способ оксалатирования изделий из титановых сплавов

Формула изобретения

1. Способ оксалатирования изделий из титановых сплавов, включающий химическую обработку поверхности изделий в растворе для оксалатирования, отличающийся тем, что изделия предварительно активируют в растворе, содержащем, мл/л:

Фтористо-водородную кислоту - 50-100

Азотную кислоту - 400-600

при температуре 20-25^oС в течение 10-15 мин с последующей промывкой в холодной проточной воде, после чего подвергают двукратной обработке водным раствором щавелевой кислоты с концентрацией 10-16 г/л с удалением оксалатной пленки после каждой обработки путем промывки изделий в проточной воде при температуре 40-50^oС и последующей обработки в растворе для активирования, после этого изделия погружают в раствор для оксалатирования, содержащий, г/л:

Щавелевую кислоту - 10-16

Железо щавелевокислое закисное - 12-14

Двухромовокислый калий - 5-6

Натрий фтористый - 10-12

Натрий фтористый кислый - 10-12

обработку ведут при температуре 70-75^oС в течение 10-15 мин с последующей промывкой в проточной воде при температуре 40-50^oС и обработкой в мыльном растворе, после чего изделия сушат путем их обдува теплым воздухом при температуре 40-50^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку в мыльном растворе осуществляют при температуре 55-60^oС в течение 1,0-1,5 мин, при этом концентрация мыла в растворе составляет 8-10 вес.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической обработки металлических изделий путем нанесения защитных покрытий, в частности оксалатных, и может быть использовано в процессе изготовления высокопрочных изделий из двухфазных (+)-титановых сплавов.

Известен способ химической обработки поверхности металлических изделий в реакционном растворе для оксалатирования, содержащем щавелевую кислоту, оксалат железа (II), хлористый натрий, глицерин, в течение 15 минут при температуре 65^oС (описание к авт. св. СССР 411173, МПК, С 23 С 22/46, опубл. 15.01.74).

Недостатком известного способа является низкое качество технологической защитной пленки и отсутствие прочного сцепления с высокопрочными титановыми сплавами, в частности, с двухфазными (+)-титановыми сплавами, а также низкая работоспособность раствора.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ оксалатирования изделий из титановых сплавов, включающий химическую обработку поверхности изделий в оксалатирующем растворе, содержащем оксалатионы, ионы железа и окислитель (авт. св. СССР 239747, МПК, С 23 С 22/46, опубл. 18.03.69).

Известный способ предусматривает обработку подогретого до 800-1050^oС изделия в неподогреваемом растворе описанного выше состава в течение 2-3 минут.

К числу существенных недостатков известного способа относится низкое качество сцепления защитной пленки с высокопрочными титановыми сплавами со структурой (+), прутки или проволока которых имеет зеркальную поверхность с высокой чистотой обработки, что приводит к сползанию покрытия при пластическом деформировании заготовок и налипанию титановых сплавов на инструмент. Это приводит к появлению рисок и надиров на готовых изделиях и разрушению инструмента.

Заявляемое изобретение направлено на решение проблемы создания эластичных технологических пленок, предотвращающих схватывание титановых сплавов с инструментом при пластическом деформировании.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение качества химической обработки изделий из высокопрочных (+)-титановых сплавов с высокой чистотой поверхности за счет увеличения прочности сцепления защитной оксалатной пленки с поверхностью двухфазных (+)-титановых сплавов.

Отмеченный выше технический результат достигается способом оксалатирования изделий из титановых сплавов, включающем химическую обработку поверхности изделий в растворе для оксалатирования, в котором изделия предварительно активируют в растворе, содержащем, мл/л:

Фтористо-водородную кислоту - 50-100

Азотную кислоту - 400-600

при температуре 20-25^oС в течение 10-15 минут с последующей промывкой в холодной проточной воде, после чего подвергают двукратной обработке водным раствором щавелевой кислоты с концентрацией 10-16 г/л с удалением оксалатной пленки после каждой обработки путем промывки в проточной воде при температуре 40-50^oС и последующей обработки в растворе для активирования, после этого изделия погружают в раствор для оксалатирования, содержащий, г/л:

Щавелевую кислоту - 10-16

Железо щавелевокислое закисное - 12-14

Двухромовокислый калий - 5,0-6,0

Натрий фтористый - 10-12

Натрий фтористый кислый - 10-12

обработку ведут при температуре 70-75^oС в течение 10-15 минут с последующей промывкой в проточной воде при температуре 40-50^oС и обработкой в мыльном растворе. Кроме того, обработку в мыльном растворе осуществляют при температуре 55-60^oС в течение 1,0-1,5 минут, при этом концентрация мыла в растворе составляет 8-10 вес.%. После чего заготовки сушат путем их обдува теплым воздухом при температуре 40-50^oС.

Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем.

В результате проведенных исследований было установлено, что предварительное активирование обрабатываемых изделий (прутков или проволоки) из двухфазных (+)-титановых сплавов в растворе заявляемого состава при заявляемых условиях обработки, включая режимы промывки (для полного удаления травильного раствора) позволяет существенно улучшить качество сцепления защитной пленки с титановым сплавом за счет предварительной подготовки поверхности.

Опыты показали, что для получения качественной пленки на обрабатываемых прутках, имеющих зеркальную поверхность, проведение одной только операции активирования оказывается недостаточным. Поэтому решено было провести предварительное оксалатирование в растворе щавелевой кислоты, режимы которого установлены экспериментально. При этом указанную операцию, как показали исследования, целесообразно проводить дважды с удалением после каждого оксалатирования полученной оксалатной пленки в растворе, предназначенном для активирования.

Эксперименты показали, что в процессе удаления оксалатного покрытия в указанном растворе наблюдается сильное кипение раствора, при этом происходит активное разрыхление поверхностного слоя титановых сплавов, что позволяет значительно увеличить прочность сцепления защитной пленки.

Окончательное нанесение защитной оксалатной пленки производят в растворе заявляемого состава.

Концентрация щавелевой кислоты, железа щавелевокислого закисного, двухромовокислого калия определена экспериментально, исходя из обеспечения наилучшего качества защитного покрытия.

Установлено, что концентрация двухромовокислого калия, который используется как окислитель, не должна превышать 6,0 г/л, так как в этом случае может ухудшиться эластичность защитной пленки и привести к более быстрому срабатыванию раствора оксалатирования.

Получению качественного покрытия способствует введение в раствор активаторов - натрия фтористого и натрия фтористого кислого, которые приводят к понижению рН раствора. При концентрации фторидов ниже 10 г/л получаются несплошные пленки, а повышение более 12 г/л не изменяет качества пленки.

Заявляемые режимы оксалатирования (температура раствора 70-75^oС, время выдержки 10 мин) обеспечивают оптимальность процесса. Так, например, более высокие температуры оксалатирования приводят к разложению щавелевой кислоты.

Обработка в мыльном растворе в заявляемых условиях (концентрация мыла 8-10% при температуре раствора 55-60^oС, время выдержки 1-1,5 мин) существенно повышает качество защитного покрытия на поверхности обрабатываемых двухфазных +)-титановых сплавов. Мыло хорошо заполняет поры пористой оксалатной пленки и после сушки заготовок теплым воздухом при температуре 40-50^oС способствует уменьшению трения при пластическом деформировании, увеличивая стойкость инструмента. Указанные выше условия обработки подобраны опытным путем и являются оптимальными для улучшения стойкости оксалатного покрытия при больших степенях деформации.

Пример.

Прутки из титанового сплава ВТ16 4,0-12 мм предварительно активируют в растворе, содержащем, мл/л:

Фтористо-водородную кислоту - 50

Азотную кислоту - 400

Температура - 20^oС, время выдержки 15 минут. После активирования прутки тщательно промываются в холодной проточной воде до полного удаления травильного раствора.

Промытые прутки подвергают предварительному оксалатированию в растворе щавелевой кислоты (концентрация щавелевой кислоты - 10 г/л) в течение 1 минуты.

После промывки изделий в теплой проточной воде (при температуре 40^oС) производят удаление оксалатного покрытия в растворе для активирования, содержащем, мл/л:

Фтористо-водородную кислоту - 50

Азотную кислоту - 400

Время обработки - 1 минута. После этого производят повторное оксалатирование с последующей промывкой и удалением оксалатного покрытия по технологии, описанной выше. Прутки промывают в теплой проточной воде (при температуре 40^oС), после чего проводят окончательное нанесение защитной оксалатной пленки в растворе, содержащем, г/л:

Щавелевую кислоту - 10

Железо щавелевокислое закисное - 12

Двухромовокислый калий - 5,0

Натрий фтористый - 10

Натрий фтористый кислый - 10

Раствор приготавливают следующим образом. Приготавливают концентрированный раствор 1 путем растворения в воде при 45^oС щавелевой кислоты из расчета 24 г/л, после чего растворяют небольшими порциями предварительно растворенный в теплой воде двухромовокислый калий из расчета 5,5 г/л.

Затем приготавливают растворы натрия фтористого (раствор 2) и натрия фтористого кислого (раствор 3) в отдельных емкостях при температуре 60^oС до полного их растворения. После чего содержимое растворов 1, 2 и 3 переливают в чистую ванну, хорошо перемешивают, и ванну заполняют водой до установленного уровня, после чего рабочий раствор подогревают до температуры 75^oС.

Прутки монтируются на специальном приспособлении, чтобы контакт приспособления с изделием носил точечный характер.

Обработку ведут в течение 10 минут, после чего проводят промывку в проточной воде при температуре 40^oС и обработку в мыльном растворе с концентрацией мыла 10 вес.% при температуре раствора 55^oС в течение 1,5 минут. Обработанные прутки сушат путем обдува их теплым воздухом при температуре 40^oС.

Цвет получаемой оксалатной пленки от зеленого до темно-зеленого, структура - мелкокристаллическая, равномерная.

Качество полученного защитного покрытия (степень адгезии защитной пленки) было определено в ходе дальнейших исследований, в процессе которых из обработанных заявленным способом прутков были изготовлены методом двойного редуцирования стержня детали пробные изделия - болты.

Адгезия полученной оксалатной пленки и ее антифрикционные свойства оценивались по способности титанового прутка с нанесенным по заявленному способу оксалатному покрытию выдерживать холодную деформацию при высадке болтов, которая состоит из четырех стадий: 1) обжатие конуса; 2) первое редуцирование; 3) формование головки; 4) второе редуцирование. При прохождении всех четырех стадий высадки защитная пленка должна оставаться на поверхности металла и предохранять его от задиров.

Суммарная степень деформации (в процессе первого и второго редуцирования) исследуемых прутков с нанесенным по предлагаемому способу защитным покрытием составила 40%.

Контроль качества изготовленных болтов подтвердил отсутствие какого-либо сползания защитного покрытия в процессе холодного пластического деформирования или налипания титановых сплавов на инструмент. Тем самым экспериментально было подтверждено, что защитное оксалатное покрытие, нанесенное по заявляемому способу на сплав ВТ16 выдерживает двойное редуцирование при высадке болтов, при этом чистота поверхности полученной заготовки болтов позволяет проводить накатку резьбы без дополнительной механической обработки.

Таким образом, заявляемый способ успешно решает проблему химической обработки изделий из высокопрочных (+)-титановых сплавов с высокой чистотой поверхности, позволяя получать высококачественные плотные износостойкие защитные пленки на поверхности изделий, обеспечивающие отсутствие схватывания титанового сплава с инструментом при значительных контактных напряжениях.