用於эи768不鏽鋼工件化學加工的溶液及方法
2023-06-17 14:48:01
專利名稱：用於эи768不鏽鋼工件化學加工的溶液及方法
技術領域：
本發明涉及材料的化學加工領域，具體是一種3 H 768不鏽鋼的化學加工溶液及方法。
背景技術：
3 H 768不鏽鋼是一種高耐蝕馬氏體熱強不鏽鋼，屬於低碳高鉻型，具有良好的耐腐蝕性，可用於在550°C以下的海洋氣候條件下工作的壓氣機葉片。由於鋼中含有一定量的鈷元素，鈷元素大部分固溶於奧氏體和鐵素體中強化鋼的基體，使鋼的熱強性顯著提高。為了去除該材料精鍛壓氣機葉片的尺寸，需要在精鍛後對其進行全尺寸化學加工以滿足設計要求。經檢索國內外的專利文獻，未檢索出各類金屬材料的化學加工方法。經檢索國內外論文資料庫，檢索出如下類似論文 I.《2197鋁鋰合金的化學銑切工藝》(毛大恆等，機械工程材料，2011年5月，第35卷第5期)。該論文主要描述了採用化學銑切加工工藝對2197鋁鋰合金進行加工，研究了化銑液組成、溫度對銑切加工速度、表面粗糙度等的影響，並討論了原始表面粗糙度對化銑加工質量的影響。化統溶液基本組成為
腐蝕劑 NaOH180 g/L
添加劑Na2S40 g/L
緩蝕劑鋁30 g/L
三乙醇胺(TEA) 50 mL/L
溫度(75 105) V2.《GH 3044高溫合金化學銑切工藝及其應用》(幸澤寬，材料保護，1998年11月，第31卷11期)。該論文主要試驗了 GH 3044的化學銑切工藝，討論了配方中各主要成分的作用，對影響化銑後材料性能的組織缺陷、晶間腐蝕傾向、力學性能進行了檢查測試，介紹了本工藝在生產中的應用情況。採用的化學加工溶液為
HCl(d=l. 17) 210 ral/L,
HNO3(d=l. 4) (150 170) ml/L,
HF(40%)I85ml/L，
CH3COOH(40 170) ral/L
FeCl3 XH2O320 430 g/L
溫度60±5°C
時間根據需要而定。(注所有藥品均為工業級。)
3.《鈦合金化學銑切工藝研究》(張紅等，新工藝 新技術 新設備，1996年第6期)，該論文主要介紹了鈦合金化學銑切腐蝕溶液的配方，討論了表明腐蝕溶液特徵的兩個重要工藝參數腐蝕速度及槽液壽命；研究了化銑前後鈦合金材料的表面質量及工藝性能。化銑溶液組成為硝酸和氫氟酸，其中氫氟酸為腐蝕劑，硝酸為抑制劑。以上論文中所述的化學加工工藝流程與本方法中所述化學加工工藝流程比較相似，但由於金屬材料的化學加工效果與工藝溶液有極強的適用性及匹配性，而以上論文中所述的溶液分別適用於2197鋁鋰合金，GH 3044和鈦合金，均不適用於3 h 768不鏽鋼的化學加工。目前，3 H 768不鏽鋼大多數都是採用機械加工方法，該方法加工難度大，特別是對於薄壁、外形複雜的零件，極易產生切削應力。因此，採用化學法加工3 H 768不鏽鋼有著明顯的優勢。
發明內容
為克服現有技術中採用機械加工方法存在的加工難度大，對於薄壁、外形複雜的零件，極易產生切削應力的不足，本發明提出了一種用於3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液及方法。本發明所述的用於3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液包括鹽酸、硝酸、三氯化鐵和水；鹽酸的體積比為132ml/L 142ml/L，硝酸的體積比為115ml/L 125ml/L，三氯化鐵的重量體積比為445g/L 453g/L,其餘為水；鹽酸和硝酸均為工業純級；鹽酸比重d=l. 18 ;硝酸比重d=l. 41 ;三氯化鐵為工業純級的粉末。本發明還提出了一種利用所述溶液加工3 H 768不鏽鋼工件的方法，其具體過程是步驟I，配製溶液；按比例配製一升溶液其中鹽酸132ml/L，硝酸115ml/L，三氯化鐵445g/L,餘量為水；得到配製好的溶液；步驟2，確定單位時間內工件表面的腐蝕加工速率；所述的單位時間為60s ;通過試樣確定單位時間內試樣表面的腐蝕加工速率，其具體過程是a.製備試樣製作3 H 768不鏽鋼試樣；並對該試樣進行表面處理和除油；b.測量尺寸測量試樣的原始厚度；c.將試樣浸沒在溶液中，待試樣開始冒氣泡時計時，計時到20min時取出試樣；得到化學加工後的試樣；d.試樣表面清理用冷水衝洗掉零件表面的掛灰；將除完掛灰的試樣在自來水中衝洗30s ;將衝洗後的試樣在沸水浸泡30s取出並吹乾試樣表面；e.測量尺寸測量試樣化學加工後的厚度，並用該試樣化學加工前的厚度減去該試樣化學加工後的厚度，得到單位時間內試樣的化學加工速率；步驟3 ;確定工件的化學加工時間；根據得到的試樣化學加工速率及待加工工件的表面去除量，確定工件的化學加工時間；步驟4 ;化學加工工件；配製化學加工溶液，其中鹽酸的體積比為132ml/L，硝酸的體積比為115ml/L，三氯化鐵的重量體積比為445g/L，其餘為水；將待加工的工件進行表面除油；將待加工的工件浸沒在溶液中同時計時；當計時至確定的工件化學加工時間時立即將工件取出；步驟5 ;工件表面清理；將化學加工後的工件置於流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉工件表面掛灰；通過壓縮空氣吹乾工件； 步驟6 ;工件溼吹砂；採用220目的氧化鋁砂對所述工件進行溼吹砂，以去除工件表面的腐蝕層，完成對3 H 768不鏽鋼工件的化學加工。本發明是將金屬材料要加工部位暴露於化學介質(溶液)中進行腐蝕，從而獲得零件所需的形狀和尺寸的一種加工方法。本發明中的化學加工溶液使3 H 768不鏽鋼有控制地均勻溶解，溶液中鹽酸(HCl)和三氯化鐵(FeCl3)為主要腐蝕劑，與3 H 768不鏽鋼進行化學反應，硝酸(HNO3)為延緩腐蝕的成分。經該溶液化學加工的工件尺寸精度和表面粗糙度可達到理想的水平，並且不會產生切削應力，無變形。經金相檢查，該方法不會對3 H 768不鏽鋼造成晶間腐蝕，材料組織未發現異常，具體金相照片見附圖I。該發明根據3 H 768不鏽鋼選擇合適的配方配製溶液，適當控制溶液溫度及反應時間，可取代傳統機械加工工藝。機械加工工藝與本發明所述化學加工工藝對比見下表機械加工工藝與化學加工工藝對比表
加工方法j切削應力 j變形量(Mn) j加工周期(單件)晶間腐蝕
機械加工 W0. 5 0.8(4 8)hI
化學加工無無(8 15)min無
圖I是化學加工後試樣的照片。圖2是化學加工工藝流程圖。
具體實施例方式實施例一本實施例是一種用於3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液。所述的溶液包括鹽酸、硝酸、三氯化鐵和水，其中鹽酸為工業純級，比重d=l. 18 ;硝酸為工業純級，比重d=l. 41 ;三氯化鐵為工業純級的粉末。鹽酸的體積比為132ml/L，硝酸的體積比為115ml/L，三氯化鐵的重量體積比為445g/L，其餘為水。
本實施例還提出了一種利用所述3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液加工3 H 768不鏽鋼板狀工件的方法，其具體過程是步驟1，配製溶液。按比例配製一升溶液其中鹽酸132ml/L，硝酸115ml/L，三氯化鐵445g/L,餘量為水。得到配製好的溶液。步驟2，確定單位時間內工件表面的腐蝕加工速率。所述的單位時間為60s。通過試樣確定單位時間內試樣表面的腐蝕加工速率，其具體過程是a.製備試樣選取3 H 768不鏽鋼，進行磨加工製成30mmX IOmmX 5mm的試樣。
並用金相砂紙打磨試樣,使該試樣的表面光亮平整。用無水乙醇擦拭試樣表面除油,直至表 面水膜連續。b.測量尺寸由於化學加工速度是以單位時間的化銑加工深度來表示，因此在化學加工前用千分尺測量試樣的原始厚度。本實施例中，試樣化學加工前的原始厚度為5. OOmm0c.將配製好的溶液盛放在反應容器內。將試樣浸沒在溶液中，待試樣開始冒氣泡時計時，計時到20min時取出試樣。得到化學加工後的試樣。d.試樣表面清理將得到的加工後的試樣在流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉零件表面掛灰。將除完掛灰的試樣在自來水中衝洗30s。將衝洗後的試樣浸入自來水的沸水中浸泡30s，通過壓縮空氣吹乾試樣表面。e.測量尺寸用千分尺精確測量試樣化學加工後的厚度，並用該試樣化學加工前的厚度減去該試樣化學加工後的厚度，得到單位時間內試樣的化學加工速率。本實施例中，試樣化學加工前的厚度為5. 00mm，試樣化學加工後的厚度為3. 84mm，該試樣化學加工速率為單面29 u m/min,步驟3 ;確定工件的化學加工時間。根據得到的試樣化學加工速率及待加工工件的表面去除量，確定工件的化學加工時間。本實施例中，化學加工速率為單面29 u m/min,待加工工件的表面去除量為單面0. 25mm，確定工件的化學加工時間為8. 62min。步驟4 ;化學加工工件。配製化學加工溶液,其中鹽酸的體積比為132ml/L，硝酸的體積比為115ml/L，三氯化鐵的重量體積比為445g/L，其餘為水。將待加工的工件進行表面除油。將待加工的工件浸沒在溶液中同時計時。當計時至確定的工件化學加工時間時立即將工件取出，本實施例中，確定的工件化學加工時間為8. 62min。步驟5 ;工件表面清理。將化學加工後的工件置於流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉工件表面掛灰。通過壓縮空氣吹乾工件。步驟6 ;工件溼吹砂。採用220目的氧化鋁砂用常規方法對所述工件進行溼吹砂，以去除工件表面的腐蝕層，完成對3 H 768不鏽鋼工件的化學加工。實施例二本實施例是一種用於3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液。所述的溶液包括鹽酸、硝酸、三氯化鐵和水，其中鹽酸為工業純級，比重d=l. 18 ;硝酸為工業純級，比重d=l. 41 ;三氯化鐵為工業純級的粉末。鹽酸的體積比為135ml/L，硝酸的體積比為118ml/L，三氯化鐵的重量體積比為448g/L，其餘為水。本實施例還提出了一種利用所述3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液加工3 H 768不鏽鋼環形工件的方法，其具體過程是
步驟1，配製溶液。按比例配製一升溶液其中鹽酸135ml/L，硝酸118ml/L，三氯化鐵448g/L，餘量為水。得到配製好的溶液。步驟2，確定單位時間內工件表面的腐蝕加工速率。所述的單位時間為60s。通過試樣確定單位時間內試樣表面的腐蝕加工速率，其具體過程是a.製備試樣選取3 H 768不鏽鋼，進行磨加工製成30mmX IOmmX 5mm的試樣。
並用金相砂紙打磨試樣,使該試樣的表面光亮平整。用無水乙醇擦拭試樣表面除油,直至表面水膜連續。b.測量尺寸由於化學加工速度是以單位時間的化銑加工深度來表示，因此在化學加工前用千分尺測量試樣的原始厚度。本實施例中，試樣化學加工前的原始厚度為
5.OOmm0 c.將配製好的溶液盛放在反應容器內。將試樣浸沒在溶液中，待試樣開始冒氣泡時計時，計時到20min時取出試樣。得到化學加工後的試樣。d.試樣表面清理將得到的加工後的試樣在流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉零件表面掛灰。將除完掛灰的試樣在自來水中衝洗30s。將除完掛灰的試樣在自來水中衝洗30s。將衝洗後的試樣浸入自來水的沸水中浸泡30s，通過壓縮空氣吹乾試樣表面。e.測量尺寸用千分尺精確測量試樣化學加工後的厚度，並用該試樣化學加工前的厚度減去該試樣化學加工後的厚度，得到單位時間內試樣的化學加工速率。本實施例中，試樣化學加工前的厚度為5. 00mm，試樣化學加工後的厚度為3. 80mm，該試樣化學加工速率為單面30 u m/min。步驟3 ;確定工件的化學加工時間。根據得到的單位時間內化學加工速率及待加工工件的表面去除量，確定工件的化學加工時間。本實施例中，化學加工速率為單面30 u m/min，待加工工件的表面去除量為單面0. 30mm，確定工件的化學加工時間為lOmin。步驟4 ;化學加工工件。配製化學加工溶液，其中鹽酸的體積比為135ml/L，硝酸的體積比為118ml/L，三氯化鐵的重量體積比為448g/L，其餘為水。將待加工的工件進行表面除油。將待加工的工件浸沒在溶液中同時計時。當計時至確定的工件化學加工時間時立即將工件取出，本實施例中，確定的工件化學加工時間為IOmin。步驟5 ;工件表面清理。將化學加工後的工件置於流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉工件表面掛灰。通過壓縮空氣吹乾工件。步驟6 ;工件溼吹砂。採用220目的氧化鋁砂用常規方法對所述工件進行溼吹砂，以去除工件表面的腐蝕層，完成對3 H 768不鏽鋼工件的化學加工。實施例三本實施例是一種用於3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液。所述的溶液包括鹽酸、硝酸、三氯化鐵和水，其中鹽酸為工業純級，比重d=l. 18 ;硝酸為工業純級，比重d=l. 41 ;三氯化鐵為工業純級的粉末。鹽酸的體積比為138ml/L，硝酸的體積比為121ml/L，三氯化鐵的重量體積比為450g/L，其餘為水。本實施例還提出了一種利用所述3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液加工3 H 768不鏽鋼I級壓氣機葉片的方法，其具體過程是步驟1，配製溶液。按比例配製一升溶液其中鹽酸138ml/L，硝酸121ml/L，三氯化鐵450g/L，餘量為水。得到配製好的溶液。
步驟2，確定單位時間內工件表面的腐蝕加工速率。所述的單位時間為60s。通過試樣確定單位時間內試樣表面的腐蝕加工速率，其具體過程是a.製備試樣選取3 H 768不鏽鋼，進行磨加工製成30mmX IOmmX 5mm的試樣。
並用金相砂紙打磨試樣,使該試樣的表面光亮平整。用無水乙醇擦拭試樣表面除油,直至表面水膜連續。b.測量尺寸由於化學加工速度是以單位時間的化銑加工深度來表示，因此在化學加工前用千分尺測量試樣的原始厚度。本實施例中，試樣化學加工前的原始厚度為
5.OOmm0c.將配製好的溶液盛放在反應容器內。將試樣浸沒在溶液中，待試樣開始冒氣泡時計時，計時到60s時取出試樣。得到化學加工後的試樣。 d.試樣表面清理將得到的加工後的試樣在流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉零件表面掛灰。將除完掛灰的試樣在自來水中衝洗30s。將衝洗後的試樣浸入自來水的沸水中浸泡30s，通過壓縮空氣吹乾試樣表面。e.測量尺寸用千分尺精確測量試樣化學加工後的尺寸，並用用該試樣化學加工前的厚度減去該試樣化學加工後的厚度，得到單位時間內化學加工速率。本實施例中，試樣化學加工前的厚度為5mm，試樣化學加工後的厚度為3. 74mm，該試樣單位時間內化學加工速率為單面31. 5 ii m/min。步驟3 ;確定工件的化學加工時間。根據得到的單位時間內化學加工速率及待加工工件的表面去除量，確定工件的化學加工時間。本實施例中，化學加工速率為單面31. 5 ii m/min，待加工工件的表面去除量為單面0. 20mm，確定工件的化學加工時間為
6.35min。步驟4;化學加工工件。配製化學加工溶液，其中鹽酸138ml/L，硝酸121ml/L，三氯化鐵450g/L，其餘為水。得到配製好的溶液。對待加工的工件進行表面除油。將待加工的工件浸沒在溶液中同時計時。當計時至確定的工件化學加工時間時立即將工件取出，本實施例中，確定的工件化學加工時間為6. 35min。步驟5 ;工件表面清理。將化學加工後的工件置於流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉工件表面掛灰。通過壓縮空氣吹乾工件。步驟6 ;工件溼吹砂。採用220目的氧化鋁砂用常規方法對所述工件進行溼吹砂，以去除工件表面的腐蝕層，完成對3 H 768不鏽鋼工件的化學加工。實施例四本實施例是一種用於3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液。所述的溶液包括鹽酸、硝酸、三氯化鐵和水，其中鹽酸為工業純級，比重d=l. 18 ;硝酸為工業純級，比重d=l. 41 ;三氯化鐵為工業純級的粉末。鹽酸的體積比為142ml/L，硝酸的體積比為125ml/L，三氯化鐵的重量體積比為453g/L，其餘為水。本實施例還提出了一種利用所述3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液加工
3H 768不鏽鋼2級壓氣機葉片的方法，其具體過程是步驟1，配製溶液。按比例配製一升溶液其中鹽酸142ml/L，硝酸125ml/L，三氯化鐵453g/L，餘量為水。得到配製好的溶液。步驟2，確定單位時間內工件表面的腐蝕加工速率。所述的單位時間為60s。通過試樣確定單位時間內試樣表面的腐蝕加工速率，其具體過程是a.製備試樣選取3 H 768不鏽鋼，進行磨加工製成30mmX IOmmX 5mm的試樣。
並用金相砂紙打磨試樣,使該試樣的表面光亮平整。用無水乙醇擦拭試樣表面除油,直至表面水膜連續。b.測量尺寸由於化學加工速度是以單位時間的化銑加工深度來表示，因此在化學加工前用千分尺測量試樣的原始厚度。本實施例中，試樣化學加工前的原始厚度為5. OOmm0c.將配製好的溶液盛放在反應容器內。將試樣浸沒在溶液中，待試樣開始冒氣泡時計時，計時到60s時取出試樣。得到化學加工後的試樣。d.試樣表面清理將得到的加工後的試樣在流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉零 件表面掛灰。將除完掛灰的試樣在自來水中衝洗30s。將衝洗後的試樣浸入自來水的沸水中浸泡30s，通過壓縮空氣吹乾試樣表面。e.測量尺寸用千分尺精確測量試樣化學加工後的尺寸，並用該試樣化學加工前的厚度減去該試樣化學加工後的厚度，得到單位時間內化學加工速率。本實施例中，試樣化學加工前的厚度為5mm，試樣化學加工後的厚度為3. 76mm，該試樣單位時間內化學加工速率為單面31 u m/min。步驟3 ;確定工件的化學加工時間。根據得到的單位時間內化學加工速率及待加工工件的表面去除量，確定工件的化學加工時間。本實施例中，化學加工速率為單面31 ii m/min，待加工工件的表面去除量為單面0. 25mm，確定工件的化學加工時間為8. 06min。步驟4 ;化學加工工件。配製化學加工溶液，其中鹽酸142ml/L，硝酸125ml/L，三氯化鐵453g/L，其餘為水。得到配製好的溶液。對待加工的工件進行表面除油。將待加工的工件浸沒在溶液中同時計時。當計時至確定的工件化學加工時間時立即將工件取出，本實施例中，確定的工件化學加工時間為6. 35min。步驟5 ;工件表面清理。將化學加工後的工件置於流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉工件表面掛灰。通過壓縮空氣吹乾工件。步驟6 ;工件溼吹砂。採用220目的氧化鋁砂用常規方法對所述工件進行溼吹砂，以去除工件表面的腐蝕層，完成對3 H 768不鏽鋼工件的化學加工。
權利要求
1.一種用於3 H 768不鏽鋼工件化學加工的溶液，其特徵在於，包括鹽酸、硝酸、三氯化鐵和水；鹽酸的體積比為132ml/L 142ml/L，硝酸的體積比為115ml/L 125ml/L，三氯化鐵的重量體積比為445g/L 453g/L，其餘為水；鹽酸和硝酸均為工業純級；鹽酸比重d=l. 18 ;硝酸比重d=l. 41 ;三氯化鐵為工業純級的粉末。
2.一種利用權利要求I所述溶液加工3 H 768不鏽鋼工件的方法，其特徵在於，具體過程是 步驟1，配製溶液；按比例配製一升溶液其中鹽酸132ml/L，硝酸115ml/L，三氯化鐵445g/L,餘量為水；得到配製好的溶液； 步驟2，確定單位時間內工件表面的腐蝕加工速率；所述的單位時間為60s ;通過試樣確定單位時間內試樣表面的腐蝕加工速率,其具體過程是 a.製備試樣製作3H 768不鏽鋼試樣；並對該試樣進行表面處理和除油； b.測量尺寸測量試樣的原始厚度； c.將試樣浸沒在溶液中，待試樣開始冒氣泡時計時，計時到20min時取出試樣； 得到化學加工後的試樣； d.試樣表面清理用冷水衝洗掉零件表面的掛灰；將除完掛灰的試樣在自來水中衝洗30s ;將衝洗後的試樣在沸水浸泡30s取出並吹乾試樣表面； e.測量尺寸測量試樣化學加工後的厚度，並用該試樣化學加工前的厚度減去該試樣化學加工後的厚度，得到單位時間內試樣的化學加工速率； 步驟3 ;確定工件的化學加工時間；根據得到的試樣化學加工速率及待加工工件的表面去除量，確定工件的化學加工時間； 步驟4 ;化學加工工件；配製化學加工溶液，其中鹽酸的體積比為132ml/L，硝酸的體積比為115ml/L，三氯化鐵的重量體積比為445g/L，其餘為水；將待加工的工件進行表面除油；將待加工的工件浸沒在溶液中同時計時；當計時至確定的工件化學加工時間時立即將工件取出； 步驟5 ;工件表面清理；將化學加工後的工件置於流動的冷水中衝洗，直至徹底衝掉工件表面掛灰；通過壓縮空氣吹乾工件； 步驟6 ;工件溼吹砂；採用220目的氧化鋁砂對所述工件進行溼吹砂，以去除工件表面的腐蝕層，完成對3 H 768不鏽鋼工件的化學加工。
全文摘要
一種用於эи768不鏽鋼工件化學加工的溶液及方法。所述的溶液包括體積比為132ml/L～142ml/L的鹽酸，體積比為115ml/L～125ml/L的硝酸和重量體積比為445g/L～453g/L的三氯化鐵，其餘為水。在加工中，首先通過試樣確定單位時間內工件表面的腐蝕加工速率，並根據得到的試樣化學加工速率及待加工工件的表面去除量，確定工件的化學加工時間。經本發明加工的工件尺寸精度和表面粗糙度均能夠達到理想的水平，並且不會產生切削應力，無變形。經金相檢查，本發明不會對эи768不鏽鋼造成晶間腐蝕，材料組織未發現異常。
文檔編號C23F1/04GK102808180SQ20121021288
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月23日 優先權日2012年6月23日
發明者陳曉彥, 胡婷婷 申請人:西安航空動力股份有限公司