» » Способы удаления газонасыщенных слоев
20.01.2015

Удаление окалины и газонасыщенного слоя - задача довольно сложная, так как окалина прочно сцепляется с основным металлом и устойчива во многих химически активных средах. Двуокись титана тугоплавка, нерастворима в воде, в разбавленных растворах кислот и щелочей. Она реагирует лишь с плавиковой кислотой и медленно растворяется в концентрированной серной. Двуокись титана можно перевести в растворимое состояние сплавлением со щелочами.
Для очистки поверхности титановых полуфабрикатов от окислов и газонасыщенного слоя применяют механические, химические и электрохимические методы. Основные цели очистки поверхности следующие:
1. Устранение повреждений и разрушений в поверхностном слое заготовок перед последующей обработкой давлением.
2. Удаление дефектов, препятствующих нанесению защитных покрытий.
3. Снятие перед термической обработкой с поверхности титановых заготовок пли полуфабрикатов технологической смазки, взаимодействующей с металлом при повышенных температурах,
4. Удаление с поверхности газонасыщенного слоя, окалины ii дефектов, препятствующих применению полу фабрикатов и детален по назначению.
Метод удаления нежелательного поверхностного дефектного слоя зависит от вида полуфабриката. Так, например, штамповки и поковки непременно подвергают механической обработке для получения готового изделия, и вместе с тем в процессе обработки снимается газонасыщенный слой. Травление в этом случае может быть применено лишь для разрыхления поверхностного слоя (если он достаточно «мощный») и облегчения условий резания.
Наиболее широко используют химические методы очистки. Различают два способа очистки поверхности титановых полуфабрикатов: кислотный и щелочно-кислотный. При кислотном методе очистки первый этап состоит в дроблении окалины механическим путем например холодной прогладкой с суммарным обжатием 2—4% или теплой прогладкой с обжатием 3—6%; второй этап заключается в стравливании газонасыщенных слоев в смеси кислот.
При щелочно-кислотном методе первый этап включает разрыхление и удаление окалины в щелочном растворе при температурах 250—450° С. При этих температурах двуокись титана сплавляется со щелочью с образованием титанатов. При последующем кислотном травлении титанаты растворяются, а затем стравливается газонасыщенный слой. Очистка поверхности происходит в две стадии, поэтому такой метод очистки называют двустадийным щелочно-кислотным.
Щелочные расплавы для удаления окалин могут быть восстановительного и окислительного типа Восстановительные расплавы состоят из щелочи и гидрида щелочного металла. В настоящее время их почти не применяют, так как это приводило к сильному наводороживанию. Расплавы окислительного типа делят на высокотемпературные (430—460°С), среднетемпературные (360—400° С) и низкотемпературные (150—250°С).
Высокотемпературные окислительные расплавы состоят из едкого натра, нитрата и нитрита натрия. Окислительные соли вводят в расплав для уменьшения наводороживания металла, однако вместе с этим снижается и скорость травления. Иногда в расплав вводят хлористый натрий для уменьшения вязкости. Однако введение хлористого натрия вряд ли целесообразно из-за возможности развития питтинговой и солевой коррозии
Промышленная ванна для травления титановых сплавов состоит из 80—85% NaOH и 20—15%NaNО3. Рабочая температура 430—450° С Продолжительность травления 15—135 мин. После травления в щелочной ванне на поверхности полуфабрикатов остаются титанаты щелочных^ металлов. Они частично удаляются при последующей промывке в воде. Полностью снять титанаты щелочных металлов можно травлением в серной кислоте при температурах 60—80° С в течение 10—15 мин. Титан и его сплавы в указанных травителях при оптимальных режимах травления наводороживаются слабо, удержание водорода после травления титана и сплавов типа ОТ4 составляет 0,004—0,006%.
Низкотемпературную окалину, цвета побежалости, газонасыщенные слон можно удалить травлением в кислотных растворах Основным травящим компонентом в этих растворах является плавиковая кислота Титан растворяется в любой кислоте, но одновременно на его поверхности образуется пленка, которая растворяется только в HF Поэтому процесс растворения титана в двойных смесях представляется как растворение фтористоводородной кислотой пленки с последующим растворением обеими кислотами металла с мест, свободных от пленки. Этот процесс можно описать двумя параллельными, независимыми одна от другой реакциями:
Ti + 3HF → TiF3 + 3/2H2;
Ti + ЗНR → TiR3 + 3/2H2.

Эта гипотеза формально объясняет нерастворимость титана в любых, за исключением HF, кислотах и их смесях.
Образующийся при этих реакциях водород частично удаляется в атмосферу, а частично растворяется в титане. Для уменьшения наводороживания титана и его сплавов при травлении в состав травителей вводят окислители чаще всего азотную кислоту. Вместо плавиковой кислоты можно вводить в травители фтористый аммоний. Помимо этих компонентов, в растворы вводят соляную и серную кислоты Известны следующие композиции кислотных растворов для трав пения: HF+HNO3; HF+H2SO4, HF+HCl; HCl+NH4F1; H2SО4+NH4F, HCl+H2SО4+NH4F.
Азотная кислота снижает скорость травления. Максимальная активность растворов соответствует некоторому оптимальному соотношению входящих в них кислот. С повышением температуры скорость травления возрастает, но вместе с этим увеличивается и скорость наводороживания. Поэтому оптимальной температурой травления считают 40—50° С.
Наводороживание при травлении существенно зависит от фазового состава сплава, а также от величины и формы зерен. Чем больше β-фазы в α+β-сплавах, тем интенсивнее наводороживание при травлении. Титан и малолегированные сплавы на его основе (ОТ4-1, ОТ4, ВТ4, ОТ4-2) при используемых в настоящее время травителях и режимах травления сравнительно слабо поглощают водород, а α+β-сплавы ВТ14, ВТ16 интенсивно наводороживаются, причем интенсивность процесса максимальна после термической обработки, при которой фиксируется максимальное количество β-фазы.
Наиболее эффективный и производительный способ очистки поверхности - щелочно-килотный. Его преимущества - высокое качество поверхности, сравнительно небольшой расход кислот, меньшие по сравнению с другими методами потери металла от перетрава, возможность исключения предварительного дробления окалины. Ниже приведены технологические схемы травления полуфабрикатов по щелочно-кислотному
Способы удаления газонасыщенных слоев

Для титановых α-сплавов и сплавов с небольшим количеством β-фазы, малосклонных к наводороживанию и термическому упрочнению в процессе травления, наиболее целесообразно травление по схеме I. Полуфабрикаты высоколегированных титановых α+β-сплавов, термически нестабильных и склонных к интенсивному поглощению водорода при травлении, обрабатывают по схеме II. Поскольку эффективность низкотемпературных расплавов невелика, допускается повторение циклов травления. Для очистки поверхности полуфабрикатов от окалины и смазочных покрытий используют также травление по схеме III. По ней же обрабатывают полуфабрикаты, подлежащие в дальнейшем механической обработке.
Обеспечить нужное качество поверхностных слоев полуфабрикатов можно не только травлением, но и механическими способами очистки и обработки. Механические способы очистки изделий и полуфабрикатов из титана и его сплавов от поверхностных дефектов можно подразделить на три группы; а) с отделением стружки; б) с отделением пыли; в) с дроблением хрупкого поверхностного слоя без отделения частиц от обрабатываемого металла.