一種γ-鈦鋁基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γ-鈦鋁基金屬間化合物材料的化學銑切溶液及化學銑切方法。化銑溶液成份為：氫氟酸3～20wt%，鹽酸0～10wt%，硝酸8～30wt%，冰乙酸1～3wt%，緩蝕劑0.1～5g/L，鈦離子0～100g/L，鋁離子0～80g/L，其余為水。本發明采用氫氟酸、鹽酸和冰乙酸作為腐蝕劑，硝酸作為氧化劑，并添加一定量的金屬離子和緩蝕劑配制γ-鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，溫度在35～60℃時對材料進行化學銑切加工，化銑速率約為0.01～0.04mm/min。本發明提供的化銑溶液配方及化銑加工方法可實現γ-鈦鋁材料的化學銑切加工，化銑速率可控，處理后的零部件尺寸精度滿足要求，表面粗糙度好，整個化銑過程操作簡單，易于控制，生產效率高。
【專利說明】一種Y-鈦鋁基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Y-鈦鋁基金屬間化合物材料的化學銑切溶液及化學銑切方法。
【背景技術】
[0002]鈦鋁金屬間化合物材料是目前備受矚目的一類輕質高溫材料。Y -鈦鋁基合金的密度為3.7~3.9g/cm3，不到鎳基高溫合金的一半，高溫性能、抗蠕變性與鎳基高溫合金接近，最高使用溫度可達到950°C，可以填補鈦合金和鎳基高溫合金的使用空白，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，可用于航空航天、汽車等行業的耐高溫零部件或者超高速飛行器的殼體等，被認為是最有應用潛力的新一代輕質耐高溫結構材料。2007年，美國波音公司宣布，787民用客機使用GE公司的發動機中后兩級葉片使用鈦鋁合金，減輕發動機質量363kg，這是鈦鋁合金在航空航天領域上的重大應用，也推動了全球鈦鋁基合金的應用研究熱潮。
[0003]Y-鈦鋁具有正方點陣結構，在任何溫度下都呈有序結構，因此室溫塑性極低，硬度較高，具有本征脆性的鈦鋁基金屬間化合物能否作為高溫結構材料得到大范圍應用，其強韌化改性是基礎，先進的成形加工技術也是需要解決的關鍵問題之一，目前鈦鋁金屬間化合物多采用鑄造成型，化學銑切加工在上述工序后的小余量去除上有著不可取代的優勢。
[0004]化學銑切也叫腐蝕加工，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。目前，鈦合金和鋁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，有關鈦鋁金屬間化合物的化學銑切加工還未見報道。鈦鋁金屬間化合物有2~3種主要組成元素。材料的組織結構和腐蝕性能均與鈦合金和鋁合金有很大不同，傳統的鈦合金或鋁合金化銑工藝不能適用于Y -鈦鋁基金屬間化合物。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種Y -鈦鋁基金屬間化合物材料的化學銑切溶液及化學銑切方法，替代機械加工用于調節零部件的余量，生產效率高，成品率高，且工藝設備簡單，易于操作和控制。
[0006]本發明的技術方案是:
[0007]一種Y -鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，化銑溶液成份為:氫氟酸3~20wt%，鹽酸0~10wt%,硝酸8~30wt%,冰乙酸I~3wt%,緩蝕劑0.1~5g/L,欽離子0~100g/L,招離子0~80g/L,其余為水。
[0008]所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，化銑溶液成份優選為:氫氟酸8~14wt%,鹽酸5~8wt%,硝酸18~25wt%,冰乙酸I~3wt%,緩蝕劑I~3g/L,欽離子20~50g/L，鋁離子20~50g/L，其余為水。[0009]所述的Y -鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，緩蝕劑為磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉、重鉻酸鈉、吐溫、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、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鹽、硫脲、二苯硫脲、尿素、糠醛、肉桂醛、丁炔二醇、溴代十六烷基吡啶、2-苯基吡啶、聚乙二醇辛基苯基醚、亞甲基四胺、六氟磷酸銨中的一種或兩種以上。
[0010]所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，鈦離子以金屬鈦、鈦合金或鈦鋁金屬間化合物的粉末或者顆粒形式加入。
[0011]所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，鋁離子以金屬鋁、鋁合金或鈦鋁金屬間化合物的粉末或者顆粒形式加入。
[0012]所述化銑溶液的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，包含以下步驟:
[0013](I)將需要進行化銑加工的Y -鈦鋁基金屬間化合物材料去除表面灰塵和油污；
[0014](2)將洗凈的零部件浸沒化銑溶液中，在35~60°C下進行化銑加工，達到要求尺寸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；
[0015](3)將化銑后的零部件浸沒在除灰溶液中3~IOmin進行除灰處理；
[0016](4)除灰結束的零部件用40~50°C溫水清洗去除表面殘留除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0017]所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，步驟(1)中，用清水洗去表面灰塵，用乙醇或丙酮洗去表面油污，再用清水清洗干凈并吹干。
[0018]所述的Y-鈦鋁基金屬間 化合物的化銑方法，步驟⑵中，化銑速率為0.01~
0.04mm/mino
[0019]所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，步驟(3)中，除灰溶液成份為質量分數20%~50%的硝酸溶液。
[0020]所述的Y -鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，按原子百分比計，Y -鈦鋁基金屬間化合物的成份為:T1-(45~50)%A1-(1~12)%M，MSV、Cr、Mn、Nb、Ta、W、Mo合金元素中的一種或兩種以上。
[0021]本發明的優點和有益效果是:
[0022]1、本發明Y-鈦鋁金屬間化合物材料硬度高且室溫脆性大，加工性能不好，難于加工也是制約其大規模應用的障礙之一。用化學銑切的方法進行零部件的后期加工和余量調整，具有生廣效率聞、成品率聞等優點。
[0023]2、本發明Y-鈦鋁金屬間化合物材料含有2~3種主要組成元素，各組成元素的腐蝕性能差別很大，不易實現各元素的均勻腐蝕獲得沒有缺陷的表面。本發明提供的化銑溶液用于Y -鈦鋁材料的化銑加工，可有效控制腐蝕速率，獲得較好的產品表面，化銑后產品沒有坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，零部件精度滿足要求。
[0024]總之，本發明采用氫氟酸、鹽酸和冰乙酸作為腐蝕劑，硝酸作為氧化劑，并添加一定量的金屬離子和緩蝕劑配制Y -鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，溫度在35~60°C時對材料進行化學銑切加工，化銑速率約為0.01~0.04mm/mino本發明提供的化銑溶液配方及化銑加工方法可實現Y -鈦鋁材料的化學銑切加工，化銑速率可控，處理后的零部件尺寸精度滿足要求，表面粗糙度好，整個化銑過程操作簡單，易于控制，生產效率高。【具體實施方式】
[0025]本發明中，除特別指明，涉及的百分數是指質量百分比。Y -鈦鋁基金屬間化合物的成份為(原子比):T1-(45~50) %A1- (I~12) %M，M為V、Cr、Mn、Nb、Ta、W、Mo等合金元素中的一種或兩種以上。
[0026]本發明適用于Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，包含以下步驟:
[0027](I)將需要進行化銑加工的Y -鈦鋁基金屬間化合物材料去除表面灰塵和油污；
[0028](2)將洗凈的零部件浸沒化銑溶液中，在35~60°C下進行化銑加工，達到要求尺寸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；
[0029](3)將化銑后的零部件浸沒在除灰溶液中3~IOmin進行除灰處理；
[0030](4)除灰結束的零部件用40~50°C溫水清洗去除表面殘留除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0031]所述化銑溶液成份為:氫氟酸3~20wt%，鹽酸0~10wt%，硝酸8~30wt%，冰乙酸I~3wt%,緩蝕劑0.1~5g/L，鈦離子0~100g/L,招離子0~80g/L。
[0032]所述緩蝕劑為磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉、重鉻酸鈉、吐溫、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、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鹽、硫脲、二苯硫脲、尿素、糠醛、肉桂醛、丁炔二醇、溴代十六烷基吡啶、2-苯基吡啶、聚乙二醇辛基苯基醚、亞甲基四胺、六氟磷酸銨中的一種或兩種以上。
[0033]所述鈦離子以金屬鈦、鈦合金或鈦鋁金屬間化合物的粉末或者顆粒形式加入。
[0034]所述鋁離子以金屬鋁、鋁合金或鈦鋁金屬間化合物的粉末或者顆粒形式加入。
[0035]所述除灰溶液成份為質量分數20%~50%的硝酸溶液。
[0036]步驟(1)中，用清水洗去表面灰塵，用乙醇或丙酮洗去表面油污，再用清水清洗干凈并吹干。
[0037]步驟⑵中，化銑速率為0.01~0.04mm/min。
[0038]下面通過實施例進一步詳述本發明。
[0039]實施例1
[0040]化銑溶液成份為:氫氟酸3wt%，硝酸12wt%，鹽酸8wt%’冰乙酸3wt%，溴代十六烷基吡啶0.lwt%，糠醛0.lwt%，亞甲基四胺0.5wt%，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0041]用丙酮浸泡Y-鈦鋁零部件，放在超聲中清洗十分鐘去除表面油污，之后用40~50°C溫水清洗去除丙酮并吹干，洗凈的零部件浸沒在35°C的化銑溶液中lOmin，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液，將化銑后的零部件浸沒在濃度為25wt%的硝酸溶液中5min進行除灰處理，之后用40~50°C溫水清洗表面殘留的除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0042]化銑速率0.010mm/min,化銑后產品沒有坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷。
[0043]實施例2
[0044]化統溶液成份為:氫氟酸8wt%,硝酸15wt%,鹽酸8wt%,冰乙酸2wt%, 2_苯基吡唳
0.15wt%，糠醛0.3wt%，亞甲基四胺0.5wt%，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0045]用丙酮浸泡Y-鈦鋁零部件，放在超聲中清洗十分鐘去除表面油污，之后用40~50°C溫水清洗去除丙酮并吹干，洗凈的零部件浸沒在55°C的化銑溶液中lOmin，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液，將化銑后的零部件浸沒在濃度為25wt%的硝酸溶液中5min進行除灰處理，之后用40~50°C溫水清洗表面殘留的除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0046]化銑速率0.023mm/min,化銑后產品沒有坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷。
[0047]實施例3
[0048]化銑溶液成份為:氫氟酸8wt%，硝酸15wt%，鹽酸3wt%，冰乙酸2wt%，多聚磷酸鈉
0.6wt%，硫脲1.2wt%，鈦鋁金屬間化合物顆粒30g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。其中，鈦鋁基金屬間化合物的成份為(原子比):T1-48Al-2Nb-2Cr。 [0049]用丙酮浸泡Y-鈦鋁零部件，放在超聲中清洗十分鐘去除表面油污，之后用40~50°C溫水清洗去除丙酮并吹干，洗凈的零部件浸沒在55°C的化銑溶液中lOmin，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液，將化銑后的零部件浸沒在濃度為25wt%的硝酸溶液中5min進行除灰處理，之后用40~50°C溫水清洗表面殘留的除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0050]化銑速率0.015mm/min,化銑后產品沒有坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷。
[0051]實施例4
[0052]化統溶液成份為:氫氟酸15wt%,硝酸26wt%,冰乙酸3wt%,尿素2g/L,十二烷基苯磺酸鈉lg/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0053]用丙酮浸泡Y-鈦鋁零部件，放在超聲中清洗十分鐘去除表面油污，之后用40~50°C溫水清洗去除丙酮并吹干，洗凈的零部件浸沒在35°C的化銑溶液中lOmin，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液，將化銑后的零部件浸沒在濃度為25wt%的硝酸溶液中5min進行除灰處理，之后用40~50°C溫水清洗表面殘留的除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0054]化銑速率0.029mm/min,化銑后產品沒有坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，表面粗糙度稍差。
[0055]實施例5
[0056]化銑溶液成份為:氫氟酸15wt%，硝酸26wt%，冰乙酸3wt%，磷酸二氫鈉2g/L，尿素2g/L，十二烷基硫酸鈉2g/L，金屬鈦粉15g/L，金屬鋁粉15g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0057]用丙酮浸泡Y-鈦鋁零部件，放在超聲中清洗十分鐘去除表面油污，之后用40~50°C溫水清洗去除丙酮并吹干，洗凈的零部件浸沒在55°C的化銑溶液中lOmin，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液，將化銑后的零部件浸沒在濃度為25wt%的硝酸溶液中5min進行除灰處理，之后用40~50°C溫水清洗表面殘留的除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0058]化銑速率0.039mm/min,化銑后產品沒有坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷，表面粗糙度較實施例4好。
[0059]實施例6
[0060]化統溶液成份為:氫氟酸18wt%,硝酸28wt%,冰乙酸2wt%,尿素3g/L,十二烷基苯磺酸鈉2g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。[0061]用丙酮浸泡Y-鈦鋁零部件，放在超聲中清洗十分鐘去除表面油污，之后用40~50°C溫水清洗去除丙酮并吹干，洗凈的零部件浸沒在35°C的化銑溶液中lOmin，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液，將化銑后的零部件浸沒在濃度為25wt%的硝酸溶液中5min進行除灰處理，之后用40~50°C溫水清洗表面殘留的除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0062]化銑速率0.028mm/min,化銑后產品沒有坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷。
[0063]實施例7
[0064]化銑溶液成份為:氫氟酸18wt%，硝酸28wt%，冰乙酸3wt%，尿素4g/L，六氟磷酸銨lg/L，將上述物質均勻混合，鈦鋁金屬間化合物顆粒20g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。其中，鈦鋁基金屬間化合物的成份為(原子比):T1-48Al-2Nb-2Cr。
[0065]用丙酮浸泡Y-鈦鋁零部件，放在超聲中清洗十分鐘去除表面油污，之后用40~50°C溫水清洗去除丙酮并吹干，洗凈的零部件浸沒在55°C的化銑溶液中lOmin，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液，將化銑后的零部件浸沒在濃度為25wt%的硝酸溶液中5min進行除灰處理，之后用40~50°C溫水清洗表面殘留的除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0066]化銑速率0.038mm/min,化銑后產品沒有坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷。
[0067]實施例8
[0068]化銑溶液成份為:氫 氟酸18wt%，硝酸28wt%，鹽酸10wt%，冰乙酸2wt%，尿素2g/L，溴代十六烷基吡啶0.5wt%，聚乙二醇辛基苯基醚0.8g/L，其余為水。將上述物質均勻混合，配制化銑溶液。
[0069]用丙酮浸泡Y-鈦鋁零部件，放在超聲中清洗十分鐘去除表面油污，之后用40~50°C溫水清洗去除丙酮并吹干，洗凈的零部件浸沒在55°C的化銑溶液中lOmin，將零部件取出，用40~50°C溫水清洗去除表面殘留化銑溶液，將化銑后的零部件浸沒在濃度為25wt%的硝酸溶液中5min進行除灰處理，之后用40~50°C溫水清洗表面殘留的除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。
[0070]化銑速率0.040mm/min,化銑后產品沒有坑洞、脊梁、晶間腐蝕等缺陷。
[0071]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Y-鈦鋁金屬間化合物材料的化學銑切加工，具有化銑速率可控、生產效率高、成品率高、工藝簡單、表面狀況好等優點。
【權利要求】
1.一種Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，其特征在于，化銑溶液成份為:氫氟酸3~20wt%,鹽酸O~10wt%,硝酸8~30wt%,冰乙酸I~3wt%,緩蝕劑0.1~5g/L,欽離子0~100g/L，鋁離子0~80g/L，其余為水。
2.按照權利要求1所述的Y-鈦鋁基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、磷酸氫二鈉、偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉、重鉻酸鈉、吐溫、直鏈烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸納、十二烷基橫酸納、二羊基玻拍酸橫酸納、十二烷基苯橫酸、十二烷基苯橫酸鹽、硫脲、二苯硫脲、尿素、糠醛、肉桂醛、丁炔二醇、溴代十六烷基吡唆、2-苯基吡唆、聚乙二醇辛基苯基醚、亞甲基四胺、六氟磷酸銨中的一種或兩種以上。
3.按照權利要求1所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，其特征在于，鈦離子以金屬鈦、鈦合金或鈦鋁金屬間化合物的粉末或者顆粒形式加入。
4.按照權利要求1所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑溶液，其特征在于，鋁離子以金屬鋁、鋁合金或鈦鋁金屬間化合物的粉末或者顆粒形式加入。
5.一種利用權利要求1所述化銑溶液的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，其特征在于，包含以下步驟: (1)將需要進行化銑加工的Y-鈦鋁基金屬間化合物材料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35~60°C下進行化銑加工，達到要求尺寸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； (3)將化銑后的零部件浸沒在除灰溶液中3~IOmin進行除灰處理； (4)除灰結束的零部件用40~50°C溫水清洗去除表面殘留除灰溶液，再用70~80°C的熱水清洗干凈并吹干。`
6.按照權利要求5所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，其特征在于，步驟(1)中，用清水洗去表面灰塵，用乙醇或丙酮洗去表面油污，再用清水清洗干凈并吹干。
7.按照權利要求5所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，其特征在于，步驟(2)中，化銑速率為0.01~0.04mm/min。
8.按照權利要求5所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，其特征在于，步驟(3)中，除灰溶液成份為質量分數20%~50%的硝酸溶液。
9.按照權利要求5所述的Y-鈦鋁基金屬間化合物的化銑方法，其特征在于，按原子百分比計，Y-鈦鋁基金屬間化合物的成份為:T1-(45~50)%A1-(1~12) %M，M為V、Cr、Mn、Nb、Ta、W、Mo合金元素中的一種或兩種以上。
【文檔編號】C23F1/30GK103556151SQ201310598193
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】趙煥, 劉建國, 管勇, 趙麗娜, 李慶鵬, 嚴川偉 申請人:中國科學院金屬研究所