Новости

Новости

Основные закономерности наводороживания титановых сплавов при травлении и пути его снижения


Процесс травления титановых сплавов в растворах с HF сопровождается наводороживанием основного металла, которое зависит от внешних факторов: состава ванны, температуры, перемешивания раствора, соотношения объема раствора к поверхности загружаемого металла и т. д., а также от химического состава титановых сплавов, структурного состояния и фазового состава. Степень наводороживания металла зависит как от концентрации атомарного водорода на поверхности, определяющейся скоростью катодного процесса и молизации, так и от растворимости водорода в титановых сплавах и коэффициента диффузии водорода.
Известно, что титановые сплавы активно поглощают водород в процессе технологических операций, в том числе и травления. При этом сплавы, имеющие структуру в- или а+в-фазы, активнее поглощают водород, чем а-сплавы, поскольку коэффициент диффузии водорода в в-фазе в несколько раз превышает коэффициент диффузии в a-фазе. Наводороживание титановых сплавов с a-структурой характеризуется образованием тонкого поверхностного слоя с повышенным содержанием водорода. Основная масса водорода концентрируется в этом слое, не распространяясь вглубь.
Легирование титановых сплавов в-стабилизирующими добавками такими, как хром, молибден, ванадий приводит к увеличению скорости диффузии водорода и более глубокому проникновению водорода в глубь металла. Наиболее интенсивно наводороживаются сплавы с молибденом и хромом. В двухфазных титановых сплавах водород концентрируется в основном в в-фазе. Содержание водорода в в-фазе зависит от химического состава и степени легированности сплава.
Поведение титановых сплавов со структурой а- и в-фаз различно при травлении в средах с HF. По мере травления а-сплавов содержание водорода практически не меняется. При постоянной скорости травления и температуре устанавливается предельное наводороживание, при котором скорость диффузии водорода в глубь металла приближается к скорости удаления водорода в результате растворения металла из внешнего слоя. В отличие от а-сплавов титана при травлении в-титанового сплава ВТ15 не наблюдается тенденция к предельному наводороживанию. С увеличением продолжительности травления растет и наводороживание ВТ15 (рис. 198). Наводороживание при травлении ВТ15 во много раз превосходит наводороживание BT1-0, несмотря на большую скорость растворения последнего, что обусловлено высокой скоростью диффузии водорода в в-сплаве.

С увеличением скорости растворения титановых сплавов по мере роста концентрации плавиковой кислоты характер изменения наводороживания для сплавов с а-, а+в- и в-структурой различен.
С увеличением скорости растворения, а следовательно, и количества выделившегося водорода степень наводороживания в-титанового сплава ВТ15 возрастает. Для титана повышение скорости травления не приводит к росту наводороживания основного металла, а для ВТ14 приводит к некоторому его снижению (рис. 199). Это объясняется тем, что с увеличением скорости растворения водород успевает диффундировать на меньшую глубину и наводороживание снижается. Отсюда следует важный практический вывод: повышение скорости травления ряда титановых сплавов при неизменных температурных режимах будет способствовать снижению наводороживания основного металла.

Для в-титановых сплавов в соответствии с основными закономерностями наводороживания существует прямая зависимость между скоростью травления и наводороживанием. Чем выше скорость, тем больше содержание водорода после травления. Необходимым условием снижения наводороживания сплавов этой группы является переход к травлению в окислительных высококонцентрированных азотно-плавиковых растворах.
Наводороживанне двухфазных титановых сплавов во многом зависит от количества и структурной формы в-фазы. Помимо состава сплава, большое влияние на наводороживание оказывают технологические параметры получения полуфабрикатов, приводящие к изменению структурного состояния и фазового состава. Как было показано на примере сплава ВТ14, изменение температуры отжига и закалки оказывает решающее влияние на наводороживание после травления в солянокислом растворе 6% НС1+4% NaF. Сплав, термообработанный при температуре ниже 700° С, не наводороживается при травлении, а термообработанный при более высокой температуре ( > 700° С ) — поглощает значительное количество водорода. Аналогичная зависимость наблюдается и при травлении в азотно-плавиковом растворе (рис. 200). Различие в наводороживании объясняется прежде всего изменением фазового состава. Максимальное количество p-фазы в сплаве ВТ 14 сохраняется при температуре 700—800°С. На наводороживание сплава оказывают влияние внутризеренное строение и структура. Так, мартенситная структура, полученная закалкой сплава ВТ14, в процессе травления наводороживается незначительно. Все это свидетельствует о сложности проблемы снижения наводороживания титановых сплавов в процессе травления. Как правило, для травления а+в-титановых сплавов наиболее целесообразно применять растворы на основе азотной и плавиковой кислот. В зависимости от склонности сплава к поглощению водорода растворы HF—HNO3 изменяются от высококонцентрированных, рекомендуемых для в-сплавов, до низкоконцентрированных растворов, предназначенных для а-сплавов.