水洗一 酸洗一 沖洗一 卸掛一 干燥一 除氫一檢驗(yàn)。從工藝流程可以看 出， 關(guān)鍵工序有熔融鹽處理 和酸洗 兩步 。熔 融鹽處 理適用 于氧化皮 較嚴(yán)重 的零 件， 特別是經(jīng)過熱處理 、 熱成型后氧化皮比較厚的零 件 ， 焊接前酸洗一般不需進(jìn)行此道工序。 經(jīng)熔融鹽 收稿 日

8、期 ： 2 0 0 9 ． 0 7 — 1 3修 回日期 ： 2 0 0 9 — 0 7 — 3 0作者簡介 ： 劉毅( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 湖南湘鄉(xiāng)人 ， 北京航 星機(jī)器制造公司T 程師 · 3 2 ·D e c ．2 0 o 9V 0 I ． 3 1N o ． 1 2S e r i a lN o ． 2 0 1z n在 1 2L時(shí)均會(huì)對(duì) 膜層造 成發(fā)霧現(xiàn) 象 ， 而且 還 會(huì)影響鍍 件 的耐蝕 性

9、 ， 所 以必須定期 檢測 ， 當(dāng)雜質(zhì) 含 量影響工件鈍化效果時(shí)必須棄去部分鈍化液或全部 更換。另外為了延長鈍化液的使用壽命 ， 必須及 時(shí) 打撈掉入缸內(nèi)的零件。5 三價(jià)鉻鈍化膜的封閉處理 如前所述 ， 三價(jià)鉻鈍化膜沒有 自 修復(fù)能力 ， 當(dāng)鈍 化膜破損時(shí)容易發(fā)生腐蝕， 為了彌補(bǔ)此缺陷， 應(yīng)采用 封 閉工 藝 。C B ． 3 9 、 C B 一 3 9 T及 C B 一 4 5 B K( 后 兩 種 用 于黑色鈍 化工 藝 ) 等 封

10、 閉劑 可 供 鈍 化后 封 閉用 ， 除 了可提 高抗 蝕性 能外還 能改善鈍化 膜 的顏 色 。通 過 封閉處理 ， 可以提高耐蝕性能， 降低摩擦 系數(shù) ， 增加 黑 色鈍化 的黑度 等 ， 封 閉處 理在 三 價(jià)鉻 鈍 化 中所起 的作用是不可忽視的。6結(jié) 論 除了減少對(duì)環(huán)境的污染外， 三價(jià)鉻鈍化 的使用 壽命周期較長 ， 耐熱性能好 ， 對(duì)于鍍鋅后需去氫處理 的零件是非常有利的。采用封閉劑處理更能大大提 升其功能 效果 。隨著

11、社 會(huì) 的發(fā) 展 ， 三價(jià) 鉻 鈍 化工 藝 的需求量將越來越大， 如何把三價(jià)鉻鈍化 的工藝性 能提升至更高的水平仍然需要今后的不斷努力。( 上接 第 2 7頁)( 如 F 一 、 c l 一 等物質(zhì) ) 存在， 在應(yīng)力 的共同作用下產(chǎn) 生的， 在微觀檢測下與一般腐蝕形態(tài)有所區(qū)別 ， 一般 來說不影響其使用性能 ， 可通過再次酸洗的方法去 除 ， 但是受 力件要 加強(qiáng)二次 酸洗后 的除 氫處 理 。4 結(jié) 論 本文簡介 了鈦合金化學(xué)酸洗

12、的一般工藝流程及 技術(shù)條件， 對(duì)其常見的缺陷——過腐蝕 、 掛灰 、 氧化 皮未除盡、 條紋狀花斑等幾種故障進(jìn)行了原因分析，提 出了解決辦 法 。參考 文獻(xiàn) [ 1 ]胡傳順 ， 陳曉風(fēng) ， 陳立佳． T C鈦合金鍍鎳的實(shí)驗(yàn)研究 [ J ] ．電鍍與精飾 ， 1 9 9 7 ， 1 9 ( 6 ) ： 3 1 - 3 2 ．[ 2 ]朱永 明， 胡 會(huì)利 ， 屠 振 密 ， 等．鈦 陽極 氧 化處 理工 藝 [ J ]電鍍與精飾 ， 2

13、 0 0 9 ， 3 1 ( 6 ) ： 3 5 - 3 8 ．[ 3 ]曹峻清 ， 余建強(qiáng) ， 王 國興 ， 等．鈦及其合 金酸洗廢 液回收研究 [ J ] ． 稀 有金 屬材料 與丁 程 ， 1 9 9 8 ， 2 7 ( 4 ) ： 2 3 6 ·2 3 9( 上接 第 2 9頁)以輻條清洗質(zhì)量達(dá)到成品要求為準(zhǔn)。上述逆流漂洗 流程 ， 只要嚴(yán)格管理和監(jiān)控 ， 基本上可以做到清洗水 的無 排放 。4 ) 強(qiáng)化鍍 液的管 理

14、 和再利 用 在 生產(chǎn) 管 理 中 ，嚴(yán)格工藝紀(jì)律 ， 加強(qiáng)鍍液維護(hù)， 盡量避免鐵 、 銅等金 屬及其 它 雜 質(zhì) 進(jìn) 入 鍍 液 。增 加 化 學(xué) 分 析 頻 次 ， 將 S O一 穩(wěn)定在工藝允許 范圍內(nèi)， 防止 S O。 一 升高 ， 減 少為降低 S 0卜投入 B a C O的數(shù)量 ， 延長鍍液的使 用周期 。對(duì)長周期處理清理出的廢液 ， 經(jīng)靜置沉淀 后略加調(diào)整 ， 改做黃銅零件的浸蝕處理和鍍鋅藍(lán) 白鈍化液使用 ， 減少這兩種工藝

15、配制溶液的鉻酐投入。3 結(jié)論與體會(huì) 1 ) 通過采用 含稀 土 添加 劑 的鍍鉻 工 藝 ， 改造 圓 盤鍍 鉻設(shè)備 和間歇補(bǔ) 水式逆 流漂洗技 術(shù) ， 嚴(yán)格 控制 、削減工藝中的清洗用水 ， 與傳統(tǒng)工藝相比， 鉻酐消耗 量下降了 6 5 ％， 電能消耗下降了 5 0 ％， 用水量下降 了 8 5 ％ ， 以生產(chǎn) 2 ． 1 億支輻條計(jì) 算， 僅鉻酐材料費(fèi) 和電費(fèi)可 節(jié)約 1 8 ． 9萬 元 ， 經(jīng)濟(jì) 效益 和環(huán)境 效 益 顯著 。2

16、 ) 清潔生 產(chǎn)是一 項(xiàng) 系統(tǒng) 工程 ， 必 須 對(duì)生 產(chǎn) 的全 過程認(rèn) 真分析 ， 不能 簡 單地 運(yùn) 用一 兩 個(gè)技 術(shù) 手段 就 草草了事。在生產(chǎn)過程 中的每個(gè)細(xì)節(jié) ， 都要把最大 限度地抑 制污染 物 的產(chǎn) 生 ， 最 大 限度地 利 用 原料 和 水 資源作 為基本 出發(fā)點(diǎn) 。3 ) 企業(yè) 清 潔 生 產(chǎn)應(yīng) 該 成 為 企 業(yè) 經(jīng) 營 活 動(dòng) 的重 要組 成部分 ， 管理者 應(yīng)打破 默守 陳規(guī)的觀念 ， 以創(chuàng)新 發(fā)展的思路，

17、調(diào)動(dòng)企業(yè)環(huán)保、 技術(shù) 、 工藝及設(shè)備部門的積極性 ?；ハ?協(xié)調(diào) ， 密 切 合作 。才能 使 清 潔生 產(chǎn) 的項(xiàng) 目實(shí)施 快 、 收效 大 。4 ) 清 潔生產(chǎn)是 個(gè)逐 步 深化 的過 程 ， 永 遠(yuǎn)不 會(huì)停 止在 一個(gè) 水 平 上 。對(duì) 輻 條 鍍 鉻 線 的 改 造 仍 是初 步 的 ， 尚有不 足之處 ， 如該 生 產(chǎn) 線 占地 面 積較 大 ； 工藝 中還沒有完全擺脫鉻酐原料帶來 的危害， 尋求無毒 無害的代鉻鍍層仍是努力的方向