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《南昌航空大学》 2010年
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钛合金精密腐蚀加工工艺及机理研究

梁静  
【摘要】: 本文筛选了TC1和TC4钛合金精密腐蚀加工液的主体成分、添加剂的最佳用量和浓度范围,探讨了温度、搅拌等工艺参数对腐蚀加工速度、试样表面质量、加工精度的影响。对槽液中各主要离子浓度分析方法进行改进,达到简化分析步骤和减少误差的作用,探索了腐蚀加工液寿命和全寿命范围内槽液的控制方法。观察了钛合金在不同槽液中腐蚀加工的微观形貌,借助E-t曲线、极化曲线等方法探讨了腐蚀加工溶解机理和动力学规律。 钛合金精密腐蚀加工液最佳配方为HF100mL/L、HNO3200mL/L、HA0.2g/L、HN2.5mL/L,主体成分浓度控制范围为:HF60~125mL/L、HNO3120~300mL/L、HNO3-HF体积配比为1.5~2.5、HA0.1~0.3g/L、HN1.5~3.5ml/L。HF浓度和HNO3-HF浓度配比是影响腐蚀加工速度、试样表面质量和加工精度的主要因子,随着HF浓度的增加,腐蚀加工速度加快、试样表面质量和加工精度降低、浸蚀比增大,随着HNO3与HF配比增加腐蚀加工速度先增大后减小。HNO3能有效降低试样表面粗糙度。复配型添加剂HA和HN能有效提高试样加工精度和改善试样表面质量。 温度是腐蚀加工的重要参数,随着温度的升高,腐蚀加工速度和浸蚀比都增大,试样表面质量和加工精度降低,腐蚀加工液温度控制在30±2℃。在最优配方腐蚀加工液中,TC1和TC4钛合金反应70min总放热量分别12180J和13650J。垂直吊挂定时翻转有利于提高试样表面质量和加工精度,搅拌棒放在与试样中心平行且距试样200mm处时加工效果最佳。 简化了H+的分析步骤,将溶液中Ti4+掩蔽掉重新绘制标准曲线测量NO3-浓度,分析Ti4+时直接使用空白液作参比进行测量,F-分析需将溶液稀释103倍,pH值控制在5~6。溶液中Ti4+含量大约每增加10g/L时补加成分:HF 50mL/L、HNO330mL/L、初始量1/2的添加剂。TC1和TC4钛合金腐蚀加工液寿命分别为90.26g/L和71g/L。 腐蚀加工过程中凸起和凹坑处的腐蚀加工速度不一样,在只含HF的溶液中,腐蚀加工表面出现了明显的凹凸不平,加入HNO3后表面钝化,凹坑大小和深度都减小,随着HNO3浓度的增大,凹坑与凸起处腐蚀溶解速度差值减少,表面更加均匀平整。低浓度HF中,钛合金极化曲线呈活化-钝化特征;高浓度HF条件下,HNO3浓度增加到某一值时,极化曲线呈自钝化倾向。钛合金自腐蚀电位在HNO3-HF体积比为2:1时出现最负值,维钝电流密度和电位最大,腐蚀加工速度出现最大值。腐蚀加工过程中前几十秒内自腐蚀电位迅速变负,腐蚀加工速度较大,钝化膜被HF破坏,随后HNO3起到钝化作用,自腐蚀电位升高,当钝化膜生成和基体溶解速度达到平衡,自腐蚀电位和腐蚀加工速度都趋于稳定。
【学位授予单位】:南昌航空大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG174

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