含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层化学酸洗液和应用

摘要

本发明涉及一种含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层的化学酸洗液和应用，属于高温合金化学法去除氧化层的工艺领域。该酸洗液的组成为：300～400g/L盐酸、400～450g/L硝酸和100～150g/L过氧化氢，其余为水。针对镍基、铁基和钴基中含Cr和Al元素的高温合金工件，采用特定浓度的盐酸、硝酸和过氧化氢的协同作用去除表面氧化层，各成份作用机理如下：盐酸和硝酸作为基础反应体与高温合金表面氧化物作用，过氧化氢作为催化剂加速反应的发生。本发明酸洗效果明显，效率高，处理后的高温合金表面光亮、均匀；本发明酸洗液在配比过程中放热低，无易燃、致敏和爆炸性反应物生成，安全性高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层的化学酸洗液和应 用，属于高温合金化学法去除氧化层的工艺领域。

背景技术

在镍基、铁基和钴基高温合金中，为了提高合金的抗氧化和抗腐蚀性能，往 往在合金中加入一定量的Cr元素，以形成粘附性好、致密的Cr₂O₃型氧化膜。同 时，合金的固溶和沉淀强化元素Ni、Al等也会形成NiO、Al₂O₃氧化膜。复杂的 合金元素使得高温合金氧化膜具有多层、复相的特点，外层以Cr₂O₃为主，内层 以Al₂O₃为主。虽然这使得高温合金件的抗氧化及抗腐蚀性能大大提高，但是也 给热成形和热处理后、焊接件焊前等去除氧化层带来困难。目前，主要采用的去 除氧化层方法有：机械喷丸法、手工去膜法和化学法。机械喷丸法虽然能快速去 除氧化层，但是同时会大大提高合金表面的粗糙度。针对具有复杂型面的工件， 因其对喷丸工艺参数要求高而使其氧化层去除效果大大降低。而采用手工去膜法， 则难以做到均匀化，工件的精度也会因此受到影响。目前，工业采用比较多的是 化学法，所使用的酸洗液组分为：硝酸+氢氟酸+水或硝酸+氢氟酸+硫酸+水等。 中国发明专利申请(公开号CN103934304A)提到，采用硝酸+氢氟酸+水按质量 比0.5:2:7.5混合得到的酸洗液对高温合金处理。中国发明专利申请(公开号 CN103590057A)提出采用硝酸(190g/L-280g/L)+氢氟酸(10g/L-45g/L)+盐酸 (10g/L-45g/L)+六次甲基四胺(1g/L-4g/L)+水，在20℃-70℃酸洗，处理时间 在2.5小时-10小时。

综上所述，在酸洗过程中，根据酸洗效果来确定处理条件包括温度和时间， 一般效率较低、成本较高。如在制备酸洗液尤其是使用硫酸时，存在大量放热的 危险，使用六次甲基四胺增加易燃、致敏和反应物具有爆炸性的危险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层的化学 酸洗液和应用，可以高效、低成本、低危险性的去除高温合金表面氧化层。

本发明的技术方案是：

一种含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层化学酸洗液，该酸洗液的组成 为：300～400g/L盐酸、400～450g/L硝酸和100～150g/L过氧化氢，其余为水。

所述的含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层化学酸洗液，酸洗液的优选 组成为：350g/L盐酸、410g/L硝酸和130g/L过氧化氢，其余为水。

所述的含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层化学酸洗液的应用，具体步 骤如下：

(1)工件的预处理

用酒精或丙酮超声清洗工件表面的油渍及其他污染物；

(2)酸洗液配制

采用浓度300～400g/L盐酸、400～450g/L硝酸和100～150g/L过氧化氢，其 余为水，依次倒入干净的容器中，酸洗液最小体积满足能够将工件完全浸入即可；

(3)温度的控制

将装酸洗液的容器浸入恒温槽中，恒温槽采用水、冰水混合物或液氮制冷剂 循环进行冷却，保证酸洗液在酸洗过程中温度低于30℃，避免剧烈反应；

(4)酸洗过程

在随时监测酸洗液温度的变化的条件下，采用塑料夹具夹持工件，放入酸洗 液中不断振动清洗；

(5)工件的清洗

酸洗结束后，快速将工件移至装有酒精或丙酮的容器中进行超声清洗，洗毕 吹干即可。

所述的含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层化学酸洗液的应用，在条件 允许的情况下，使用塑料刷处理工件表面。

所述的含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层化学酸洗液的应用，容器浸 入通循环水冷却的恒温槽中，保证酸洗液在酸洗过程中温度优选为5℃～20℃， 在酸洗液中振动清洗5～30分钟。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明酸洗效果明显，效率高，处理后的高温合金表面光亮、均匀；

2、本发明酸洗液在配比过程中放热低，无易燃、致敏和爆炸性反应物生成， 安全性高。

3、本发明适用于镍基、铁基和钴基中含Cr和Al元素的高温合金工件。

附图说明

图1为采用本发明酸洗后的试片示意图。

具体实施方式

针对镍基、铁基和钴基中含Cr和Al元素的高温合金工件，采用特定浓度的 盐酸、硝酸和过氧化氢的协同作用去除表面氧化层，各成份作用机理如下：盐酸 和硝酸作为基础反应体与高温合金表面氧化物作用，过氧化氢作为催化剂加速反 应的发生。

本发明含Cr和Al元素高温合金去除表面氧化层的化学酸洗液的使用过程如 下：

(1)工件的预处理

用酒精或丙酮超声清洗工件表面的油渍及其他污染物。

(2)酸洗液配制

采用浓度300～400g/L盐酸、400～450g/L硝酸和100～150g/L过氧化氢，其 余为水，依次倒入干净的容器中，酸洗液最小体积只要满足能够将工件完全浸入 即可。

(3)温度的控制

将装酸洗液的容器浸入恒温槽中，恒温槽采用水、冰水混合物或液氮等制冷 剂循环进行冷却，保证酸洗液在酸洗过程中温度低于30℃，避免剧烈反应。

(4)酸洗过程

在随时监测酸洗液温度的变化的条件下，采用塑料夹具夹持工件，放入酸洗 液中不断振动清洗；条件允许的情况下可以使用塑料刷处理工件表面，加快酸洗 过程，进一步提高酸洗效率。

(5)工件的清洗

酸洗结束后，快速将工件移至装有酒精或丙酮的容器中进行超声清洗，洗毕 吹干即可。

下面通过实施例和附图对本发明进一步详细说明。

实施例

如图1所示，镍基高温合金IN 718热处理试片表面有氧化层，本实施例对镍 基高温合金IN 718热处理试片的酸洗。

采用塑料夹具，将980℃下固溶10小时后的IN 718合金试片直接放入装酸 洗液的容器中进行酸洗。酸洗液组成为：浓度350g/L盐酸、410g/L硝酸和130g/L 过氧化氢，其余为水。容器浸入通循环水冷却的恒温槽中，保证酸洗液在酸洗过 程中温度低于30℃(一般为5℃～20℃)，在酸洗液中振动清洗10分钟。结束后， 快速将试片移至装有浓度为99wt％乙醇溶液中进行超声清洗3分钟，洗毕吹干即 可。

如图1所示，与原始坯料相比，酸洗后试片表面氧化层完全去除，表面光亮 均匀。

实施例结果表明，与现有技术中酸洗液组分：“①硝酸+氢氟酸+水、②硝酸+ 氢氟酸+硫酸+水、③硝酸+氢氟酸+盐酸+六次甲基四胺+水”相比，采用本发明特 定浓度的盐酸、硝酸和过氧化氢，过氧化氢作为催化剂加速反应的发生，其技术 特点和好处是：

1、本发明酸洗反应速度快，效率高；

2、本发明酸洗效果明显，处理后的高温合金表面光亮、均匀；

3、本发明酸洗过程温度较低且可控，工作环境友好；

4、本发明酸洗液在配比过程中放热低，无易燃、致敏和爆炸性反应物生成， 安全性高。