專利名稱：一種鈦及鈦合金表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金的表面處理方法，具體涉及一種鈦及鈦合金表面處理方法，屬于合金材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦及鈦合金具有重量輕、強度高、蝕性好和耐高溫等優(yōu)異性能，在各工業(yè)領(lǐng)域特別是航空、航天領(lǐng)域獲得大量應(yīng)用。鈦合金一種活潑金屬，其標準電位為-1.63V，主要由Ti元素組成，W(Ti)在80%以上，其他元素包括Al、V、Sn、Mo、Cr、Mn等，屬于鈦合金的固有微量元素。鈦合金與氧的親和力大，在常溫下就能生成穩(wěn)定而致密的Ti2O3和Ti2O2。在熱成型和熱處理時，鈦及鈦合金具有很高的化學(xué)活性，分別在300°C、500°C、600°C下吸收氫、氧、氮。氧是鈦及鈦合金α相的穩(wěn)定元素，如果氧元素融入金屬表層達一定濃度，就能引起結(jié)晶相變?yōu)棣料?，在氧化皮下形成氣體飽和的富氧α層。根據(jù)氧污染程度不同，在鈦合金表面可分為四個區(qū)域:氧高度污染區(qū)、氧化膜區(qū)、氧高梯度擴散區(qū)、氧緩慢擴散區(qū)。由于氧化皮或富氧α層的最大特點是硬度高、塑性低、脆性大、缺口敏感性強等，導(dǎo)致鈦合金產(chǎn)品受力時表面易開裂，所以鈦合金制件不允許出現(xiàn)污染層。傳統(tǒng)的鈦及鈦合金表面處理方法采用機械除垢法，如噴砂、噴丸、蒸汽噴淋，目前常采用噴砂除垢法。但噴砂除垢法對砂子的質(zhì)量、粒度、純凈度、鐵元素含量均有嚴格要求，必須是無鐵的硅砂，以保證鈦及鈦合金制品與砂礫之間不會產(chǎn)生交叉污染，砂礫需要選取合適的粒度，以使?jié)M足產(chǎn)品表面粗糙度的要求。除此之外，噴砂除垢法還存在如下缺陷，即可能引起鈦及鈦合金表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力從而導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)局部變形，帶來一定的質(zhì)量隱患。因此，亟待一種合適的表面處理方法，以保證去除氧化皮同時不產(chǎn)生新的污染層，杜絕產(chǎn)品表面變形等質(zhì)量隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鈦及鈦合金表面處理方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)處理產(chǎn)品的表面粗糙度大、易產(chǎn)生交叉污染的缺陷，在去除氧化皮的同時不產(chǎn)生新的污染層，防止產(chǎn)品經(jīng)處理后表面出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，從而杜絕質(zhì)量隱患。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種鈦及鈦合金表面處理方法，包括如下步驟:(I)準確稱取以下質(zhì)量百分含量的組分:40 50%的氫氧化鈉、50 60%的氫氧化鉀，混合均勻備用；(2)將步驟(1)的混合物加熱至240 260°C熔融，加入干燥的鈦和/或鈦合金部件，熔融煎煮10 30min即可。優(yōu)選的，所述步驟(I)中采用以下質(zhì)量百分含量的組分:50%的氫氧化鈉、50%的氫氧化鉀。優(yōu)選的，所述步驟(2)中熔融煎煮的時間為20min。
本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用氫氧化鈉與氫氧化鉀熔融煎煮的方法對鈦及鈦合金進行表面處理，將熔融狀態(tài)下的強堿氫氧化鉀和相對氫氧化鉀堿性稍弱的氫氧化鈉進行復(fù)配，在熔融狀態(tài)下對鈦及鈦合金表面的氧化皮進行處理，不僅能夠完全清除包覆在鈦及鈦合金表面的氧化皮，同時不會對鈦及鈦合金材料產(chǎn)生影響，在該特定的堿性環(huán)境下鈦及鈦金屬材料不熔于熔融堿液，而其表面的氧化皮熔于熔融堿液。本發(fā)明采取240 260°C的熔融溫度即能實現(xiàn)氫氧化鈉與氫氧化鉀之間的相互混熔，對表面處理的溫度要求比較低，同時對鈦及鈦合金制件僅需處理10 30min，處理時間相對較短。在該特定的溫度及時間條件下，鈦及鈦合金表面的氧化皮不僅得到了充分處理，也不會對材料自身產(chǎn)生任何不利影響，該方法能夠保證材料的尺寸在處理前后差值^ -0.0lmnin因此，采用本發(fā)明方法不但能夠去除鈦及鈦合金產(chǎn)品表層的氧化皮，同時可以保證產(chǎn)品表面質(zhì)量、尺寸和吸氫量符合行業(yè)要求，不引起產(chǎn)品表面變形，且吸氫量不超過20ppm,沒有新的污染層產(chǎn)生，能較好替代傳統(tǒng)的機械除垢法。經(jīng)熔融堿洗處理后的部件無需進行酸洗，且無需再進行機械除垢。



圖1為實施例1中材料的金相圖；圖2為實施例2中材料的金相圖；圖3為實施例3中材料的金相圖；圖4為實施例4中材料的金相圖；圖5為實施例5中材料的金相圖；圖6為對比例I中材料的金相圖；圖7為對比例2中材料的金相圖；圖8為對比例3中材料的金相圖；圖9為對比例4中材料的金相圖；圖10為對比例5中材料的金相圖；圖11為對比例6中材料的金相圖；圖12為未處理T1-6A1_V材料的金相圖。
具體實施例方式下述實施例僅對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。實施例1本實施例鈦及鈦合金表面處理方法，包括如下步驟:(I)準確稱取以下質(zhì)量百分含量的組分:40%的氫氧化鈉、60%的氫氧化鉀，混合均勻備用；(2)將步驟(I)的混合物加熱至240°C熔融，加入干燥的T1-6A1-V合金部件，熔融煎煮30min即可。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后合金材料的金相圖詳見圖1，未處理T1-6A1-V材料的金相圖詳見圖12，以檢查鈦及鈦合金表面污染層的處理情況。實施例2
本實施例鈦及鈦合金表面處理方法，包括如下步驟:(1)準確稱取以下質(zhì)量百分含量的組分:45%的氫氧化鈉、55%的氫氧化鉀，混合均勻備用；(2)將步驟(I)的混合物加熱至250°C熔融，加入干燥的TC16合金部件，熔融煎煮20min即可。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后合金材料的金相圖詳見圖2。實施例3本實施例鈦及鈦合金表面處理方法，包括如下步驟:(I)準確稱取以下質(zhì)量百分含量的組分:50%的氫氧化鈉、50%的氫氧化鉀，混合均勻備用；(2)將步驟(I)的混合物加熱至260°C熔融，加入干燥的TB8合金部件，熔融煎煮IOmin即可。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后合金材料的金相圖詳見圖3。實施例4本實施例鈦及鈦合金表面處理方法，包括如下步驟:(I)準確稱取以下質(zhì)量百分含量的組分:40%的氫氧化鈉、60%的氫氧化鉀，混合均勻備用；(2)將步驟(I)的混合物加熱至240°C熔融，加入干燥的TAl部件，熔融煎煮30min即可。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后材料的金相圖詳見圖4。實施例5本實施例鈦及鈦合金表面處理方法，包括如下步驟:(I)準確稱取以下質(zhì)量百分含量的組分:50%的氫氧化鈉、50%的氫氧化鉀，混合均勻備用；(2)將步驟(I)的混合物加熱至260°C熔融，加入干燥的TA2部件，熔融煎煮IOmin即可。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后材料的金相圖詳見圖5。對比例I本對比例采用高錳酸鉀和氫氧化鈉溶液處理鈦合金表面氧化皮,具體方法為:將100g/L的氫氧化鈉和50g/L的高錳酸鉀溶液加熱至75°C，加入Ti_6Al_V合金部件，加熱2小時。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后合金材料的金相圖詳見圖6。對比例2本對比例采用高錳酸鉀和氫氧化鈉溶液處理鈦合金表面氧化皮,具體方法為:將125g/L的氫氧化鈉和55g/L的高錳酸鉀溶液加熱至80°C，加入TB8合金部件，加熱3小時。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后合金材料的金相圖詳見圖7。對比例3本對比例采用高錳酸鉀和氫氧化鈉溶液處理鈦合金表面氧化皮,具體方法為:將150g/L的氫氧化鈉和60g/L的高錳酸鉀溶液加熱至85°C，加入TAl部件，加熱3小時。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后材料的金相圖詳見圖8。對比例4本對比例采用亞硝酸鈉和氫氧化鈉溶液處理鈦合金表面氧化皮,具體方法為:將500g/L的氫氧化鈉和150g/L的亞硝酸鈉溶液加熱至130°C，加入Ti_6Al_V合金部件，加熱2小時。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后合金材料的金相圖詳見圖9。對比例5本對比例采用亞硝酸鈉和氫氧化鈉溶液處理鈦合金表面氧化皮,具體方法為:將600g/L的氫氧化鈉和200g/L的亞硝酸鈉溶液加熱至140°C，加入TC16合金部件，加熱3小時。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后合 金材料的金相圖詳見圖10。
對比例6本對比例采用亞硝酸鈉和氫氧化鈉溶液處理鈦合金表面氧化皮,具體方法為:將700g/L的氫氧化鈉和250g/L的亞硝酸鈉溶液加熱至145°C，加入TA2部件，加熱3小時。表面處理結(jié)果詳見下表1，處理后材料的金相圖詳見圖11。表1各處理組對鈦及鈦合金表面處理的結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鈦及鈦合金表面處理方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)準確稱取以下質(zhì)量百分含量的組分:40 50%的氫氧化鈉、50 60%的氫氧化鉀，混合均勻備用； (2)將步驟(I)的混合物加熱至240 260°C下熔融，加入干燥的鈦和/或鈦合金部件，熔融煎煮10 30min即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦及鈦合金表面處理方法，其特征在于:所述步驟(I)中采用以下質(zhì)量百分含量的組分:50%的氫氧化鈉、50%的氫氧化鉀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦及鈦合金表面處理方法，其特征在于:所述步驟(2)中熔融煎煮的時間為20min。`
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦及鈦合金表面處理方法，屬于合金材料加工技術(shù)領(lǐng)域。該法采用氫氧化鈉與氫氧化鉀熔融煎煮的方法對鈦及鈦合金進行表面處理，將熔融狀態(tài)下的強堿氫氧化鉀和相對氫氧化鉀稍弱堿氫氧化鈉進行復(fù)配，在熔融狀態(tài)下對鈦及鈦合金表面的氧化皮進行處理，不僅能夠完全清除包覆在鈦及鈦合金表面的氧化皮，同時不會對鈦及鈦合金材料產(chǎn)生影響，在該特定的堿性環(huán)境下鈦及鈦合金材料不熔于熔融堿液，而其表面的氧化皮熔于熔融堿液。本發(fā)明鈦及鈦合金的表面處理方法不但能夠去除鈦及鈦合金產(chǎn)品表層的氧化皮，同時可以保證產(chǎn)品表面質(zhì)量、尺寸和吸氫量符合行業(yè)要求，吸氫量不超過20ppm，且沒有新的污染層產(chǎn)生，能較好替代傳統(tǒng)的機械除垢法。
文檔編號C23G1/32GK103103550SQ201310017479
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者郭弘, 程遠超, 陳北京, 詹洋 申請人:河南航天精工制造有限公司