鈦合金腐蝕加工溶解行為和加工后疲勞性能研究.pdf

1、本文通過E-t曲線、動電位極化曲線和交流阻抗等電化學(xué)方法研究溶液主體成分濃度、添加劑種類及濃度、溫度及攪拌速度對鈦合金腐蝕加工溶解行為的影響，并結(jié)合環(huán)境掃描電鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）等近現(xiàn)代物理方法探索鈦合金腐蝕加工表面微觀形貌與腐蝕溶解之間的關(guān)系，通過陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)動力學(xué)測試揭示鈦合金在腐蝕加工溶液中的腐蝕動力學(xué)規(guī)律。最后對比了腐蝕加工和機(jī)械加工后試樣的疲勞性能。
　　溶液中氫氟酸濃度較低時，鈦合金浸入溶液前幾十

2、秒鐘自腐蝕電位迅速變正，然后緩慢變負(fù)，而在高濃度氫氟酸溶液中，開始階段自腐蝕電位迅速變負(fù)，隨后緩慢變正，可能是由于鈦合金本身在空氣中形成的氧化膜更容易被高濃度氫氟酸破壞，在加工過程中硝酸鈍化作用與氫氟酸溶解作用同時存在，當(dāng)兩者速度相等時，不同濃度氫氟酸溶液中鈦合金自腐蝕電位都處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。極化曲線有明顯的活化-鈍化區(qū)，隨著溶液酸濃度增加，自腐蝕電位朝負(fù)向移動，腐蝕電流密度、維鈍電流密度不斷增加。阻抗譜高頻區(qū)呈容抗特征，阻抗譜實(shí)部收

3、縮程度隨著溶液濃度增加而加劇，中低頻區(qū)出現(xiàn)感抗現(xiàn)象，隨著溶液濃度增加鈍化膜保護(hù)作用不斷減弱，感抗值呈下降趨勢。掃描電鏡和原子力顯微鏡測試結(jié)果表明隨著硝酸濃度增大，鈦合金表面凹坑明顯變淺，凸起處平滑，表面更平整。氫氟酸與硝酸體積比為1:3時，鈦合金有較小粗糙度值。
　　復(fù)配添加劑SN和SR及單組分添加劑SN、SR、SF吸附等溫線形狀為Langmuir單分子層吸附等溫線。溶液中含添加劑SR2mL/L、SN0.16g/L時，極化曲線測試

4、結(jié)果表明鈦合金自腐蝕電位有最負(fù)值，腐蝕電流密度達(dá)到最大，表面張力有最小值28.23×10-4N·m-1，其吸附量為15.10×10-6mol·m-2，添加劑SR和SN具有良好的復(fù)配效果。
　　鈦合金腐蝕傾向隨著腐蝕加工溶液溫度升高而增加，維鈍電流密度呈線性增加規(guī)律。氫氟酸濃度分別為20、40、80mL/L時TC1鈦合金表面活化能分別為2.526、1.748、0.232KJ/mol；TC4鈦合金腐蝕加工活化能分別為1.368、1.1

5、11、0.205KJ/mol。Arrhenius曲線說明在相同環(huán)境條件下，TC4鈦合金比TC1具有更強(qiáng)的腐蝕傾向。極限擴(kuò)散電流密度隨著溶液轉(zhuǎn)速的增加不斷增大，鈦合金腐蝕程度逐漸加劇，在高速攪拌速度下進(jìn)入鈍化區(qū)變得更加困難。
　　對腐蝕加工過程的陰陽極動力學(xué)進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)陰極反應(yīng)產(chǎn)生氣體速度與陽極溶解速度基本一致。腐蝕加工陰極反應(yīng)生成氣體速度變化曲線開始階段上升相對緩慢，隨后曲線緩慢下降，最終隨著反應(yīng)的進(jìn)行曲線逐漸趨于平穩(wěn)；陽極溶解速

6、率在腐蝕加工反應(yīng)前幾十秒迅速上升，隨后小幅下降并逐漸趨于平穩(wěn)，陽極溶解速率在最后階段有下降的趨勢。溶液中添加劑的加入能夠提高陽極溶解速率。CO2、N2，H2為鈦合金腐蝕加工最終生成的氣體。溶液氫氟酸濃度為100mL/L，氫氟酸與硝酸體積比為1:2，溶液溫度為30℃時抑霧能力達(dá)到73.1％~76.1%，腐蝕加工選用的復(fù)配添加劑SN和SR有良好的抑制酸霧效果。
　　腐蝕加工鈦合金試樣的疲勞性能優(yōu)于機(jī)械加工鈦合金試樣的疲勞性能。在同一加