AlNb合金的精密化學銑切方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化學銑切加工領域，尤其涉及一種Ti2AlNb合金的精密化學銑切方法。
【背景技術】
[0002]化學銑切也稱為特種加工，是利用酸、堿、鹽等化學溶液與金屬發生化學反應，使金屬溶解，改變工件尺寸和形狀的一種加工方法。
[0003]化銑加工不受材料硬度和強度的限制，加工過程中不會產生應力、毛刺等缺陷，工件無變形，并且可以同時加工多面、多件，生產效率高，常用于外形復雜的零部件、薄板零件的余量加工以及零部件余量的調節，從而節省大量的刀具費用，加工操作技術簡單，也可對傳統機械加工困難的材料或形狀進行加工。
[0004]Ti2AlNb合金具有高的比強度、良好的抗氧化性、抗高溫蠕變性能和無磁性等優點，是一種新型的航空航天用輕質、耐高溫的結構材料，用其替代傳統的高溫合金或耐熱不銹鋼制成的零部件，將減重40%，對提高航空發動機的推重比和航天發動機的有效發射載荷具有重要意義。采用化銑加工可以去除發動機中特定區域不必要的材料，最大限度地去除發動機廢重，減輕飛機的總體質量和保證零件尺寸的精度，暴露并消除鑄造件表層缺陷。
[0005]Ti2AlNb合金特有的高強度、高韌性、低熱導率和較高的高溫特性為切削加工帶來了一系列公益技術難題:如單位切削力大，切削熱導出困難，切削溫度高、刀具磨破損劇烈、加工硬化傾向嚴重、易于產生積肩瘤和鱗刺、切削難于折斷等，導致傳統的機械加工對此類材料的加工效率、精度、表面完整性均難以保證。
[0006]鈦合金和鋁合金的化銑加工已成為航空航天零部件成形的可靠加工方法，Ti2AlNb基合金的化銑加工還未見報道。Ti2AlNb合金含有3~4種主要組成元素，材料的組織結構和腐蝕性能均與鈦合金有很大區別，利用傳統的鈦合金化銑工藝配方對Ti2AlNb化銑加工后，表面發黑，局部有凹坑，粗糙度值很大，不能滿足加工后的性能要求。
[0007]Ti2AlNb金屬間化合物材料含有3~4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粗糙度小的表面。本發明提供的化銑溶液用于Ti2AlNb材料的化銑加工，可有效控制腐蝕速率，能獲得表面光亮，粗糙度小，表面平整度好，尺寸精確，無余量，無坑洞、無晶間腐蝕等缺陷Ti2AlNb合金表面。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種Ti2AlNb合金的精密化學銑切方法，采用該方法能夠得到表面粗糙度小、表面平整度好、尺寸精確、無余量、表面光亮、無晶間腐蝕的金屬表面。
[0009]本發明是這樣實現的，一種Ti2AlNb合金的精密化學銑切方法，其特征方法步驟為:
(I)超聲波除油:用丙酮浸泡Ti2AlNb合金試樣，放在超聲波中清洗1min除去試片表面油污，其中超聲波震動功率:1.2kw，超聲波震動時間lOmin，溫度設置為40°C ;除油后試片經水清洗，再進行表面水膜連續性檢查，直至整個試樣表面親水，無水珠和不浸潤處； (2)活化:除去Ti2AlNb合金表面形成的氧化膜，露出表面的新鮮基體，使表面處于活化狀態，為化銑提供良好的銑切表面。將6.4mol/L的硝酸和2mol/L的氫氟酸混合后，室溫，侵蝕時間90~120s，活化后立即進行化銑加工；
(3)化銑加工:化銑加工工藝的參數為，40%氫氟酸90~120ml/L、65%硝酸300~360ml/L、表面活性劑l~3g，緩蝕劑8~12g，溫度42±3°C，攪拌速度160~200r/min，然后將Ti2AlNb合金垂直懸掛于該化銑加工液中Ih (每15分鐘翻轉180° )；
(4)后處理:化銑加工后試樣立即轉移到40~50°C的溫水浸泡3~5min，清洗干凈，冷水沖洗2次，除去合金表面殘留的化銑加工液，避免影響到合金表面質量，吹干。
[0010]本發明所述表面活性劑直鏈烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、二辛基琥珀酸磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸、硬脂酸鈉中的一種或兩種以上。
[0011]本發明所述緩蝕劑為尿素，硫脲，二鄰甲苯基硫脲，苯硫脲中的一種或兩種以上。
[0012]本發明的優點是:l、Ti2AlNb金屬間化合物材料硬度高且室溫脆性大，機械加工性能不好。本發明的化學銑切方法對工件去除廢重以及余量調整，具有生產效率高、成品率高等優點。2、Ti2AlNb金屬間化合物材料含有3~4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Ti2AlNb合金的化銑加工，可有效控制腐蝕速率，能獲得表面粗糙度小，表面平整度好，尺寸精確，無余量，無坑洞、無晶間腐蝕等缺陷Ti2AlNb合金表面；3、本發明所得化銑加工液所采用的復合酸體系和添加劑均為常見藥品，易于實現。工藝過程中溫度在42±3°，攪拌速度為160~250r/min，易于達到。利用本發明對Ti2AlNb合金的化學銑切加工，化銑速率可控，處理后的工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】
[0013]實施例一:
(1)超聲波除油:用丙酮浸泡Ti2AlNb合金試樣，放在超聲波中清洗1min除去試片表面油污，其中超聲波震動功率:1.2kw,超聲波震動時間lOmin，溫度設置為40°C。除油后試片經水清洗，再進行表面水膜連續性檢查，直至整個試樣表面親水，無水珠和不浸潤處，則認為除油合格；
(2)活化:除去Ti2AlNb高溫合金表面形成的氧化膜，露出表面的新鮮基體，使表面處于活化狀態，為化銑提供良好的銑切表面。活化工藝參數為，6.4mol/L的硝酸和2mol/L的氫氟酸混合后，室溫，侵蝕時間為100s，活化后立即進行化銑加工；
(3)化銑加工:化銑加工工藝的參數為，40%氫氟酸95ml/L、65%硝酸300ml/L、表面活性劑lg，緩蝕劑8g，溫度42±3°C，攪拌速度160~200r/min，然后將Ti2AlNb合金垂直懸掛于該化銑加工液中Ih (每15分鐘翻轉180° )。
[0014](4)后處理:化銑加工后試樣立即轉移到熱水浸泡3~5min，冷水沖洗2次，除去合金表面殘留的化銑加工液，避免影響到合金表面質量，吹干。
[0015]采用JB-6C表面粗糙度輪廓儀測得合金試樣表面粗糙度Ra為0.54 μ m，35DL超聲波測厚儀測得化學銑切深度612 μ m，銑切速度為10.2 μ m/min，表面平整完好，符合加工要求。
[0016]實施例二:
(1)超聲波除油:用丙酮浸泡Ti2AlNb合金試樣，放在超聲波中清洗1min除去試片表面油污，其中超聲波震動功率:1.2kw,超聲波震動時間lOmin，溫度設置為40°C。除油后試片經水清洗，再進行表面水膜連續性檢查，直至整個試樣表面親水，無水珠和不浸潤處，則認為除油合格；
(2)活化:除去Ti2AlNb高溫合金表面形成的氧化膜，露出表面的新鮮基體，使表面處于活化狀態，為化銑提供良好的銑切表面。活化工藝參數為，6.4mol/L的硝酸和2mol/L的氫氟酸混合后，室溫，侵蝕時間為110s，活化后立即進O行-化銑加工；
(3)化銑加工:化銑加工工藝的參數為，40%氫氟酸100ml/L、65%硝酸300ml/L、表面活性劑2g，緩蝕劑10g，溫度42±3°C，溫度42±3°C，攪拌速度160~200r/min，然后將Ti2AlNb合金垂直懸掛于該化銑加工液中Ih (每15分鐘翻轉180° )
(4)后處理:化銑加工后試樣立即轉移到熱水浸泡3~5min，冷水沖洗2次，除去合金表面殘留的化銑加工液，避免影響到合金表面質量，吹干。
[0017]采用JB-6C表面粗糙度輪廓儀測得合金試樣表面粗糙度Ra為0.52 μ m，35DL超聲波測厚儀測得化學銑切深度620 μ m，銑切速度約為10.3 μ m/min,表面平整完好，符合加工要求。
[0018]實施例三:
(1)超聲波除油:用丙酮浸泡Ti2AlNb合金試樣，放在超聲波中清洗1min除去試片表面油污，其中超聲波震動功率:1.2kw,超聲波震動時間lOmin，溫度設置為40°C。除油后試片經水清洗，再進行表面水膜連續性檢查，直至整個試樣表面親水，無水珠和不浸潤處，則認為除油合格；
(2)活化:除去Ti2AlNb高溫合金表面形成的氧化膜，露出表面的新鮮基體，使表面處于活化狀態，為化銑提供良好的銑切表面。活化工藝參數為，6.4mol/L的硝酸和2mol/L的氫氟酸混合后，室溫，侵蝕時間為120s，活化后立即進行化銑加工；
(3)化銑加工:化銑加工工藝的參數為，40%氫氟酸110ml/L、65%硝酸320ml/L、表面活性劑2g，緩蝕劑10g，溫度42±3°C，攪拌速度160~200r/min，然后將Ti2AlNb合金垂直懸掛于該化銑加工液中Ih (每15分鐘翻轉180° )
殘留的化銑加工液，避免影響到合金表面質量，吹干。
[0019]采用JB-6C表面粗糙度輪廓儀測得合金試樣表面粗糙度Ra為0.54 (4)后處理:化銑加工后試樣立即轉移到熱水浸泡3~5min，冷水沖洗2次，除去合金表面殘留的化銑液，35DL超聲波測厚儀測得化學銑切深度640 μ m，銑切速度約為10.7 μ m/min,表面平整完好，符合加工要求。
【主權項】
1.一種Ti 2AlNb合金的精密化學銑切方法，其特征在于方法步驟如下: (1)超聲波除油:用丙酮浸泡Ti2AlNb合金試樣，放在超聲波中清洗1min除去試片表面油污，除油后試片經水清洗，再進行表面水膜連續性檢查，直至整個試樣表面親水，無水珠和不浸潤處； (2)活化:除去Ti2AlNb合金表面形成的氧化膜，露出表面的新鮮基體，使表面處于活化狀態，為化銑表面提供良好的銑切表面，將6.4mol/L的硝酸和2mol/L的氫氟酸混合后，室溫，侵蝕時間90~120s，活化后立即進行化銑加工； (3)化銑加工:將40%氫氟酸90~120ml/L、65%硝酸300~360ml/L、表面活性劑l~3g，緩蝕劑8~12g，配制成化銑加工液，溫度42±3°C，攪拌速度160~210r/min，然后將Ti2AlNb合金垂直懸掛于該化銑加工液中； (4)后處理:化銑加工后試樣立即移至40~50°C的溫水中浸泡3~5min,清洗干凈，冷水沖洗2次，除去合金表面殘留的化銑加工液，避免影響到合金表面質量，吹干。
2.按照權利要求1所述的一種Ti2AlNb合金的化銑方法，其特征在于，所述步驟(I)中超聲波震動功率:1.2kw，超聲波震動時間lOmin，溫度設置為40°C。
3.按照權利要求1所述的一種Ti2AlNb合金的化銑方法，其特征在于，表面活性劑直鏈烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、二辛基琥珀酸磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸、硬脂酸鈉中的一種或兩種以上。
4.按照權利要求1所述的一種Ti2AlNb合金的化銑方法，其特征在于，緩蝕劑為尿素，硫脲，二鄰甲苯基硫脲，苯硫脲中的一種或兩種以上。
【專利摘要】本發明公開了一種Ti2AlNb合金的精密化學銑切方法，其特征是在化銑加工液中加入組合添加劑，使Ti2AlNb合金在化銑加工后具有平整、完好、粗糙度小、無晶間腐蝕的表面。方法步驟為：（1）超聲波除油；（2）活化；（3）化銑加工；（4）后處理。本發明的優點是能在Ti2AlNb合金化銑加工后得到表面光亮，粗糙度小，表面平整度好、尺寸精確、無余量、無晶間腐蝕出現的金屬表面。
【IPC分類】C23F1-04, C23F1-30
【公開號】CN104746077
【申請號】CN201510108221
【發明人】杜楠, 李進, 林翠, 趙晴
【申請人】南昌航空大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月12日