钛及钛合金中厚板由于强度较高,耐腐蚀性较强,目前已经成为一种比较频繁使用的金属材料,并且在我国工业建设,例如航空航天、军事方面有众多应用。由于钛这种金属物质在高温下性质比较活泼,容易受到污染物的污染,可以与很多化学物质发生有机反应。并且钛及钛合金在大气环境下进行温度加热时,会出现氧化反应,致使其表面存在着异物薄膜,甚至随着温度变高,其氧化速度加快。最终形成硬度比较高的污染物。这样对在后面的加工制造过程中,存在许多障碍。最终会对材料造成一定的损坏。从而引发一定的安全事故。
一、酸洗工艺概述
1.1酸洗理论
酸洗也被称为除灰尘、除污渍的处理,在进行中厚板的制造过程中,会在其表面形成一层氧化层,这层氧化层会影响后续的零件使用,只能通过酸洗的工艺将其进行去除。
酸洗包括:酸浸、酸洗和酸沾。
1.1.1酸浸
将物质泡在酸性溶液中长时间进行浸泡,以使得其物质表面的氧化物剥离开来。
1.1.2酸洗
酸洗是用来对于一些金属设备,除去表面的污垢的。这种酸洗不需要长时间在酸状态下进行一定的浸泡,可以用一些电镀或者一些别的氧化物去除其铁锈。能够清除其金属氧化物。
1.1.3酸沾
钛及钛合金中厚板在加工和一定时间存放的过程中会形成氧化物。但是这样只需要用浓度较强的酸溶液就可以进行表面擦拭,去除其氧化物层,将其变色部分进行擦除。
1.2酸洗原理
1.2.1溶解作用
钛及钛合金中厚板表面氧化层与酸进行一定的化学反应,生成溶于水的金属盐。在这种情况下,对原来的表面附着物进行一定的剥离,可以有利于后续的中厚板的投入使用。
1.2.2机械玻璃作用
金属表面氧化层中除了有各种氧化物外,还有一些金属单质。由于氧化层表面有多个孔隙。一些酸性溶液也可以通过这些缝隙与金属单质发生一系列的化学反应,产生气体,气体产生膨胀压力,从而将氧化层金属表面剥离下来。这种剥离下来的氧化层被称为机械剥离。
1.2.3还原作用
金属与酸发生作用是首先产生氢原子,氢原子会与别的物体质发生化学反应,产生氢分子。从而使氧化层出现剥落状态。除此之外,还有一些氢原子化学性比较活泼,还具有还原能力,可以将高价金属氧化物和金属盐还原成低价的金属盐。
二、钛及钛合金的酸洗工艺及设备
钛及钛合金由于具有耐腐蚀性,并且其工作的温度比较高,强度比较高。在铸造过程中可以很方便地形成各种形状以及各种尺寸,拥有众多优点,所以在于国家工业建设方面被广泛使用。
2.1钛合金的酸洗工艺
由于钛及钛合金零件,在生产过程中表面会出现氧化物或者其他的污染物。并且表面的氧化物会对其零件的性能以及准确性产生一定的不良反应,所以需要对其零件进行一定的酸洗,酸洗能去除它表面的氧化层和一些污染物。还可以根据零件所需要的规格对其所需的零件进行一定的剪裁使其精确,如果酸洗不成功的话,会在后续投入使用方面存在不良影响。,所以必须采用一定的工艺要求对其进行正规酸洗。
2.2除磷及酸洗工艺
为了提高钛及钛合金中厚板的质量,可以回收一些含钛的物质的残屑投入到钛及钛合金中厚板的制造过程中。在热加工工艺的过程中,防止出现鳞皮。我们可以采用以下工艺进行酸洗,首先是在保护型氛围或者真空状态下对于钛性材料进行热加工,第二是在钛氢材料表面上涂上高温防止氧化物的保护层,以此进行热加工。但是目前这两种方法,在生产过程中,还没有广泛应用,现今,在工业生产上比较常用的方法是对钛及钛合金的表面采用喷砂加酸洗的工艺进行处理,由于钛鳞其表面硬度比较大。在进行加工时,需要用到刀具可能会使刀具受到损坏,并且会产生一些污染物,这些污染物不能直接回收利用。
截止到目前国外大多采用的是碱洗加酸洗工艺。这种工艺的缺点是当温度达到一定程度时会造成其钛及钛合金中厚板造成强化,会对进一步的加工造成一定的困扰。或者由于温度较高,与钛发生一系列化学反应,容易造成其正在制作零件出现火灾。以此会造成其金属损失,这些缺点在于工业中不容忽视。
三、酸洗的主要影响因素分析
3.1酸的种类对酸洗效果的影响
相关调查研究表明,在常温状态下浓度小于5%的稀硫酸溶液用于酸洗时,会在中厚板表面生成一层保护薄膜,能够阻止钛被进行进一步的腐蚀。但是当其硫酸的浓度大于20%,其在钛过程中发生化学反应的速度会加快,当其硫酸的浓度为40%时,腐蚀速率达到最快。在室内的正常温度下,我们选用盐酸作为其酸洗试剂,溶度小于5%就不会与太发生反应,温度升高时由于其酸性会对钛的腐蚀性增大。并且温度对于其钛反应的影响远远高于其盐酸浓度对于碳反应的影响。但是如果其盐酸中存在氧化物质时,能够降低对其的腐蚀作用。
3.2酸洗时间对酸起效果所产生的作用
相关研究表明,在相同温度下分析时间不同,会对钛及钛合金中厚板的酸性程度产生不同的影响。其相关研究数据表明,随着酸洗时间不断增加,酸洗效果也会不断变好。但是由于氢气的吸收量会上升。我们从氢吸收量以及酸洗效果两方面综合考虑来看,酸洗时间最适宜为50分钟。
结束语
目前大多数工厂采用的是熔融碱洗加酸洗工艺来去除钛及钛合金中表面的氧化物质。由于酸洗液中一些成分实效性较强。我们可以在其中添加一些无机物质,从而改善其酸洗效果,降低有害物质的产生。同时我们需要选用合适的酸的种类以及选用恰当的酸洗时间进行酸洗,以使其效果最好。
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