不同電解液中鈦合金電解等離子體拋光的對(duì)比分析

1、不同電解液中鈦合金電解等離子體拋光的比照分析賀春影， 唐金鳳， 陳述， 王立世，卜智翔， 陳明慧， 耿陽(yáng)，孫力，中國(guó)航天科工集團(tuán)第四研究院 紅陽(yáng)機(jī)電，湖北 孝感 ；中國(guó)航天科工集團(tuán)第四研究院，北京 ；湖北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢 ；湖北工業(yè)大學(xué) 綠色輕工材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 摘 要： 利用粗糙度儀、激光發(fā)射率測(cè)試儀、光學(xué)及電子顯微鏡等設(shè)備，對(duì)不同電解液體系中得到的鈦合金試樣外表的粗糙度及形貌進(jìn)行了分析結(jié)果說(shuō)明：配方 電解液體系中得到的試樣外表最為平 整、鏡面效果最好；配方、 處理得到的膜層外表粗糙度也有較大的改善關(guān)鍵詞： 鈦合金；電解等離子體拋光；電解液；外表粗糙度中圖分

2、類(lèi)號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： 文章編號(hào)： 把電解液組分分為六類(lèi)與電解等離子體氧化要求不同，等離 子 體 電解拋光要 求 所 形 成 的 膜 層 要 能 夠 溶 解 和 易 于 剝 落，因而在配方的設(shè)計(jì)上要到達(dá)兩個(gè)目標(biāo)：處 理初始階段要能夠快速鈍化并擊穿，進(jìn)入放電等 離子體狀態(tài)；鈍化擊穿后所形成的膜層要在電 解液及電解附近的化學(xué)、電化學(xué)及熱化學(xué)等作用 下疏松化并快速溶解及剝落與其他金屬相比，因 鈦與氧的親和性極強(qiáng)，鈦及其合金的拋光顯得尤 為困難目前工業(yè)界對(duì)于鈦的拋光后外表粗糙度 的改善一般在 以下，比方 、 ， 等 有 代 表 性 公 司 的 鈦合金拋光工藝本文嘗試用 方法對(duì)鈦合金進(jìn)行拋光，設(shè) 計(jì)不同的

3、電解液配方，探討不同組分對(duì)拋光效果的影響研究成果可為鈦合金電解等離子體拋光 技術(shù)在飛機(jī)、導(dǎo)彈、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供試驗(yàn)根底前言電解等離子體拋光，是一種于水基電解 液 中 高 電 壓 作 用下，在工件外表產(chǎn)生等離子體放電而到達(dá)清洗或拋光而開(kāi)發(fā)的電化學(xué)外表處理技術(shù)處理過(guò)程中 將工件浸入一定溫度的電解液中，并對(duì)其施加一 定波形的電壓后，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下，工件外表 與電解液毗鄰處會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的蒸汽氣體層 厚度，使工件外表和電解液相隔離，當(dāng)電 壓升至足 夠 高 后 通 常 ，汽 層 擊 穿電場(chǎng)強(qiáng)度 可 達(dá) ，形 成 放 電 等 離子體 接 觸 輝 光 放 電 電 解， ，該 技 術(shù) 具 有 可 處

4、理 外形復(fù)雜的工件以及環(huán)保的電解液通常是質(zhì)量百分 濃 度 為 無(wú) 機(jī) 鹽 的 水 基 溶 液 等 優(yōu)點(diǎn) 過(guò)程中電 極 外表 附近的擊穿放電是一 個(gè)電、光、熱和力的相對(duì)復(fù)雜過(guò)程，涉及基體、電解液、溶劑和槽中其他組分之間的化學(xué)、電化學(xué)、等離子體化學(xué)和物理冶金等多類(lèi)反響其中，配制電 解液的無(wú)機(jī)鹽種類(lèi)及其濃度是產(chǎn)生適宜微放電的 關(guān)鍵 所 在在 研 究 等離子體 電解氧化的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)拋光處理的基體材料為鈦合 金 板，厚收稿日期：作者簡(jiǎn)介：賀春影，女，吉林伊通人，高級(jí)工程師，主要從事有色合金外表處理技術(shù)開(kāi)發(fā)與管理方面研究通信 王立世，男，河南開(kāi)封 人，副 教 授，主要從事電化學(xué)外表改性及輕

5、合金外表處理方面研究：· ·第 期賀春影，等： 不同電解液中鈦合金電解等離子體拋光的比照分析度為 試樣采用剪床取樣，去離子水清洗后枯燥待用測(cè)試方法粗糙度采用 手持式粗糙度儀進(jìn) 行 測(cè) 量；光澤度采用激光反射率的方法進(jìn)行測(cè)量；外表 特征采用光學(xué)及掃描電鏡方法進(jìn)行等離子體電解拋光處理處理用電源功率為 ，根據(jù)工藝需要可 輸出直流、雙脈沖交流，頻率可達(dá) ，占空 比 可調(diào)電拋光槽材料為 塑料，對(duì) 電極為不銹鋼板，待處理鈦合金件為工作電極等 離子體電 解 液 采 用經(jīng)過(guò)前期大量篩選的四種配 方，質(zhì)量百分濃度為 ，電解液體積為 電解液的加熱及溫度控制 及工件的自動(dòng)升降系統(tǒng)均為自行設(shè)計(jì)和制

6、備四種電解液配方的處理結(jié)果 配方拋光前后的粗糙度變化情況如表 所 示由 表中的數(shù)據(jù)可以看出，拋光后的局部的外表粗糙度一般位于 以下表 配方 條件下試樣處理前后的外表粗糙度變化 拋光前均值：均值：均值：均值：組拋光后拋光前均值：均值：均值：均值：組拋光后拋光后的外表形貌情況如圖 所示圖 配方 條件下拋光前后的試樣外表的顯微形貌比照，為拋光前外表不同位置形貌，為拋光后的外表形貌 ，· ·云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版第 卷 配方拋光前后的粗糙度變化情況如表 所 示配方 條件下拋光后的外表形貌情況如圖 所示表 表 配方 條件下試樣處理前后的外表粗糙度變化 拋光前均值：均值：組拋光后均

7、值：均值：拋光前組拋光后均值：均值：圖 配方 條件下拋光前后的試樣外表的顯微形貌比照，為拋光前外表不同位置形貌，為拋光后的外表形貌 ，方 條件下拋光后的外表形貌情況如圖 所示配方拋光前后的粗糙度變化情況如表 所 示配表 配方 條件下試樣處理前后的外表粗糙度變化 拋光前均值：均值：組拋光后均值：均值：拋光前均值：組拋光后均值：均值：· ·第 期賀春影，等： 不同電解液中鈦合金電解等離子體拋光的比照分析圖 配方 條件下拋光前后的試樣外表的顯微形貌比照，為拋光前外表不同位置形貌， ， ， 配方配方 條件下處理的鈦合金試樣外表取得了 較好的鏡面效果，而且對(duì)鑄件、焊接件的適應(yīng)性良好，

8、均可以到達(dá)明顯的鏡面拋光效果處理后試樣的鏡面情況如圖 所示，映照的字跡清晰可見(jiàn)圖 配方 條件下拋光后的試樣外表宏觀形貌，為平試片，為小弧度試樣 ，· ·云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版第 卷激光反射率的測(cè)試結(jié)果如表 所示，其中的 號(hào)和 號(hào)試樣是一定曲率的 彎 曲 樣，對(duì) 反 射 效 果有較大的影 響， 號(hào) 樣 為 平 板 樣，處 理 后 激 光反射率可達(dá) 配方 條件下拋光后的外表形貌情況如圖 所示表 配方 條件下處理后外表粗糙度及激光反射率 反射光強(qiáng)功率反射類(lèi)別平面反射鏡 試樣粗糙度 ：， 試樣粗糙度 ：， 試樣粗糙度 ：， 圖 配方 條件下拋光后的試樣外表顯微形貌 比例關(guān)系的陽(yáng)

9、極電流脈沖有密切聯(lián)系，這使得可討論以通過(guò)改變陰極電流的幅 值 而 控 制 處 理 的狀態(tài)陰極電流的存在可以調(diào)整近膜層外表的離 子密度和種類(lèi)、產(chǎn)生的氣體量，而這種環(huán)境中有利于微放電的產(chǎn)生另外，陰極電流可以使生長(zhǎng)的氧 化物膜層轉(zhuǎn)向可溶性的化合物，這也許是陰極電流強(qiáng)烈影響微放電的另外一個(gè)原因在試驗(yàn)過(guò)程中，嘗試參加了負(fù)脈沖，一方面改 善放電的形式，另一方面改變所形成陽(yáng)極氧化膜 內(nèi)外表的形態(tài)，即膜層與基體界面的平整度鈦合金外表初始陽(yáng)極氧化膜層的形成在初始階段，鈦試樣外表形成均一、覆蓋良好 的薄的陽(yáng)極氧化膜，一般經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：鈦離子溶解并進(jìn)入電解液 陽(yáng)極外表氧的析出 在陽(yáng)極外表形成鈍化膜所形成的膜層

10、剝落的難易程度試驗(yàn)過(guò)程中，試樣外表的氧化層通過(guò) 超 聲 波 清洗予以去除配方 電解液中所形成的膜層疏 松，可 輕 易 地 剝 離 和 去 除，露出鈦基體的 鏡 面 鈍化膜的形成和氣體析出為微放電的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件微放電的數(shù)量和強(qiáng)度，與和陰極電流成· ·第 期賀春影，等：不同電解液中鈦合金電解等離子體拋光的比照分析光澤溶解的結(jié)果電解液組分的作用 處理過(guò)程中，不同配方電解液的作用體 現(xiàn)在膜層截面存在分層現(xiàn)象，即可分為外部層和 內(nèi)部層根據(jù)之前系列、詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)外部層 的形成對(duì)應(yīng)于噪聲火花放電，而內(nèi)部層的形成與 軟火花放電的出現(xiàn)有重要的聯(lián)系另外，膜層的成 分也存在分層現(xiàn)象，即電解

11、液中 的電解質(zhì)元素在外部，而內(nèi)部層只有基體元素和 氧的存在出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是：外部層的 形成是噪聲火花條件下電解質(zhì)元素向內(nèi)部而基體 元素向外擴(kuò)散過(guò)程；而內(nèi)部層的形成主要源于軟 火花的熱效應(yīng)，即軟火花放電的熱效應(yīng)造成了外 部層基體界面區(qū)的快速、離散式氧化與 只 經(jīng) 歷 噪聲火花放電所形成的膜層相比，這些離散點(diǎn)氧 化的綜合作用，促成了經(jīng)歷軟火花放電膜層厚度 的高度均一性膜層基體界面相對(duì)一致，它可能 是配方 電解液拋光效果最好的原因參 考 文 獻(xiàn)：王季金屬外表電解質(zhì)等離子拋光及其工藝的研究哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，張篤飛電解質(zhì) 等離子加工技術(shù)中電解液作用的 研究哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，陳寧英電漿拋光生產(chǎn)工藝：中 國(guó)，陳寧 英一 種 具有升降裝置的電漿拋光機(jī)：中 國(guó)， ， ， ，： ， ，： ：， ， ， ， ，：