鈦合金零件保護層及其製備方法和防氫脆用途的製作方法
2023-05-29 17:26:56 1
專利名稱：鈦合金零件保護層及其製備方法和防氫脆用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦合金表面保護層和處理方法，具體是涉及鈦合 金零件防氫脆保護層及其製備方法和用途，屬於防護材料領域。
背景技術：
鈦及其合金具有一系列優異特性，廣泛用於航空、航天、化工、 石油、冶金、輕工、電力、海水淡化、艦艇和日常生活器具等工業生 產中，被譽為現代金屬。然而，鈦及其合金生產使用的早期，由於氫 的作用導致的脆斷經常發生。隨著鈦冶金和製造水平的提高，鈦及其 合金中氫含量明顯降低，由冶金、製造產生的氫脆問題極少發生。然 而在使用過程中，鈦作為一種儲氫材料，很容易吸氫造成脆化和開裂， 是金屬材料最危險的破壞方式之一。
目前從國內外氫脆問題的研究來看，絕大部分研究報告是偏重於 氫脆機理方面，而對於控制及製造工程方面的研究薄弱。利用在鈦合 金表面鍍覆金膜來達到防止氫滲入的工藝，在國內外還未見報導。
發明內容
本發明的目的是填補國內在這方面的空白，提供一種可以有效防
止鈦合金氫脆的表面處理工藝。
實現本發明的目的的技術解決方案是對需要進行保護的鈦合金 基體除油、水洗後，使用本發明研製的全新除膜、催化溶液，在特定 溫度下，使鈦合金基體表面得到除膜、催化，並形成灰色的氟化膜， 可以阻止活潑的鈦合金在空氣中被氧化，有效提高和鍍層的結合力，
經過催化後的鈦合金水洗後，進行化學鍍鎳，鍍液控制PH為4.5 5.5， 溫度為85 95'C，攪拌條件下，在鈦合金基體表面鍍覆鎳磷過渡層， 水洗後再進行電鍍金，控制溫度為40 60'C，電流密度為50mA/dm2， 在過渡層上鍍覆出厚度為5 20tim左右的緻密金層，最後在150°C 以上熱處理2小時以上，消除鍍層中的殘餘應力，提高結合強度。 '上面說述的除膜溶液組成是
HNO3(70%) 20 30ml/L; HF(40%) 200~250ml/L;時間20 30s。
催化溶液組成是
HF(40%) 200~250ml/L; Cr03 130 150g/L; SbF3 l~5g/L;
溫度50~60°C;時間；30 60分鐘。 化學鍍鎳溶液組成是
NiS04 7H20 25~35g/L; NaH2P02 H20 20 30g/L; 乳酸 30~40ml/L;
PH 4~5;溫度 90 95°C;時間1~2小時。
電鍍金溶液組成是
Na2S03 120 140g/L;亞硫酸金鈉 150 175ml/L; 檸檬酸鉀 110~130g/L; EDTA 35~45g/L; PH 8~10;溫度 40 60°C;電流密度 45 55mA/dm2; 時間3~4小時
電鍍金的時間可根據鍍層厚度而自行調節，沉積速率為2.5 3.5u m/h。這裡時間為3 4小時，使其能夠在鈦合金表面鍍出厚度5 20 um左右的緻密金鍍層，性能優良，即防氫滲入——在氫氣氛爐中 60(TC保溫三小時，延伸率與斷面收縮率仍然保持在14%與38%，沒 有金層保護的鈦合金延伸率與斷面收縮率下降到10%與30%;結合 力好——金層與鈦合金基體的結合強度大於60Mpa，超過了結構膠的 極限抗拉強度；耐腐蝕性佳——在5%濃度鹽水的鹽霧試驗中，連續 48小時沒有腐蝕現象。
本發明填補國內在這方面的空白，提供一種可以有效防止鈦合金 氫脆的表面處理工藝，使其能夠在鈦合金表面鍍出5 20um左右的 緻密金鍍層，色澤均勻，並達到性能優良，即防氫滲入，結合力好， 耐腐蝕性佳，在航空、航天等許多部門都有廣闊的應用空間。
圖1為結合強度測試用圓筒。 圖2為耐腐蝕用圓片。
具體實施方式
實施例1:
在拉伸試片上塗覆過渡鎳層及金層，測試其拉伸性能。塗覆過程如下工藝流程
化學除油一水洗一除氧化膜一水洗一浸催化液一水洗一化學 鍍鎳一電鍍金一熱處理。
1. 化學除油將鈦合金基體放入除油液中，加熱，直至i 騰，繼續加熱3分鐘停止。
2. 水洗用水衝洗試片，防止試片表面有殘餘除油液。
3. 除膜HNO3(70%) 27.5ml/L;
HF(40%) 225ml/L;
溫度 室溫 時間20 30s 經過除膜、水洗後，試片有明亮的金屬光澤。
4. 催化HF (40%) 250ml/L;
Cr03
催化時間
145g/L; 2g/L; 50°C 30min
試片催化、蒸餾水洗後，表面形成一層深灰色的膜層，顏色隨 催化液的新舊、溫度及時間而變化，屬正常現象。 5.化學鍍鎳配方和參數
NiS04 7H20 30g/L; NaH2P02 H20 25g/L; 乳酸 36.6ml/L;
PH 4.5;
溫度 90 °C
時間 2小時
施鍍時間根據所需鍍鎳層厚度而定，沉積速率大致為每小時5 u m，鍍液裝載量按每升溶液鍍1 2dm2的面積計算。 6.電鍍金配方和參數
Na2S03130g/L;
亞硫酸金鈉150ml/L;
檸檬酸鉀120g/L;
EDTA40g/L;
PH8 10;
溫度50°C;
電流密度50mA/dm2
時間4小時
化學鍍鎳後經蒸餾水洗乾淨後，直接放入鍍金液施鍍，時間根
據鍍層厚度而定，沉積速率大致為每小時2 3um，電流不可過大。 7.熱處理鍍金試片經水洗，擦乾，放入烘箱進行20(TC高溫熱 處理，時間為2小時，以消除鍍層應力，提高結合強度。 試驗結果在氫氣氛爐中60(TC保溫三小時，延伸率與斷面 收縮率仍然保持在14%與38%，與未經滲氫處理的鈦合金試片基 本一致。
實施例2:
在025mm*26mm的拉伸圓筒上塗覆過渡鎳層及金層，測試其結 合強度。塗覆過程如下工藝流程
化學除油一水洗一除氧化膜一水洗一浸催化液一水洗一化學 鍍鎳一電鍍金一熱處理。
1. 化學除油將圓筒放入除油液中，加熱，直至除油液沸騰， 繼續加熱3分鐘停止。
2. 水洗用水衝洗圓筒，防止圓筒表面及螺紋內有殘餘除油液。
3. 除膜同例l
4. 催化HF (40%) 200ml/L;
Cr03 130g/L; SbF3 2g/L; 溫度 50°C 催化時間 60min 圓筒經催化、蒸餾水洗後，表面形成一層深灰色的膜層， 顏色隨催化液的新舊、溫度及時間而變化，屬正常現象。
5. 化學鍍鎳配方和參數同例l 施賭過程中一定要把有螺紋開口向上，防止氣泡囤積影響鍍
層質量。
6. 電鍍金配方和參數
Na2S03 130g/L; 亞硫酸金鈉 150ml/L;
檸檬酸鉀120g/L;
EDTA40g/L;
PH8 10;
溫度50℃ ;
電流密度50mA/dm2
時間4小時
施賭過程中一定要把有螺紋開口向上，防止氣泡囤積，造成 局部金層沉積不上，影響金層質量。
7. 熱處理同例1
試驗結果金層與鈦合金圓筒的結合強度超過60Mpa，超過
了結構膠的極限抗拉強度。
在(5Ф0mm*2mm的圓片上塗覆過渡鎳層及金層，測試其耐腐蝕性 能。塗覆過程如下工藝流程
化學除油一水洗一除氧化膜一水洗一浸催化液一水洗一化學 鍍鎳一電鍍金一熱處理。
1. 化學除油同例1。
2. 水洗同例l。
3. 除膜同例l
4. 催化HF (40%) 220ml/L;
CrO3 135g/L;SbF3 3g/L; 溫度 50°C 催化時間 30min 圓片經催化、蒸餾水洗後，表面形成一層深灰色的膜層， 顏色隨催化液的新舊、溫度及時間而變化，屬正常現象。
5. 化學鍍鎳配方和參數同例1
6. 電鍍金配方和參數同例1
7. 熱處理同例1
把圓片放入鹽霧試驗做鹽霧試驗，鹽水濃度為5M的NaCr溶液，試 驗結果48小時，圓片表面失去金屬光澤，未出現腐蝕現象。
權利要求
1、鈦合金零件保護層，其特徵在於鈦合金基體表面形成有氟化膜，在氟化膜鍍覆有鎳磷過渡層，在過渡層上鍍覆有厚度為5～20μm的緻密金層。
2、 按權利要求1所述的鈦合金零件保護層的製備方法，包括除 油、除膜、水洗、催化、化學鍍鎳、電鍍金、熱處理工序，其特徵在於(1) 除油條件為90 100℃ 高溫，時間為1 2分鐘；(2) 除膜條件為浸入除膜溶液中，常溫下，時間為30秒 1分鐘；(3) 催化條件為浸入催化溶液中，50~60℃ ，時間為30 60分鐘；(4) 化學鍍鎳是將催化後的鈦合金基體浸入化學鍍鎳溶液，ra控制為4.5~5.5，溫度為85℃ -95℃ ;(5) 電鍍金是將鍍完鎳後的鈦合金浸入電鍍金溶液，溫度為 40 60℃ ，電流密度為45~55mA/dm2，沉積速率為2.5 3.5 um/h;(6) 熱處理工序為在15(TC以上熱處理2小時以上。
3、 按權利要求2所述的鈦合金零件保護層的製備方法，其特徵 在於除膜溶液的組成為HNO3(70%) 20 30ml/L ; HF(40%) 200 250ml/L;時間20 30s。
4、 按權利要求2所述的鈦合金零件保護層的製備方法，其特徵 在於催化溶液的組成為HF(40%)200 250ml/L; Cr03 130 150g/L; SbF3 l 5g/L;溫度50~60℃ ;時間；30 60分鐘。
5、 按權利要求2所述的鈦合金零件保護層的製備方法，其特徵在於化學鍍鎳溶液的組成為NiS04 "HzO 25 35g/L; NaH2P02 *H20 20 30g/L;乳酸 30~40ml/L; PH 4 5;溫度 90 95°C。
6、 按權利要求2所述的鈦合金零件保護層的方法，其特徵在於 電鍍金溶液的組成為Na2S03 120 140g/L;亞硫酸金鈉 150 175ml/L;檸檬酸鉀110 130g/L; EDTA 35 45g/L; PH 8~10; 溫度 40 60°C;電流密度 45 55mA/dm2。
7、 按權利要求1所述的鈦合金零件保護層用於防氫脆領域。
全文摘要
本發明涉及鈦合金零件保護層及其製備方法和防氫脆用途，主要包括除油、除膜、催化、化學鍍鎳、電鍍金、熱處理過程，製得的鈦合金基體表面形成有氟化膜，在氟化膜鍍覆有鎳磷過渡層，在過渡層上鍍覆有厚度為5～20μm的緻密金層本發明；本發明可以有效防止鈦合金基體在氫氣氣氛中的氫脆現象。
文檔編號B32B15/04GK101204861SQ200710171690
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月3日 優先權日2007年12月3日
發明者軍 樂, 盛曉晨, 趙榮根, 徽 都 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所