钛合金酸洗工艺与设备的研究

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钛及钛合金挤压工艺研究现状

钛及钛合金挤压工艺研究现状发表时间：2018-02-02T13:49:38.747Z 来源：《防护工程》2017年第28期作者：王颖慧吴英敏[导读] 由于其优异的性能，钛合金已被应用于航天领域。

确定合理的挤出工艺参数是否能挤出合格的管材非常重要。

遵义播宇钛材有限责任公司贵州遵义 563004 摘要：由于其优异的性能，钛合金已被应用于航天领域。

确定合理的挤出工艺参数是否能挤出合格的管材非常重要。

摘要综述了钛和钛合金挤压工艺的研究现状，详细介绍了钛合金挤压的特点，影响因素，讨论了如何确定合适的钛和钛合金挤压工艺，研究了钛合金挤压工艺未来发展方向。

关键词：钛合金；挤压比；挤压速度；挤压温度；1前言钛合金密度低、熔点高、强度高、耐蚀性好、疲劳性能好、无磁性、生物相容性好，广泛应用于航空、海洋、化工、医疗、运动器材、车辆等领域，是我国最早、最成熟的挤出方法。

挤出加工有许多特点，主要表现在应力和应变状态的挤出过程，综合、产品质量、生产灵活性和多样性、生产率和成本等方面的金属流动行为。

挤出适用于小批量、不易变形的各种品种和规格的金属、有色金属管、金属杆、型材和钢坯生产，特别是对截面或复杂薄壁管和型材显示不可比拟的优势。

2钛合金挤压的特点钛合金的挤压制品通常采用正挤压法生产，特殊需求也会采用反挤压。

钛及钛合金的热导率低，这使得热挤压过程变得更为复杂。

由于热导率低，坯料表层和内层产生极大的温差，当挤压低温度为400℃时，温差可达到200～250℃。

坯锭表面和中心的金属产生不同的强度性能和塑性性能，导致在挤压过程中金属流动不均匀，继而发生不均匀变形，在钛合金管材表面产生大的附加拉应力。

3挤压过程的影响因素钛和钛合金的热挤压是一个非常复杂的过程，变形速度、温度、摩擦、材料性能、坯料的形状尺寸和模具形状都会影响变形过程。

热挤压的影响因素较多，主要影响因素是挤压温度、挤压速度、挤压比(变形程度)和润滑油选择。

3.1挤压温度根据金属流动力学的研究，金属的流动特性与不同合金不同相对应的温度区不同。

钛酸洗经验总结

钛材酸洗经验总结
钛材管道预制项目
钛材酸洗经验总结

钛金属在常温下化学性能比较稳定，但随着环境温度的升高，其化学活性急剧增大，对空气中氧、氮、氢等杂质的吸收能力也随之急剧增强，在固态下就有很强的吸收各种气体的能力。研究资料表明，钛从250℃开始吸收氢，从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮，且随着温度的提高，其吸收能力也随之增强。当钛金属在吸收了一定数量的氧、氮、氢等气体杂质之后，其屈服极限和延伸率等性能将急剧下降。钛材酸洗也是我们从未做过的,为此我们做了很多试验,比如用酸洗膏洗、用白化液、丙酮、等多种方法，但效果都不理想。为此我们还买了一小桶钛专用的酸洗液回来做试验但经过试验效果也是不理想。
钛材酸洗经验总结

酸洗的照片如下：
钛材酸洗经验总结

酸洗的照片如下:
钛材酸洗经验总结

钛材酸洗注意事项： 1、管道酸洗前将管子上的记号笔及标签清理干净,大口径管子有补强圈的需要先用硅胶将补强圈上的孔堵住防止酸液进到补强圈里面。 2、酸洗的时候要保证管子全部浸泡在池子里，这样才能达到酸洗的最佳效果。 3、由于钛材在酸洗的时候化学反应很大所以时间一定要控制在5分钟左右，最长不能超过10分钟，否则时间过长对焊缝的腐蚀性很大，严重的焊缝表面会呈现大片的鱼鳞状。 4、管子从酸洗池吊出的时候要准备两把高压水枪对管子内外表面进行冲洗，冲洗要到位（如果没冲洗干净管子干了以后局部会出现黄斑污渍），冲洗完后用压缩空气（需配备过滤器）将管子表面吹干。 5、管子吹干以后通知质检检验合格后，将管子用蛇皮袋或者泡膜包装，管口用管帽盖好后，放到干净的区域防止2次污染。
钛材酸洗经验总结

DW-2014钛及钛合金酸洗液组成及工艺流程

DW-2014钛及钛合金酸洗液组成及工艺流程
DW-2014钛及钛合金酸洗液50---100%
使用温度
10-30℃（摄氏度）
浸渍处理时间10秒–3分钟（根据工件表面状况选定）
刷涂处理时间20秒-3分钟（可以根据实际情况多刷涂一至两次）
操作工艺流程
取钛或钛合金工件（必须表面无油污的钛或钛合金工件，如有油污需要先脱脂处理，经过喷砂的钛或钛合金一般也需要脱脂处理）——水洗——水洗——浸泡DW-2014钛及钛合金酸洗光亮剂或刷涂（可以带上厚皮手套用棉布条或毛刷蘸上工作液均匀刷涂工件表面）——水洗——水洗——干燥——下道工序（如研磨抛光等）
DW-2014钛及钛合金酸洗液是一种新型的酸洗液，对于钛及钛合金有很好的去除表面氧化皮、污染层等作用,且有很好光亮的作用。

经过
DW-2014钛及钛合金酸洗光亮剂处理后的工件光泽度、塑性、弹性、脆性均好，且能增强抗氧化性能,有效的提高了工件的中性盐雾能力等。

DW-2014钛及钛合金酸洗光亮剂不含六价铬等有毒离子，符合ROHS法令，能通过SGS检测认证。

常温操作，使用方便。

得到平滑光亮的表面，减少了脏物等的积聚和粘附，改善了工件的表面性状和适合性，提高了工件的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。

经DW-2014钛及钛合金酸洗液处理的钛合金表面，符合MSDS化学品安全报告。

钛合金热成形零件酸洗工艺

钛合金热成形零件酸洗工艺发布时间：2023-02-02T07:23:00.079Z 来源：《科技新时代》2022年18期作者：林松野[导读] 本文简述了钛合金热成形零件酸洗的一般工艺流程，林松野哈尔滨哈飞工业有限责任公司黑龙江省哈尔滨 150066摘要：本文简述了钛合金热成形零件酸洗的一般工艺流程，针对钛合金热成型零件酸洗过程进行了说明并提出了注意事项。

关键词：钛合金；热成形；酸洗；氧化皮；热碱洗前言钛属于ⅣB族金属，在高温下性质活泼，容易受到与其接触物质的污染，可与CO、CO2、O2、H2O、NH3等物质发生反应[2]。

钛合金在成形时与上述物质反应表面会形成一层氧化皮。

氧化皮形成的同时，其中的C、O、N、H可向基体内部扩散，形成一层高硬度、高脆性的富氧层，通常称之为α层，其深度与合金的化学成分、加热温度时时间有关，可在0.01～2.00mm范围内波动。

α层在后续的零件机械加工、使用过程中易造成裂纹并延伸至基体中，使材料的塑性和韧性等综合性能下降，特别是氢脆，容易造成设备事故的发生，所以必须通过特定的酸洗工艺将氧化皮和α层去除[3]。

1 工艺流程简介根据HB/Z344-2001《钛合金酸洗工艺及质量检验》及其他相关标准，钛合金酸洗一般工艺流程为：零件验收→有机溶剂预清洗→装挂→化学除油→温水洗→冷水洗→去除氧化皮→酸洗→冷水洗→后处理→干燥→质量检验。

下面对主要工艺过程进行说明。

1）有机溶剂预清洗和化学除油钛合金在热成形过程中常用石墨水剂、氮化硼等涂敷零件表面。

热成形后零件表面会留有大量石墨和氮化硼粉末，如果直接使用化学除油溶液进行清洗会很快导致溶液变得浑浊不堪，过早报废，所以常用汽油、乙醇、丙酮等溶剂进行清洗，然后再使用化学除油溶液进行清洗。

常用的化学除油工艺如下：三聚磷酸钠（Na3PO4·12H2O）40g/L～60g/L碳酸钠（Na2CO3·10H2O） 40g/L～50g/L硅酸钠（Na2SiO3·nH2O） 25g/L～35g/L温度 60℃～90℃除油时间 15min～30min在化学除油溶液中浸泡之后，先使用温水进行浸泡，然后在冷水中进行清洗，彻底将污染物除去。

钛合金酸洗工艺与设备的研究

钛合金酸洗工艺及设备的研究酸洗也称为除灰、除渍及光化处理。

铸造过程中，钛合金工件表面会形成不溶性氧化层，这层氧化物，只是附着在工件表面上的一层疏松组织，必须采用酸洗的方法将其清除。

酸洗也可称为酸出光，在很多行业标准中都是采用酸出光这一称谓。

本文首先对酸洗的理论进行概述，其次提出一种钛合金的酸洗工艺，并结合该酸洗工艺对酸洗设备进行研究与分析，最后分析酸洗过程中易出现的问题，并提出相应的解决办法。

1.酸洗理论概述1.1.酸洗的内涵酸洗包括：酸浸、酸洗和酸洗。

1.1.1.酸浸：将金属浸泡在酸液中，长时间浸泡，清除较厚的氧化物。

例如，在冷轧之前，对热轧钢板进行酸洗，以去除轧制过程中产生的氧化皮和氧化皮。

1.1.2.酸洗：用于金属设备除垢，它也可用于长时间浸泡在酸中，就可以清除的金属氧化物。

如进行电镀、涂装、磷化前氧化皮和锈的清除，钛表层氧化物的去除。

1.1.3.酸沾：金属件在加工和短时存放过程中，可能在表面生成一层很薄的氧化物层，此时，只有用浓度较低的酸溶液擦拭金属表面，才能去除氧化层。

如焊接或热加工而在金属表面产生的变色部分和氧化皮的清除。

1.2.酸洗原理1.2.1.解体金属表面氧化层中各种溶于酸的氧化物与酸发生化学反应，形成溶解在水中的金属盐，并溶解在酸性溶液中，以去除氧化皮，这种作用，一般称作解体。

1.2.2.机械剥离金属表面氧化层中除各种氧化物外，还夹杂着部分的金属单质，并且氧化层具有多孔性，酸溶液通过氧化层的孔隙和裂缝与氧化层中的金属或基体元素相互作用，并相应产生大量的氢气。

由这部分氢气产生的膨胀压力，就可以把氧化层从金属表面上剥离下来。

这种通过反应产生氢气的膨胀压力把氧化层剥离下来的作用，一般称为机械剥离。

1.2.3.减少金属与酸作用时，首先产生氢原子。

一部分氢原子相互结合成为氢分子，促使氧化层的剥离；另一部分氢原子靠其化学活泼性及很强的还原能力，将高价金属的氧化物和盐还原为易溶于酸性溶液的低价金属氧化物和盐。

钛及钛合金板抛丸-喷淋酸洗工艺

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钛合金酸洗工艺与设备的研究

钛合金酸洗工艺与设备的研究背景介绍钛合金具有高强度、耐腐蚀等优良的工程性能，因此广泛应用于航空、航天、汽车、医疗器械等领域。

不过，在钛合金的加工过程中，会产生一些表面氧化层、杂质等不良物质，需要通过酸洗工艺去除。

因此，研究和掌握钛合金酸洗工艺及设备，对于提高钛合金制造的工艺水平和产品质量具有重要的意义。

钛合金酸洗工艺酸洗即利用酸性液体腐蚀表面的不良物质，进而达到清洁表面和提高表面质量的目的。

酸洗工艺是钛合金制品生产中不可或缺的关键环节，具有强烈的腐蚀性和挥发性。

因此，在酸洗过程中需要严格的工艺控制和安全措施。

钛合金酸洗工艺的主要步骤包括：准备酸洗液、清洗、酸洗、冲洗、中和等。

一般而言，酸洗液采用盐酸、硫酸等酸性物质，具有强腐蚀性，需要特别注意操作过程中的安全措施。

清洗步骤是为了去除表面的杂物和油污等，也是酸洗前的准备工作，这个步骤需要使用去离子水或工业用水。

酸洗过程中，钛合金表面会被腐蚀成粗糙的花纹，因而需要进行中和工作，中和过程需要使用稀碱或者去离子水。

钛合金酸洗设备为了保证酸洗工艺的顺利进行以及操作人员的健康安全，钛合金酸洗设备也需要进行统一的规范和标准化。

钛合金酸洗设备需要具有以下几个方面的性能：•腐蚀抗性：钛合金酸洗设备需要具有高的腐蚀抗性，能够多次使用酸洗液而不受影响。

•稳定性：钛合金酸洗设备需要具有高的稳定性，确保在酸洗过程中的稳定性。

•合理的构造：设备的构造需要合理，既能保证设备的操作方便，又能保证操作过程安全和准确。

•健康安全：钛合金酸洗设备设计时还需要考虑操作人员的健康安全问题，例如需要合理设置通风设备、穿戴防护服、戴防护呼吸器等。

钛合金酸洗工艺及设备的研究进展当前，国内外对于钛合金酸洗工艺及设备的研究日益深入。

在钛合金酸洗设备方面，德国、日本等国家进行了一系列的钛合金酸洗设备的研究和应用。

国内钛合金酸洗设备已经具有一定的进展，在设备结构和控制技术方面都取得了不少成果。

在钛合金酸洗工艺方面，一些新的方法和工艺也开始出现，如等离子体酸洗、氢氟酸酸洗等，这些新的工艺和方法已经取得了不少实际应用。

酸洗钝化工艺对钛合金氢含量及耐蚀性的影响

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测试和交流阻抗测试两种方式，室温３５ＮＣ在．％ａ１
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钛合金酸洗工艺与设备的研究
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酸洗也称为除灰、除渍及光化处理。

钛合金工件在在铸造过程中会在工件表面形成一层不溶性的氧化物层，这层氧化物，只是附着在工件表面上的一层疏松组织，必须采用酸洗的方法将其清除。

酸洗也可称为酸出光，在很多行业标准中都是采用酸出光这一称谓。

1.酸洗的理论概述
1.1.酸洗的内涵
酸洗包括：酸浸、酸洗和酸沾。

1.1.1.酸浸：将金属浸泡在酸液中，长时间浸泡，清除较厚的氧化物。

如冷轧前热轧钢板酸浸脱除轧制过程中产生的鳞皮和氧化皮。

1.1.
2.酸洗：用于金属设备除垢，也用于不需要长时间用酸浸泡，就可以清除的金属氧化物。

如进行电镀、涂装、磷化前氧化皮和锈的清除，钛表层氧化物的去除。

1.1.3.酸沾：金属件在加工和短时存放过程中，可能在表面生成一层很薄的氧化物层，这时只需要用浓度较小的酸溶液在金属表面擦拭就可除去氧化物层。

如焊接或热加工而在金属表面产生的变色部分和氧化皮的清除。

1.2.酸洗原理
1.2.1.溶解作用
金属表面氧化层中各种溶于酸的氧化物与酸发生化学反应，生成溶于水的金属盐而溶解于酸溶液内从而去除氧化层表皮，这种作用，一般称作溶解作用。

1.2.2.机械剥离作用
金属表面氧化层中除各种氧化物外，还夹杂着部分的金属单质，并且氧化层具有多孔性，酸溶液通过氧化层的孔隙和裂缝与氧化层中的金属单质或基体单质作用，并相应产生大量的氢气。

由这部分氢气产生的膨胀压力，就可以把氧化层从金属表面上剥离下来。

这种通过反应产生氢气的膨胀压力把氧化层剥离下来的作用，一般称为机械剥离作用。

1.2.3.还原作用
金属与酸作用时，首先产生氢原子。

一部分氢原子相互结合成为氢分子，促使氧化层的剥离；另
一部分氢原子靠其化学活泼性及很强的还原能力，将高价金属的氧化物和高价金属盐还原成易溶于酸溶液的低价金属氧化物及低价盐。

2.钛合金的酸洗工艺及设备
钛及钛合金由于其具有良好的耐腐蚀性、较高的工作温度范围、比强度高，铸造可直接形成各种形状和尺寸的近净尺寸或净尺寸的结构件等优点，其广泛应用于航空航天，化工等行业。

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层或其它污物，并且零件表面的氧化层对零件的性能可靠性也有一定的影响，所以一般在喷砂工序后铸件需进行酸洗。

酸洗不仅能去除钛及钛合金零件表面的氧化层和其它污物，还可以根据技术要求的壁厚去除少量的钛和钛合金材料。

如果酸洗质量达不到
预期的要求，会给后续加工带来极大的影响。

所以，酸洗过程必须严格按照工艺要求进行处理。

钛可与盐酸、硝酸、氢氟酸等各种酸发生反应，由于硝酸盐溶解度大，同时硝酸又具有一定的氧化性，因此它对氧化物的溶解性较强。

一些用盐酸溶不了的金属氧化物和垢物，常用硝酸溶液来进行酸洗。

所以钛合金的酸洗选用硝酸配氢氟酸来进行。

酸洗液中硝酸与氢氟酸的配比要达到15:1以上。

钛与酸反应公式如下：
3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO (1)
3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO (2)
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O (3)
Ti+4HNO3=Ti(NO3)2+2NO2+2H2O (4)
Ti+6HNO3=TiO(NO3)2+4NO2+3H2O (5)
Ti+4HF=TiF4+2H2 (6)
2Ti+6HF=2TiF4+3H2 TiF4+2F-
=[TiF6]2-
(7)
钛合金酸洗中酸洗时间和酸洗温度是比较重要的工艺参数，酸洗过程中根据合金的成分和需酸洗的金属量，要严格控制好酸洗的时间和温度，不能超过规定的参数范围，以免铸件吸氢。

酸洗时间需根据零件工艺需要来确定。

酸洗时把铸件放入特定的酸洗框中，框的材料一般为PVC材料。

为了达到酸洗的效果，有时根据不同结构的铸件还需设计不同的酸洗工装用来悬挂或支撑钛合金铸件，然后用升降机吊入酸洗槽中进行酸洗。

酸洗过后一般要进行水冲洗和水浸洗，同时伴有压缩空气搅拌，以洗掉酸洗时钛合金铸件表面的酸
液和残留物。

为了使铸件水洗时洗的干净彻底，可以把水冲洗槽和水浸洗槽设计成逆流漂洗。

由于水源从B槽进入，A槽排出，所以逆流漂洗时先把铸件放入A槽清洗，再进入B槽浸洗。

水浸洗过后还需进行一道去离子水清洗工序，以免自来水中的存在的有机物离子与钛发生反应生成沉淀。

2.2.钛合金的酸洗设备
由于酸洗的特殊性，酸洗一般在特定的酸洗槽中进行，也可在特制的塑料滚筒中进行。

酸洗槽的尺寸设计要根据酸洗产品的形状大小和数量来进行，一般设计成长方体槽体，槽子内部材料一般为耐酸塑料材质，外部包裹不锈钢并喷涂防酸漆。

由于酸洗要在一定的温度范围内进行，而钛合金铸件在酸洗过程中会逐渐升温，所以槽体内还需布置加热、冷却和温控装置。

水清洗槽的加热装置可
选用不锈钢加热管，酸洗槽的加热装置由于其特殊性，需选用特制的耐酸材料加热管，可选用石英、陶瓷、四氟等材料；冷却方式根据工艺条件可选用适合功率的水冷或风冷来进行；温控装置一般在槽体内部安装铂电阻并连接温控表对其进行温度显示及控制。

滚筒式酸洗即酸洗时，工件放入特制的塑料滚筒中，再放入酸洗槽中，酸洗时滚筒在酸洗槽中缓慢转动，从而带动铸件不断转动，这样可使酸洗反应生成气体形成的气泡不会附着在铸件表面上，保证酸洗过程的均匀性。

酸洗时，由于钛合金与酸发生反应，因而会产生钛末等一些残渣废弃物，这些残渣在酸洗过后便存在在酸洗槽底部，时间一长，容易使管道堵塞。

对此，可以采用过滤的方法来解决。

2.3.酸气的净化
在酸洗过程中，由于有时酸洗液需要加热，并且酸洗过程中酸液本身也会升温，因而会产生大量的酸气。

这些酸气在排入大气前，必须进行净化处理，达到环境排放要求才可排放，否则会对空气造成污染。

酸洗产生的废气主要为氮氧化物，在常温下可以单独存在的主要是NO2和N2O4。

氮氧化物中对人体危害较大的主要是NO2和N2O4。

NO2是一种棕红色有窒息性气味的气体，具有强烈的刺激性，毒性是NO的3-4倍，N2O4的毒性与NO2相似。

这些废气的净化的方法主要有活性炭吸附法。

活性炭吸附氮氧化物的机理是依靠吸附剂与吸附质之间的分子运动力、化学键力与静电引力，形成物理吸附、化学吸附和交换吸附。

物理吸附存在于活性炭的表面；化学吸附需要在高温条件下才能进行解析，使饱和状
精编范本，实用简洁安全管理编号：LX-FS-A54416 态下的活性炭活化；交换吸附附集在吸附剂表面带电点上，吸附过程中伴随着等量的离子交换。

废气净化设备的处理能力需要根据酸气的排放量核算，选择一级或二级净化器，从而达到净化要求。

钛合金酸洗由于其挥发腐蚀等特殊性，在生产过程中仍存在诸如设备腐蚀，酸气挥发等很多亟待解决的问题，期待在以后的研究中继续探讨。

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