钛合金酸洗工艺与设备的研究

精 密 成 形 工 程第16卷 第1期 14JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年1月收稿日期：2023-11-08 Received ：2023-11-08基金项目：国家自然科学基金（51705038）；常州大学大学生创新创业训练计划（202310292204B ）Fund ：The National Natural Science Foundation of China (51705038); Student Innovation and Entrepreneurship Training Pro-gram of Changzhou University (202310292204B)引文格式：冯泽群, 邹海馨, 刘钇麟, 等. 钛合金深冷处理工艺研究综述[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1): 14-23.FENG Zequn, ZOU Haixin, LIU Yilin, et al. A Review on Deep Cryogenic Treatment of Titanium Alloys[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(1): 14-23. *通信作者（Corresponding author ） 钛合金深冷处理工艺研究综述冯泽群，邹海馨，刘钇麟，窦奕卓，江鹏*（常州大学 机械与轨道交通学院，江苏 常州 213000）摘要：钛合金以其优异的生物相容性、出色的力学性能和抗腐蚀性而广泛应用于航空航天等领域。

然而，现代工艺制备的钛合金存在延展性和耐疲劳性较差的问题，同时钛金属本身的耐磨性也较差，因此需要通过合适的后处理工艺来改善其力学性能。

在这种背景下，深冷处理凭借其便捷、无污染、低成本及能显著改善金属材料组织和综合性能等优势，成为机械加工领域备受瞩目的研究方向。

钛合金表面处理工艺
钛合金表面处理工艺有很多种，下面介绍几种常见的处理工艺：
1.阳极氧化：在钛合金表面生成一层致密的氧化膜，提高其耐腐蚀性和耐磨性。

2.电泳涂装：将钛合金放入电泳槽中，通电后使其表面沉积一层涂料，提高其耐腐蚀性和耐磨性。

3.喷砂处理：通过喷砂去除钛合金表面的氧化膜和污垢，提高其表面粗糙度和清洁度。

4.化学镀：在钛合金表面沉积一层金属或金属合金，提高其耐腐蚀性和耐磨性。

5.激光加工：通过激光束在钛合金表面烧蚀出各种形状的图案或文字，提高其装饰性。

6.微弧氧化：在钛合金表面生成一层氧化膜，提高其耐腐蚀性和耐磨性。

7.电解抛光：通过电解的方法去除钛合金表面的氧化膜和污垢，提高其表面光洁度。

8.蚀刻：通过化学反应去除钛合金表面的部分材料，形成图案或文字，提高其装饰性。

9.染色处理：将钛合金放入染色槽中，通入染料后使其表面着色，提高其装饰性。

这些工艺可以单独使用，也可以组合使用，以满足不同的需求。

1。

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。

钛及钛合金摘要：先进材料钛及钛合金的应用与前沿技术的发展一直是当前材料领域的热点研究课题之一。

钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。

然而，生产成本之高，使应用受到限制。

我们相信在不久的将来，随着钛的冶炼技术不断改进和提高，钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。

本文介绍了钛合金的发展现状、特性、铸造工艺性能及其热处理，阐述了钛合金的生产技术及其应用，分析其优势与局限性，并展望发展趋势。

关键字：金属钛，钛合金; 发展状况;分布，性质; 铸造加工性能; 热处理;生产技术，应用; 研究前景钛和钛合金的发展过程：钛是英国化学家格雷戈尔（Gregor R W ，1762—1817。

）在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。

四年后，1795年，德国化学家克拉普罗特(Klaproth M H ，1743—1817。

）在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素。

他主张采取为铀（1789年由克拉普罗特发现的）命名的方法，引用希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”。

中文按其译音定名为钛。

格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛，而不是金属钛。

因为钛的氧化物极其稳定，而且金属钛能与氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合，所以单质钛很难制取。

直到1910年才被美国化学家亨特(Hunter M A）第一次制得纯度达99.9%的金属钛。

由于钛在液化状态时化学活性非常高, 钛与气体和所有制模成形用的难熔材料都有很高的活性, 因此, 钛合金铸造成形工业化的生产晚于变形钛合金和变形工艺。

自海绵钛工业化以来, 钛在工业上的广泛应用推动了钛工业的迅速发展, 钛的生产能力正在逐年提升, 并将陆续超过铅、锌、铜成为名副其实的第三金属。

目前, 由于国际紧张局势的缓和和军备缩减, 使军用飞机的钛需求量减少, 但民用客机今后可望继续增长。

要使钛业得以生存, 普遍认为还是要扩大飞机以外的一般用途。

钛合金酸洗设备探究1 概述由于钛及钛合金在铸造过程中表面会形成一种氧化层和其他污物，并且铸件的壁厚对其力学性能也有一定的影响。

因此，在喷砂工序后须通过酸洗将其α层去除，并按工艺要求去除壁厚以达到所需工艺要求。

由于HF+HNO3有酸洗速度快，酸洗效果好的特点，因此钛合金酸洗一般采用HF+HNO3酸洗工艺。

而这两种酸均为强酸，且在酸液配比中所占比重较大，浓度较高。

因此，对酸洗设备及酸雾净化设备要求都极高。

本文主要介绍一套适用于钛合金酸洗的设备及酸雾处理系统，以提高酸洗效率改善酸洗效果和酸雾处理能力。

2 酸洗设备酸洗一般需经过深酸洗、轻酸洗、水冲洗、水浸洗、去离子水清洗、干燥等过程，并对酸洗过程中产生的酸雾进行净化处理后再排放。

2.1 装料、卸料区由于厂房一般为矩形设计，酸洗线一般采用直线型布局，因此装卸料区一般选择在酸洗线的始端和末端，采用升降机装卸工件。

为了更有效充分地利用酸洗槽空间，同时避免工件与槽体的撞击，设计时，跑车轨道的中心线与槽体中心线重合，并将跑车轨道设计成椭圆形封闭轨道，以便于吊装工件（如图1）。

图1 吊车设计图2.2 酸洗段酸洗段包括深酸洗和轻酸洗。

酸洗一般在酸洗槽或特定的塑料滚筒中进行，这里我们采用酸洗槽的方式，同时，为了充分利用槽体容积，将所有槽体水平方向设计成正方形（见图1）。

钛合金的酸洗中硝酸和氢氟酸的配比一般要达到15∶1以上，其中深酸洗段两种酸的浓度均超过10%。

同时，随着酸洗的进行，酸液的温度会逐渐上升。

而工艺上对铸件酸洗温度的要求一般在10℃～60℃之间。

因此，需对酸洗槽安装冷却装置。

这里我们采用在槽内盘冷却管的方式，冷却设备的功率需根据酸液的量和工艺要求的冷却速度而定。

而由于温度的上升、酸液的腐蚀性，同时对酸洗槽材料的性能要求也较高。

这里我们选择耐腐蚀性、耐酸性、耐高温并且强度大的PVC材料作为酸洗槽的内板，在PVC板外层，包裹耐腐蚀性能较好的316不锈钢，以增强其槽体强度和美观性。

DW-2014钛及钛合金酸洗光亮剂工艺说明书一、性能及用途DW-2014钛及钛合金酸洗光亮剂(亦称化学抛光)是一种新型的酸洗光亮剂，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。

二、组成及工艺流程DW-2014钛及钛合金酸洗光亮剂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）三、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）四、注意事项当槽液处理一定量工件面积后，工作液浓度会降低，此时应该及时补加DW-2014钛及钛合金酸洗光亮剂浓缩液。

刷涂或浸泡DW-2014钛及钛合金酸洗光亮剂工作液后，应该及时的水洗完全干净钛及钛合金工件表面残液，否则会出现钛或钛合金工件局部地方过分酸洗光亮后有过腐蚀的现象。

五、包装运输与储存25kg加强塑料桶包装，储存与阴凉通风干燥处，储存期12个月；按一般化学品运输即可。