Новости

Новости

Характеристика основных способов очистки поверхности полуфабрикатов из титановых сплавов


Очистка поверхности полуфабрикатов достигается механическими, химическими и электрохимическими способами. Механические способы очистки описаны в специальной главе.
Классификация химических и электрохимических способов приведена на рис. 187 и 188.

Характеристика основных способов очистки поверхности полуфабрикатов из титановых сплавов

Химические способы

В промышленности наибольшее применение имеют химические способы очистки поверхности. Как правило, очистка поверхности проводится в два этапа: удаление окалины или ее дробление (разрыхление) и стравливание газонасыщенного кислородом слоя в кислотных растворах. Для удаления окалины применяют щелочные расплавы при температуре 380—150° С. При этом двуокись титана сплавляется со щелочью с образованием титанатов, легкоудаляемых при последующем кислотном травлении. Травление проводится либо в кислотном растворе для удаления титанатов, либо в растворе, специально предназначенном для снятия газонасыщенного слоя.
Двустадийный метод очистки поверхности, называемый часто щелочно-кислотным, широко распространен как в России, так и за рубежом. Метод позволяет удалять окалину с разных титановых сплавов в различных состояниях и является наиболее эффективным и производительным из всех способов очистки поверхности. К преимуществам этого метода можно отнести также небольшие потери металла, получающиеся при снятии окалины, повышение пропускной способности кислотных ванн, исключение предварительного разрыхления окалины механическим путем. Щелочно-кислотный метод очистки поверхности обеспечивает получение поверхности наиболее высокого качества
В то же время следует иметь в виду, что высокотемпературная обработка в щелочных расплавах недопустима для ряда полуфабрикатов из термически упрочняемых титановых сплавов, поскольку они при травлении в расплавах при температуре 440—460° С преждевременно упрочняются, а также полуфабрикатов с тонким сечением, где имеется опасность возгорания титановых сплавов. С целью уменьшения этой опасности проводятся широкие исследования и для изыскания щелочных расплавов с более низкими температурами плавления. Сложность этой проблемы обусловлена тем, что снижение температуры щелочной обработки приводит в отдельных случаях к уменьшению эффективности воздействия расплава на окалину и падению вязкости расплава, что вызывает непроизводительный расход щелочи из за выноса ее из ванны с полуфабрикатами. При работе с высокотемпературными расплавами требуются особые меры предосторожности и специальная аппаратура.
Наряду со щелочно-кислотным методом травления применяют кислотный способ очистки поверхности Травлению в кислотных растворах подлежат полуфабрикаты с тонким окисленным слоем типа цветов побежалости, полуфабрикаты с предварительно раздробленной механическим путем окалиной, например листовые полуфабрикаты в отожженном или горяче- и теплокатаном состояниях. Основное назначение кислотного травления — удалить газонасыщенные слои с полуфабрикатов, предварительно прошедших обработку в расплаве или подвергнутых прогладке и осветлить поверхность.
Кислотный способ очистки поверхности имеет свои особенности, связанные с высокой коррозионной стойкостью титана и поглощением большого количества водорода в процессе травления.
Известно, что травление титановых сплавов с достаточно высокими скоростями может быть осуществлено лишь в растворах, содержащих плавиковую кислоту или ее соли. На практике травление проводится в растворах H2SO4, HCl, HKO3 или их смесей с введением фтор-ионов в виде HF или ее солей. Ввиду того что титан травится во фторсодержащих средах быстрее окислов, а из за неравномерной и плотной окалины подтравливается также и основной металл, может произойти местное растравление поверхности и ухудшение ее качества.
Основной недостаток кислотного способа травления — быстрое падение активности кислотного раствора по мере накопления в нем титана и вызванная этим частая смена ванн с нейтрализацией отработанных растворов.
Процесс кислотного травления титановых сплавов при снятии окалины и особенно при стравливании газонасыщенных слоев сопровождается наводороживанием основного металла, которое способствует охрупчиванию титановых сплавов. Поэтому одна из основных проблем при травлении сплавов титана — это снижение наводороживания. Наводороживание сплавов зависит как от условий травления (температуры раствора, состава травителя), так и от структурного состояния и фазового состава сплава. В практике подбирают такие условия ведения процесса травления, при которых наводороживание сплавов ограничено. Для некоторых полуфабрикатов применяют вакуумный отжиг с целью удаления водорода, абсорбированного в процессе химической обработки.
Электрохимические способы

Электрохимический способ очистки поверхности полуфабрикатов — это усовершенствованный химический способ. Электролитическое травление способствует ускорению процесса очистки благодаря электролизу раствора с выделением кислорода или водорода, возникающему при воздействии электрического тока Этектролитическая очистка также осуществляется в растворах, содержащих фтор-ионы. Как правило, проводится реверсирование тока: вначале производится обработка на катоде, затем — на аноде; эти циклы многократно повторяются. Поглощение водорода титаном при электролитической очистке поверхности значительно меньше, чем при различных способах химической обработки. Снятие окалины может быть осуществлено электрохимическим путем и за счет только анодной поляризации. Необходимое условие очистки поверхности — поддержание заданных токовых режимов и напряжения.
Имеются сведения об эффективности очистки титановых сплавов в условиях электролитического травления в высокотемпературном щелочном расплаве и в кислотных растворах, при этом не растравливается поверхность и не поглощается водород. Электролитическое травление удобнее осуществлять на движущейся ленте, т. е в агрегатах непрерывного травления; при этом возможно бесконтактное биполярное травление, аналогичное травлению нержавеющей стали. При бесконтактном способе травления ток непосредственно на ленту не подается; поляризуемость ленты меняется в зависимости от полюсности вспомогательных электродов в ваннах. Для такого способа электролитического травления необходима установка двух последовательных ванн (обе ванны с щелочным расплавом или одна щелочная, другая кислотная).
Несмотря на высокую эффективность электролитического травления, этот способ очистки поверхности пока не нашел большого применения в промышленности, поскольку он более сложен в обслуживании и значительно дороже других способов очистки. Однако для агрегатов непрерывного травления он наиболее перспективен.