钛及钛合金的酸洗技术

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1、万方数据第37卷第3期209年9月稀有金属与硬质合金RareMetalsandCementedCarbidesV01．37№．3Sept．209·工艺与设备·钛及钛合金的酸洗技术郑锋，程挺宇，张巧云(上海宝钢工程技术有限公司，上海201900)摘要：在简述钛及钛合金特性的基础上，介绍了去除其表面氧化皮的酸洗技术，分析了盐酸、硫酸、硝酸和氢氟酸对钛及钛合金酸洗效果和吸氢量的影响。关键词：钛；钛合金；酸洗；吸氢中图分类号：TG178文献标识码：A文章编号：1004—0536(2009)03—0026—03PicklingTechnology

2、ofTitaniumandTitaniumAlloyZHENGFeng，CHENGTing—yu，ZHANGQiao—yun(ShanghaiBaosteelEngineering。‘&TechnologyCo．，LTD，Shanghai201900，China)Abstaet：Basedonthecharacteristicsoftitaniumandtitaniumalloy，picklingtechnologytoremovetheirsur-faceoxidatedlayerisintroduced．Theinfluenceso

3、fHCl，H2S04，HN03andHFonthepicklingresultandhydrogenabsorptioncapacityoftitaniumandtitaniumalloyareanalysed．Keywords：titanium；titaniumalloy；pickling；hydrogenabsorption1前言钛及钛合金由于具有很高的强度和耐蚀性，已成为一种新兴的轻金属材料，并在航空航天、国防军工、石油化工、制药领域及医疗器械、海水淡化装置等方面得到广泛应用。钛属ⅣB族金属，在高温下性质活泼，易受与其接触物质污染

4、，可与CO、CO。、H。O、NH。及许多挥发性有机物反应。钛及钛合金在大气下加热时，250℃开始氧化，至约540℃时表面将出现黄色或暗青色的致密油膜，在760～1100℃时，氧化速度明显加快。C、O、N、H则可通过白色多孔性氧化膜向内部扩散，形成高硬度、高脆性的含氧污染物，并在后续的加工、使用过程中，易产生表面裂纹并延伸到基体中，造成对材料使用的破坏。特别是氢脆，所导致的钛设备失效已占钛材腐蚀事故的20％以上n]。2除鳞及酸洗工艺为了提高钛材质量，以及获得可直接回收的一等残钛屑，必须在热加工时防止鳞皮的产生，或把热加工后产生的鳞皮去除掉

5、。防止氧化皮产生的方法在理论上有两种，一是在保护性气氛或真空下进行钛材的热加工，二是在钛材表面涂上耐高温防氧化的保护层进行热加工，然而这两种方法目前均尚未用于工业生产。现在通常采用车、刨等机加工对钛及钛合金的表面除鳞，或采用喷砂+酸洗、熔融碱洗+酸洗来对其除鳞。由于钛鳞皮硬度大，车、刨加工时刀具需进入基体，不仅使刀具严重受损，而且产生大量被气体元素污染不可直接回收的钛屑。若用喷砂、熔融碱洗之后酸洗，则难以去除吸气层。迄今为止，国内外大多采用两步法去除钛合金表面的氧化皮，即熔融碱洗+酸洗。其中碱洗工艺的缺点是：介质温度高达430～450℃

6、，会造成口+口和口钛合金半成品的过早时效强化，给进一步加工造成困难；以氢氧化钠为基的高温熔体与钛的反应能力相当强，故容易造成薄细断面半成品的着火；此收稿日期：2008—11—25；修回日期：2009—05—06作者简介：郑锋(1979一)，男，工程师，主要从事金属材料研究，E—mail：zhengfen979@126．corn万方数据第3期郑锋，等：钛及钛合会的酸洗技术27外，碱洗造成的金属损失也较大，这在工业化大规模生产中是一个不容忽视的数字。碱洗后若用硝酸+氢氟酸酸洗，由于氢氟酸加入量高达5％～7％，还会导致钛表面的腐蚀与吸氢，故需

7、进行随后的光亮处理和除氢退火。有研究报道一种以硫酸水溶液为基，添加少量氢氟酸和一些有机络合物的酸洗新配方。新配方的硫酸含量为20％，氢氟酸用量减少到1％，有机络合物添加量为5g／L，酸洗温度为50℃。在用新配方清理OT4钛合金表面上厚而不致密的氧化皮试验中，大大提高了酸洗效果，使TiO：的化学溶解速度几乎提高到原来的3倍，显著减少了材料的腐蚀与吸氢，且材料表面平滑，无腐蚀的痕迹。由于硫酸的价格比氢氧化钠和硝酸的价格便宜得多，故还可有效降低酸洗成本。3酸洗主要影响因素分析3．1酸的种类对酸洗效果的影响钛氧化层主要为TiO：，其次还有低价钛

8、氧化物如Ti0、Ti：0。和高价氧化物如TiO。。研究证明，常温下在浓度小于5％的稀硫酸溶液中，钛管表面上会生成保护层，阻止钛进一步腐蚀，当硫酸浓度大于5％时，钛和硫酸的反应速率明显加快，当硫酸浓度为40％