-กระบวนการขจัดตะกรันสองขั้นตอนสำหรับโลหะผสมไทเทเนียมแบบร้อน- เครื่องชั่งขึ้นรูปร้อนและกลยุทธ์ในการลดความเสี่ยง

โลหะผสมไทเทเนียมมีสัมพรรคภาพสูงต่อออกซิเจนและไนโตรเจนที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเกล็ดออกไซด์ที่เหนียวแน่นระหว่างการขึ้นรูปร้อน- สีและความหนาของเกล็ดเหล่านี้แตกต่างกันไปตามอุณหภูมิการขึ้นรูป-สีน้ำเงินที่ประมาณ 600 องศา สีเทา-สีแดงที่ประมาณ 850 องศา และสีเทาที่ 900 องศา เมื่ออุณหภูมิการขึ้นรูปสูงขึ้น ความหนาของสเกลจะเพิ่มขึ้น และการยึดเกาะกับซับสเตรตจะเข้มข้นขึ้น ทำให้การขจัดออกทำได้ยากขึ้นเรื่อยๆ เครื่องชั่งที่สร้างอุณหภูมิสูงกว่า 900 องศาจำเป็นต้องมีการลอกสารเคมีอย่างรุนแรง ซึ่งมักจะกระทบต่อความสมบูรณ์ของพื้นผิวด้านล่าง

มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการกำจัดตะกรันโลหะผสมไททาเนียมยังคงเป็นวิธีกรด-ขั้นตอนอัลคาไล-สองขั้นตอน ได้แก่ การปรับสภาพการกัดกร่อนที่หลอมละลายตามด้วยการดองด้วยกรด แม้ว่าลำดับนี้จะมีประสิทธิภาพ แต่ลำดับนี้จะทำให้เกิดความเสี่ยงด้านโลหะวิทยาที่สำคัญสองประการ-การเสริมสร้างความแก่ก่อนวัยและการแตกตัวของไฮโดรเจน- ซึ่งต้องมีการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวด

โลหะผสมไทเทเนียมพัฒนาเกล็ดออกไซด์โดยการแพร่กระจาย-ออกซิเดชันที่ควบคุมระหว่างการทำงานที่ร้อน เครื่องชั่งประกอบด้วยชั้นออกไซด์หลายชั้น โดยหลักๆ แล้วคือ TiO₂ โดยมีส่วนช่วยเล็กน้อยจาก Ti₂O₃ และ TiO ขึ้นอยู่กับความดันย่อยของออกซิเจนและระยะเวลาการสัมผัส

ความสัมพันธ์ของระดับอุณหภูมิ-เป็นไปตามรูปแบบที่สอดคล้องกันของเกรดโลหะผสมไทเทเนียม:

ที่ 600 องศา ฟิล์มออกไซด์จะยังคงบางและมีรูพรุน ทำให้สามารถกำจัดสารเคมีได้อย่างง่ายดาย ที่ 850 องศา การเพิ่มความหนาและการเผาผนึกจะเพิ่มการยึดเกาะ สูงกว่า 900 องศา สเกลจะมีความหนาแน่นและยึดเกาะกับพื้นผิวอย่างแน่นหนา การถอดออกต้องสัมผัสกับสื่อที่มีฤทธิ์รุนแรงเป็นเวลานาน ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงที่วัสดุพิมพ์จะถูกโจมตี

โดยทั่วไปแล้วความหนาของโลหะผสมไทเทเนียม TC4 ที่ร้อน-จะวัดได้น้อยกว่า 2 μm แต่แม้แต่ชั้นบางๆ ก็อาจทำให้การประมวลผลในภายหลังลดลงอย่างมากหากไม่ได้เอาออกทั้งหมด

ขั้นตอนแรกจุ่มชิ้นงานที่ปรับขนาดแล้วลงในอ่างอัลคาไลน์หลอมเหลว ตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน-โดยทั่วไปแล้วจะเป็นส่วนผสมของ NaOH และ NaNO₂ หรือ NaOH และ NaNO₃-จะทำปฏิกิริยากับสเกลออกไซด์ ทำให้โครงสร้างคลายตัวและส่งเสริมการหลุดออก

สูตรทั่วไปได้แก่:

• NaOH ที่ 700 ก./ลิตร บวก NaNO₂ ที่ 250 ก./ลิตร (สารละลายอิ่มตัวยวดยิ่ง)
• อุณหภูมิเดือดประมาณ 160 องศา
• ระยะเวลาแช่นานถึง 6 ชั่วโมงเพื่อการปรับสภาพที่สมบูรณ์

เกลือออกซิไดซ์ที่หลอมเหลวทางเลือกที่เป็นกรรมสิทธิ์ (เช่น สูตรประเภทราศีกันย์-) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการขจัดตะกรันโลหะผสมรีดร้อน-

อ่างที่มีฤทธิ์กัดกร่อนทำงานผ่านการแปลงทางเคมี โดยเปลี่ยนออกไซด์ของสารยึดเกาะให้เป็นชั้นที่เปราะและปรับสภาพได้ ซึ่งการดองด้วยกรดในเวลาต่อมาสามารถละลายได้ทันที
 

หลังจากการปรับสภาพการกัดกร่อนและการล้างน้ำ ชิ้นงานจะผ่านการดองด้วยกรด สารละลายมาตรฐานสำหรับการดองจะผสมกรดไนตริก (HNO₃) กับกรดไฮโดรฟลูออริก (HF)

พารามิเตอร์การอาบน้ำกรดทั่วไป:

• HNO₃:อัตราส่วนปริมาตร HF มากกว่าหรือเท่ากับ 5:1 (สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการป้องกันการเปราะของไฮโดรเจน)
• อัตราส่วนที่แนะนำ: 10:1 HNO₃:HF
• อุณหภูมิอาบน้ำ: ต่ำกว่า 60 องศา เพื่อจำกัดการดูดซึมไฮโดรเจน
• เวลาในการแช่: 20 วินาทีถึงหลายนาที ขึ้นอยู่กับความหนาของสเกลและองค์ประกอบของโลหะผสม

กรดไนตริกทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ที่ช่วยกระตุ้นพื้นผิวไทเทเนียมที่เพิ่งเปิดออก ในขณะที่กรดไฮโดรฟลูออริกจะละลายสเกลที่ถูกปรับสภาพและออกไซด์ที่ซ่อนอยู่-ชั้นที่ปนเปื้อน

การดองจะขจัดตะกรันที่ตกค้างและคืนสภาพพื้นผิวโลหะ สำหรับวัสดุที่ผ่านการบดด้วยสารเคมี อาจต้องมีการปรับสภาพอ่าง-ด้วยเกลือเพื่อกำจัดชั้นออกซิเจน-ที่ปนเปื้อนใต้เครื่องชั่ง

อ่างโซดาไฟหลอมเหลวทำงานที่อุณหภูมิประมาณ 450 องศา อุณหภูมินี้อยู่ภายในหรือใกล้กับช่วงอุณหภูมิการเสื่อมสภาพของโลหะผสม + และไทเทเนียม

ในระหว่างการปรับสภาพด้วยสารกัดกร่อน ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป-อาจเกิดการตกตะกอนโดยไม่ได้ตั้งใจ ซึ่งช่วยเพิ่ม-นิวเคลียสและการเจริญเติบโตของเฟสทุติยภูมิหรืออินเตอร์เมทัลลิกภายในเมทริกซ์ การแก่ก่อนวัยนี้ก่อให้เกิดผลลัพธ์ที่เป็นอันตรายหลายประการ:

• เพิ่มความแข็งและลดความเหนียวในการทำงานเย็นในภายหลัง
• มีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการแตกร้าวในระหว่างการประมวลผลเพิ่มเติม
• ความเสถียรของมิติในส่วนประกอบสำเร็จรูปลดลง

ปรากฏการณ์นี้เด่นชัดเป็นพิเศษในโลหะผสม-ที่มีความเข้มข้น โดยที่จลนพลศาสตร์ของการชราภาพจะเร่งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 400 องศา ต่างจากการควบคุมการชราภาพภายใต้สภาวะที่มีการตรวจสอบอย่างแม่นยำ การสัมผัสกับสารกัดกร่อน-จะเกิดขึ้นโดยไม่คำนึงถึงสภาพอุณหภูมิของโลหะผสม ทำให้เกิดความแปรปรวนในคุณสมบัติทางกลตลอดชุดการผลิต

การเปราะของไฮโดรเจนถือเป็นภัยคุกคามที่ร้ายกาจที่สุดในการประมวลผลโลหะผสมไทเทเนียม ไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียมจะดูดซับไฮโดรเจนจากสารละลายดอง อ่างทำความสะอาด และแม้แต่บรรยากาศที่อุณหภูมิสูงขึ้น

กลไกทำงานดังนี้:

ในระหว่างการดองด้วยกรด ส่วนประกอบ HF จะโจมตีพื้นผิวไทเทเนียม ทำให้เกิดอะตอมไฮโดรเจนเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยาการละลาย ส่วนหนึ่งของไฮโดรเจนอะตอมนี้จะแพร่กระจายเข้าไปในโครงตาข่ายไทเทเนียมแทนที่จะรวมตัวกันเป็นโมเลกุล H₂ แล้วหลบหนีไป

เมื่อดูดซึมแล้ว ไฮโดรเจนจะเข้าครอบครองตำแหน่งคั่นระหว่างหน้าใน -Ti lattice ที่ความเข้มข้นเกินขีดจำกัดความสามารถในการละลาย ไฮโดรเจนจะตกตะกอนเป็นเกล็ดเลือดไทเทเนียมไฮไดรด์ (TiHₓ) ที่เปราะตามแนวขอบเขตของเกรนและระนาบลื่น ไฮไดรด์เหล่านี้:

• ลดความเหนียวแตกหักและต้านทานความเมื่อยล้า
• ส่งเสริมการแตกร้าวตามขอบเกรนภายใต้ความเครียดแรงดึง
• เร่งการเติบโตของรอยร้าวใต้วิกฤตในสภาพแวดล้อมการบริการ

เกณฑ์การแตกตัวของไฮโดรเจนจะแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบของโลหะผสมและโครงสร้างจุลภาค แต่ความเข้มข้นที่ต่ำเพียง 150-200 ppm สามารถทำให้เกิดการย่อยสลายที่วัดได้ในคุณสมบัติทางกล

มีหลายปัจจัยที่ทำให้การเก็บไฮโดรเจนรุนแรงขึ้น-ในระหว่างการดอง:

1. ความเข้มข้นของ HF เกินระดับที่เหมาะสมเร่งปฏิกิริยาการละลายและสร้างอะตอมไฮโดรเจนมากเกินไป
2. อุณหภูมิอาบน้ำสูงกว่า 60 องศาเพิ่มการแพร่กระจายของไฮโดรเจนและจลนพลศาสตร์การดูดซึม
3. เนื้อหา HNO₃ ที่หมดไปลดผลกระทบที่จะจำกัดการซึมผ่านของไฮโดรเจน
4. ขยายเวลาการแช่ยืดอายุการสัมผัสไฮโดรเจน
5. การสะสมไอออนไทเทเนียมสูงกว่า 12 กรัม/ลิตรในอ่างอาบน้ำจะเปลี่ยนเคมีของสารละลายและส่งเสริมการดูดซึมไฮโดรเจน

สามารถป้องกันการดูดซึมไฮโดรเจนได้อย่างสมบูรณ์โดยการกำจัดการปนเปื้อนของเหล็กและนิกเกิลที่พื้นผิวในสารละลายกรดไนตริกก่อนการปรับสภาพตะกรัน การปรับสภาพล่วงหน้านี้จะขจัดผลกระทบจากการเชื่อมต่อแบบกัลวานิกที่เร่งการรับไฮโดรเจน-ในระหว่างการสัมผัสกับกรดในภายหลัง

การจัดการอุณหภูมิยังคงเป็นกลไกหลักในการป้องกันริ้วรอยก่อนวัย แม้ว่า 450 องศาจะแสดงถึงจุดปฏิบัติงานทั่วไป แต่ก็มีสูตรที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่อุณหภูมิต่ำกว่า-อยู่ ระบบ NaOH-NaNO₂ ที่ทำงานใกล้ 160 องศา (สารละลายที่เป็นน้ำเดือด) เสนอทางเลือกที่ช่วยลดความเสี่ยงในการเสื่อมสภาพในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพในการขจัดตะกรัน

 

การลดเวลาจะจำกัดการสัมผัสความร้อน ระยะเวลาการปรับสภาพควรเป็นค่าขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อให้เกิดการคลายตัวของตะกรัน-โดยทั่วไปแล้วกำหนดผ่านการทดสอบคูปองสำหรับ-เกรดและขนาด-โลหะผสมแต่ละโลหะผสม

 

โลหะผสม-โปรโตคอลเฉพาะคำนึงถึงความไวในการเสื่อมสภาพที่แตกต่างกัน. -โลหะผสมที่มีความเข้มข้นต้องการพารามิเตอร์เวลา-อุณหภูมิที่อนุรักษ์ไว้มากกว่าหรือใกล้- โลหะผสม

การรักษาอัตราส่วน HNO₃:HF ที่สูงกว่า 5:1 (ควรเป็น 10:1) ถือเป็นพารามิเตอร์ควบคุมที่สำคัญที่สุดเพียงตัวเดียวสำหรับการป้องกันการเกิดการเปราะของไฮโดรเจน ความเข้มข้นของกรดไนตริกจะต้องไม่ต่ำกว่าประมาณ 10% เนื่องจากเกณฑ์นี้ทำเครื่องหมายขอบเขตระหว่างการสร้างทู่ที่ปลอดภัยและการดูดซึมไฮโดรเจนแบบแอคทีฟ

 

ข้อจำกัดของอุณหภูมิที่ต่ำกว่า 60 องศาจะช่วยลดทั้งจลนพลศาสตร์การดูดซับไฮโดรเจนและอัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไป

 

การตรวจสอบอ่างประกอบด้วยการวิเคราะห์ความเข้มข้นของกรดและปริมาณไทเทเนียมที่ละลายอยู่เป็นประจำ จำเป็นต้องเปลี่ยนอ่างเมื่อความเข้มข้นของไทเทเนียมเกิน 12 กรัม/ลิตร

 

การล้างหลังการดอง-ด้วยน้ำร้อนตามด้วยน้ำเย็นและการทำให้แห้งแบบบังคับจะป้องกันการกัดกร่อนของกรดที่ตกค้างและลดการซึมของไฮโดรเจนระหว่างการจัดการในภายหลัง

 

ข้อจำกัดของกรอบเวลาจำเป็นต้องมีการดองด้วยกรดภายในหนึ่งชั่วโมงของการปรับสภาพด้วยสารกัดกร่อน เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันทุติยภูมิของพื้นผิวที่ถูกปรับสภาพ
 

การปรับสภาพโซดาไฟหลอมเหลวและกระบวนการดองกรดสองขั้นตอน-ยังคงเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการกำจัดตะกรันโลหะผสมไทเทเนียม ประสิทธิภาพของมันได้มาจากการเสริมการคลายตัวของตะกรันกัดกร่อนตามด้วยการละลายของกรด อย่างไรก็ตาม กระบวนการดังกล่าวทำให้เกิดความเสี่ยงด้านโลหะวิทยาที่สำคัญสองประการ-การแก่ก่อนวัยที่เพิ่มขึ้นจากการสัมผัสสารกัดกร่อน 450 องศา และการเปราะของไฮโดรเจนจากการดอง HF-HNO₃ ที่ไม่สามารถควบคุมได้

การใช้งานที่ประสบความสำเร็จจำเป็นต้องมีการควบคุมกระบวนการอย่างเข้มงวดสำหรับอุณหภูมิ เวลา และพารามิเตอร์ทางเคมีของสารละลาย อัตราส่วน HNO₃:HF ต้องเกิน 5:1 อย่างสม่ำเสมอเพื่อป้องกันการดูดซึมไฮโดรเจน ต้องลดอุณหภูมิและระยะเวลาของอ่างโซดาไฟให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงการตอบสนองต่อการเสื่อมสภาพโดยไม่ได้ตั้งใจ

สำหรับสภาพแวดล้อมการผลิตที่ประมวลผลเกรดโลหะผสมไทเทเนียมและรูปแบบผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย ข้อมูลจำเพาะของกระบวนการที่แตกต่างกัน-รวมกับ-การตรวจสอบกระบวนการและการวิเคราะห์การอาบน้ำเป็นประจำ-นำเสนอเส้นทางที่เชื่อถือได้มากที่สุดในการขจัดตะกรันอย่างสม่ำเสมอ โดยไม่กระทบต่อคุณสมบัติของวัสดุหรือความสมบูรณ์ของส่วนประกอบ

ติดต่อได้เลย