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钛合金酸洗工艺与设备的研究

  
评论: 更新日期:2015年06月18日

    钛可与盐酸、硝酸、氢氟酸等各种酸发生反应,由于硝酸盐溶解度大,同时硝酸又具有一定的氧化性,因此它对氧化物的溶解性较强。一些用盐酸溶不了的金属氧化物和垢物,常用硝酸溶液来进行酸洗。所以钛合金的酸洗选用硝酸配氢氟酸来进行。酸洗液中硝酸与氢氟酸的配比要达到15:1以上。钛与酸反应公式如下:
    3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO                 (1)
   3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO                  (2)
    Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O                (3)
    Ti+4HNO3=Ti(NO3)2+2NO2+2H2O                (4)
    Ti+6HNO3=TiO(NO3)2+4NO2+3H2O              (5)
    Ti+4HF=TiF4+2H2                             (6)
    2Ti+6HF=2TiF4+3H2      TiF4+2F-=[TiF6]2-        (7)
    钛合金酸洗中酸洗时间和酸洗温度是比较重要的工艺参数,酸洗过程中根据合金的成分和需酸洗的金属量,要严格控制好酸洗的时间和温度,不能超过规定的参数范围,以免铸件吸氢。酸洗时间需根据零件工艺需要来确定。
    酸洗时把铸件放入特定的酸洗框中,框的材料一般为PVC材料。为了达到酸洗的效果,有时根据不同结构的铸件还需设计不同的酸洗工装用来悬挂或支撑钛合金铸件,然后用升降机吊入酸洗槽中进行酸洗。酸洗过后一般要进行水冲洗和水浸洗,同时伴有压缩空气搅拌,以洗掉酸洗时钛合金铸件表面的酸液和残留物。为了使铸件水洗时洗的干净彻底,可以把水冲洗槽和水浸洗槽设计成逆流漂洗。由于水源从B槽进入,A槽排出,所以逆流漂洗时先把铸件放入A槽清洗,再进入B槽浸洗。水浸洗过后还需进行一道去离子水清洗工序,以免自来水中的存在的有机物离子与钛发生反应生成沉淀。
    2.2.钛合金的酸洗设备
    由于酸洗的特殊性,酸洗一般在特定的酸洗槽中进行,也可在特制的塑料滚筒中进行。酸洗槽的尺寸设计要根据酸洗产品的形状大小和数量来进行,一般设计成长方体槽体,槽子内部材料一般为耐酸塑料材质,外部包裹不锈钢并喷涂防酸漆。
    由于酸洗要在一定的温度范围内进行,而钛合金铸件在酸洗过程中会逐渐升温,所以槽体内还需布置加热、冷却和温控装置。水清洗槽的加热装置可选用不锈钢加热管,酸洗槽的加热装置由于其特殊性,需选用特制的耐酸材料加热管,可选用石英、陶瓷、四氟等材料;冷却方式根据工艺条件可选用适合功率的水冷或风冷来进行;温控装置一般在槽体内部安装铂电阻并连接温控表对其进行温度显示及控制。
    滚筒式酸洗即酸洗时,工件放入特制的塑料滚筒中,再放入酸洗槽中,酸洗时滚筒在酸洗槽中缓慢转动,从而带动铸件不断转动,这样可使酸洗反应生成气体形成的气泡不会附着在铸件表面上,保证酸洗过程的均匀性。
    酸洗时,由于钛合金与酸发生反应,因而会产生钛末等一些残渣废弃物,这些残渣在酸洗过后便存在在酸洗槽底部,时间一长,容易使管道堵塞。对此,可以采用过滤的方法来解决。
    2.3.酸气的净化
    在酸洗过程中,由于有时酸洗液需要加热,并且酸洗过程中酸液本身也会升温,因而会产生大量的酸气。这些酸气在排入大气前,必须进行净化处理,达到环境排放要求才可排放,否则会对空气造成污染。
酸洗产生的废气主要为氮氧化物,在常温下可以单独存在的主要是NO2和N2O4。氮氧化物中对人体危害较大的主要是NO2和N2O4。NO2是一种棕红色有窒息性气味的气体,具有强烈的刺激性,毒性是NO的3-4倍,N2O4的毒性与NO2相似。     这些废气的净化的方法主要有活性炭吸附法。活性炭吸附氮氧化物的机理是依靠吸附剂与吸附质之间的分子运动力、化学键力与静电引力,形成物理吸附、化学吸附和交换吸附。物理吸附存在于活性炭的表面;化学吸附需要在高温条件下才能进行解析,使饱和状态下的活性炭活化;交换吸附附集在吸附剂表面带电点上,吸附过程中伴随着等量的离子交换。废气净化设备的处理能力需要根据酸气的排放量核算,选择一级或二级净化器,从而达到净化要求。

    钛合金酸洗由于其挥发腐蚀等特殊性,在生产过程中仍存在诸如设备腐蚀,酸气挥发等很多亟待解决的问题,期待在以后的研究中继续探讨。
 

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