[发明专利]钛合金零件保护层及其制备方法和防氢脆用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金表面保护层和处理方法，具体是涉及钛合金零件防氢脆保护层及其制备方法和用途，属于防护材料领域。

背景技术

钛及其合金具有一系列优异特性，广泛用于航空、航天、化工、石油、冶金、轻工、电力、海水淡化、舰艇和日常生活器具等工业生产中，被誉为现代金属。然而，钛及其合金生产使用的早期，由于氢的作用导致的脆断经常发生。随着钛冶金和制造水平的提高，钛及其合金中氢含量明显降低，由冶金、制造产生的氢脆问题极少发生。然而在使用过程中，钛作为一种储氢材料，很容易吸氢造成脆化和开裂，是金属材料最危险的破坏方式之一。

目前从国内外氢脆问题的研究来看，绝大部分研究报告是偏重于氢脆机理方面，而对于控制及制造工程方面的研究薄弱。利用在钛合金表面镀覆金膜来达到防止氢渗入的工艺，在国内外还未见报导。

发明内容

本发明的目的是填补国内在这方面的空白，提供一种可以有效防止钛合金氢脆的表面处理工艺。

实现本发明的目的的技术解决方案是：对需要进行保护的钛合金基体除油、水洗后，使用本发明研制的全新除膜、催化溶液，在特定温度下，使钛合金基体表面得到除膜、催化，并形成灰色的氟化膜，可以阻止活泼的钛合金在空气中被氧化，有效提高和镀层的结合力，经过催化后的钛合金水洗后，进行化学镀镍，镀液控制PH为4.5～5.5，温度为85～95℃，搅拌条件下，在钛合金基体表面镀覆镍磷过渡层，水洗后再进行电镀金，控制温度为40～60℃，电流密度为50mA/dm²，在过渡层上镀覆出厚度为5～20μm左右的致密金层，最后在150℃以上热处理2小时以上，消除镀层中的残余应力，提高结合强度。

上面说述的除膜溶液组成是：

HNO₃(70％)  20～30ml/L；HF(40％)  200～250ml/L；时间：20～30s。

催化溶液组成是：

HF(40％)  200～250ml/L；CrO₃  130～150g/L；SbF₃  1～5g/L；

温度：50～60℃；时间；30～60分钟。

化学镀镍溶液组成是：

NiSO₄·7H₂O  25～35g/L；NaH₂PO₂·H₂O  20～30g/L；

乳酸  30～40ml/L；

PH 4～5；温度  90～95℃；时间：1～2小时。

电镀金溶液组成是：

Na₂SO₃ 120～140g/L；亚硫酸金钠 150～175ml/L；

柠檬酸钾 110～130g/L；EDTA 35～45g/L；

PH 8～10；温度 40～60℃；电流密度 45～55mA/dm²；

时间：3～4小时

电镀金的时间可根据镀层厚度而自行调节，沉积速率为2.5～3.5μm/h。这里时间为3～4小时，使其能够在钛合金表面镀出厚度5～20μm左右的致密金镀层，性能优良，即防氢渗入——在氢气氛炉中600℃保温三小时，延伸率与断面收缩率仍然保持在14％与38％，没有金层保护的钛合金延伸率与断面收缩率下降到10％与30％；结合力好——金层与钛合金基体的结合强度大于60Mpa，超过了结构胶的极限抗拉强度；耐腐蚀性佳——在5％浓度盐水的盐雾试验中，连续48小时没有腐蚀现象。

本发明填补国内在这方面的空白，提供一种可以有效防止钛合金氢脆的表面处理工艺，使其能够在钛合金表面镀出5～20μm左右的致密金镀层，色泽均匀，并达到性能优良，即防氢渗入，结合力好，耐腐蚀性佳，在航空、航天等许多部门都有广阔的应用空间。

附图说明

图1为结合强度测试用圆筒。

图2为耐腐蚀用圆片。

具体实施方式

实施例1：

在拉伸试片上涂覆过渡镍层及金层，测试其拉伸性能。涂覆过程如下工艺流程：

化学除油→水洗→除氧化膜→水洗→浸催化液→水洗→化学镀镍→电镀金→热处理。

1.化学除油：将钛合金基体放入除油液中，加热，直至除油液沸腾，继续加热3分钟停止。

2.水洗：用水冲洗试片，防止试片表面有残余除油液。