Titano lydinio kaltinių paviršiaus ėsdinimo proceso eksperimentinis tyrimas

Titanas ir titano lydiniai dėl didelio stiprumo ir atsparumo korozijai tapo nauja lengvųjų metalų medžiaga, plačiai naudojama gynybos ir karinėje pramonėje, naftos chemijos pramonėje, farmacijos srityje, medicinos prietaisuose, jūros vandens gėlinimo įrenginiuose ir kt. Be to, dėl didelio savitojo stiprio, atsparumo aukštoms temperatūroms, mažo šilumos laidumo, netoksiškumo, gero biologinio suderinamumo ir daugybės kitų privalumų jie naudojami aviacijoje, kosminėje erdvėje, statyboje, sporto prekėse ir kitose karinėse bei civilinėse srityse.
Po Ti-6Al-4V kalimas smėliavimo būdu, kalimo paviršiuje susidaro storesnis sukietėjęs sluoksnis, todėl vėliau jį sunku apdirbti. Todėl, baigus smėliavimo procesą, sukietėjusį sluoksnį reikia pašalinti ėsdinant, o sienelės storį reikia pašalinti pagal proceso reikalavimus, kad būtų laikomasi reikiamų proceso reikalavimų. Titano lydinio ėsdinimui paprastai naudojamas HF+HNO₃, tačiau dėl didesnės jos dalies rūgšties santykyje ir didesnės koncentracijos ji lengvai sukelia rimtesnių antrinių problemų. Atsižvelgdami į pirmiau minėtas problemas, tiriame korozijos ir vandenilinio trapumo reiškinį skirtingomis ėsdinimo sąlygomis, analizuojame įtaką darančius veiksnius ir mechanizmus ir kuriame optimizuotą terminio apdorojimo procesą, kad sumažintume oksidų sluoksnį ir vandenilinį trapumą.

1. Testavimo programa

Po kalimas nušlifuojamas smėlio srove, vielos pjovimo būdu jis perdirbamas į reikiamą bandinį ir pažymimas 0#-7#, bandinys atitinkamai šlifuojamas ir poliruojamas, kad būtų pašalintas pjovimo metu susidaręs oksiduotas sluoksnis. Pradinių bandinių paviršiui buvo atlikti XRD tyrimai ir mikrokietumo bandymai, siekiant nustatyti paviršiaus fazinę struktūrą ir sukietėjusio sluoksnio gylį. Tada jie buvo ėsdinami skirtingų sudėčių rūgštiniuose tirpaluose ir bandiniai atitinkamai 15 minučių išimti iš vandens vonelės pastovioje temperatūroje, ir jie buvo atliekami pagal tą patį procesą, kad būtų išmatuotas vandenilio kiekis, svorio nuostoliai, paviršiaus fazinė struktūra ir bandinių kietumo pokyčiai po ėsdinimo. Ėsdinimo tirpalo formulės pateiktos 1 lentelėje.
1 lentelė Kalimo paviršiaus ėsdinimo tirpalo sudėtis

Pastaba: 0# yra originalus kalimo pavyzdys, be ėsdinimo

2. Bandymų rezultatai

2.1 Svorio sumažėjimas po marinavimo
Po Ti-6Al-4V kalimo bandinių ėsdinimo kiekvieno bandinio paviršiaus morfologija pavaizduota 1 pav.
Kaip matyti iš 1 pav., pradinis bandinio paviršius yra tamsiai rudos spalvos, po ėsdinimo paviršius vėl įgauna metalo blizgesį. 7 # bandinio paviršiuje matoma nitriduotos spalvos morfologija. Svorio netekimo greičio bandymo rezultatai pateikti 2 lentelėje.
2.2 Paviršiaus fazinės struktūros pokyčiai
Ti-6Al-4V kaltinių paviršiaus fazinė sudėtis prieš ir po ėsdinimo buvo analizuojama XRD metodu, o rezultatai pateikti 2 paveiksle. Matyti, kad 1#-7# bandinių XRD modeliai yra tolygesni, o paviršiaus α fazė buvo geriau pašalinta. Iš jų 4# ir 5# bandinių pagrindinė α-fazės smailė maždaug 40° kampu akivaizdžiai sumažėja, o paviršiaus α-fazė pašalinama kruopščiau, o didinant ėsdinimo tirpalo koncentraciją α-fazės pašalinimas kokybiškai nepagerėjo.

1 pav. Ti-6Al-4V kalimo bandinio paviršiaus morfologija po ėsdinimo
2 lentelė Mėginių svorio sumažėjimo statistika po marinavimo

2 pav.2 Ti-6Al-4V kaltinio bandinio paviršiaus XRD modelis po ėsdinimo
2.3 Vandenilio kiekio pokytis Ti-6Al-4V po ėsdinimo
Vandenilio kiekio nustatymo rezultatai ir atitinkama ėsdinimo tirpalo sudėtis pateikti 3 lentelėje.
Iš lentelės matyti, kad, išskyrus 3# ir 7# bandinius, likutinis H kiekis kituose bandiniuose apskritai labai nesiskiria, o 4# ir 6# bandiniuose H kiekis yra mažiausias. Didelis HF kiekis žymiai pagerina vandenilio adsorbciją Ti-6Al-4V, tačiau didėjant HNO₃ vėl veikia vandenilio adsorbciją. Todėl 4# ir 6# galima naudoti kaip optimalias alternatyvias ėsdinimo formules.
2.4 Paviršiaus kietumo pokytis po ėsdinimo
Bandinių kietumo pokyčiai po ėsdinimo apibendrinti 4 lentelėje, kurioje visi bandinių paviršiai buvo atskirose vietose, o kietumo bandymams buvo pasirinkti penki taškai, kurių atstumas tarp dviejų taškų buvo daug didesnis nei 2,5 karto didesnis už įdubimo įstrižainės ilgį.
Iš kietumo bandymo po ėsdinimo rezultatų matyti, kad pradinio 0# bandinio paviršiaus kietumas yra labai didelis, tačiau po ėsdinimo paviršiaus kietumas gerokai sumažėja. Palyginti didelį 1# bandinio paviršiaus kietumą lėmė mažas HF kiekis ėsdinimo tirpale, todėl sukietėjęs paviršiaus sluoksnis galėjo būti ne visiškai pašalintas. Kitų bandinių paviršiaus kietumas yra palyginti mažas, atsižvelgiant į paties kietumo bandymo paklaidą, galima daryti prielaidą, kad nuo kitų bandinių visiškai pašalintas sukietintas paviršinis sluoksnis.
Šis bandymas gali būti vadinamas optimalaus ėsdinimo tirpalo formule: 1%-3% HF + 25%-30% HNO₃, kaltiniai po ėsdinimo pagal formulę, paviršius pavaizduotas 3 paveiksle.
Nustatytas po ėsdinimo kalimo paviršiaus grūdinimo sluoksnis 0,058 mm, vandenilio kiekis 0,002%, kad atitiktų kliento reikalavimus.
Lentelė.3 H kiekio tyrimo rezultatų statistika po ėsdinimo

Lentelė.4 Mėginio paviršiaus kietumo vertė prieš ėsdinimą ir po ėsdinimo (HV0,5)

Pav.3 Paviršinio sukietinto sluoksnio po ėsdinimo schema

3. Išvada

Šiame straipsnyje eksperimentais tikrinami sukietėjusio sluoksnio pašalinimo pokyčiai Ti-6Al-4V kaltinių paviršiuje, esant skirtingiems rūgšties plovimo tirpalo santykiams. Nustatyta, kad optimali rūgštinio plovimo tirpalo formulė yra 1% -3% HF+25% -30% HNO₃ (plovimo rūgštimi sąlyga - 25 ℃ kambario temperatūra, plovimo rūgštimi trukmė - 15 minučių), todėl tai yra veiksmingas sprendimas tolesniam tokių kaltinių apdorojimui rūgštiniu plovimu.

Autorius: Autorius: Lv Xiaogan