D01:10.133741.ism100103x.2009.0L.008 第31卷第1期 北京科技大学学报 Vol.31 No.I 2009年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2009 钛合金的环保电化学抛光工艺 于美 徐永振李松梅易俊兰吴国龙刘建华 北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要针对航空用钛合金开发了一种不采用氢氟酸、甲醇，铬酐类等有毒物质的低毒、无刺激、环保型电化学抛光工艺，并 采用光学显微镜、原子力显微镜等方法对电化学抛光后的钛合金表面形貌进行研究.该工艺所用溶液由无水乙醇、乳酸、高氯 酸和高氯酸钠组成，将T一I0一2F一3A1钛合金在直流电源恒电流模式下电化学抛光，可以通过改变抛光时间、电流密度和高 氯酸浓度等参数控制腐蚀深度.分别在体积分数为5%，10%和15%的三种高氯酸溶液中和在20,25和30A·dm-2三个电流 密度下进行电化学抛光.抛光后的钛合金表面形貌观察结果表明：在高氯酸含量较低(5%)的溶液中以20A·d~2电流密度 抛光可以取得较理想的效果. 关键词钛合金：电化学抛光：高氯酸：电流密度 分类号TG146.23 Environment-friendly electropolishing of titanium alloys YU Mei.XU Yong-zhen.LI Song-mei.YI Jun-lan,WU Guo-long.LIU Jian-hua School of materials science and engineering,Beihang University.Beijng 100083,China ABSTRACT The titanium alloy surface w as polished in a recently self-developed electroly te.The morphology of the polished alloy surface was characterized by optical microsoopy (OM)and atomic force microscopy (A FM).The electrolyte was made of aloohol lac- tic acid,perchloric acid and sodium perchlorate instead of those poisonous compositions such as hydrofluoric acid,methanol and chro- mate.The alloy surface was polished in the solutions containing perchloric acid of 5%.10%and 15%in volume fraction at different current densities of 20.25 and 30A'dm.respectively.The corrosion rate was estimated by using weight loss me thod.The thick- ness of the removed surface layer was dependent upon polishing time.current density and the concentration of perchloric acid.It wa show n that the 5%perchloric acid and 20A'dm2 current density were good to electropolishing of the titanium alloy. KEY WORDS titanium alloy:electropolishing:perchloric acid;current density 钛及钛合金是一种十分重要的结构材料，因其 醚类等易挥发、强刺激性且对人体有毒性的化学溶 具有密度小、比强度高及优异的耐蚀性等优点在医 剂.这两种抛光工艺对环境保护、人体健康都 用人工关节制造、航空航天工业等行业中获得越来 是十分不利的. 越广泛的应用.虽然如此.钛合金在应用中却存在 基于以上原因，无论是实验室还是工厂中都迫 黏着磨损、微动腐蚀和电偶腐蚀敏感性等缺点.因 切需要开发一种低毒、无刺激性的钛合金抛光工艺， 此，通常在钛合金的应用中需要对其进行表面处理， 本实验室近年来一直关注钛合金在服役过程中的腐 目前应用比较广泛的是抛光工艺.常用的抛光工艺 蚀与防护问题9.本文针对航空用Ti-10V-2Fe- 分两类：(1)化学抛光：多采用氢氟酸、酰胺类物质和 3A1钛合金开发了一种高氯酸含量低，以乙醇、乳酸 铬酐类物质一)，这些物质是致癌的强毒性物质，严 及添加剂代替氢氟酸、酰胺类物质、铬酐和冰醋酸等 重损害人体健康，尤其是氢氟酸还容易挥发，腐蚀厂 有毒物质的低毒、无刺激性环保电化学抛光技术 房设备：(2)电化学抛光中大量采用甲醇、冰醋酸和 该技术大大降低了因使用有毒物质而发生中毒事故 收稿日期：2007-12-23 作者简介：于美(1981一)，女，讲师，博士：刘建华(1957一)，男.教授博士生导师，E-maik lujh@hum.du.m钛合金的环保电化学抛光工艺 于 美 徐永振 李松梅 易俊兰 吴国龙 刘建华 北京航空航天大学材料科学与工程学院, 北京 100083 摘 要 针对航空用钛合金开发了一种不采用氢氟酸、甲醇、铬酐类等有毒物质的低毒、无刺激、环保型电化学抛光工艺, 并 采用光学显微镜、原子力显微镜等方法对电化学抛光后的钛合金表面形貌进行研究.该工艺所用溶液由无水乙醇、乳酸、高氯 酸和高氯酸钠组成, 将 Ti-10V-2Fe-3Al 钛合金在直流电源恒电流模式下电化学抛光, 可以通过改变抛光时间、电流密度和高 氯酸浓度等参数控制腐蚀深度.分别在体积分数为5 %, 10 %和 15 %的三种高氯酸溶液中和在20, 25 和30A·dm -2三个电流 密度下进行电化学抛光.抛光后的钛合金表面形貌观察结果表明:在高氯酸含量较低( 5%) 的溶液中以 20 A·dm -2电流密度 抛光可以取得较理想的效果. 关键词 钛合金;电化学抛光;高氯酸;电流密度 分类号 TG146.2 +3 Environment-friendly electropolishing of titanium alloys YU Mei, X U Yong-zhen , LI Song-mei , YI Jun-lan, WU Guo-long , LIU Jian-hua S chool of materials science and engineering, Beihang University, Beijing 100083, China ABSTRACT The titanium alloy surface w as polished in a recently self-developed electroly te.The morphology of the polished alloy surface w as characterized by optical microscopy ( OM) and atomic force microscopy ( AFM) .The electroly te w as made of alco hol, lac￾tic acid, perchloric acid and sodium perchlorate instead of those poisonous compositio ns such as hydrofluo ric acid, methanol and chro￾mate.The alloy surface was po lished in the solutions containing perchloric acid of 5%, 10 %and 15 %in volume fractio n at different current densities of 20, 25 and 30 A·dm -2 , respectively .The corrosio n rate w as estimated by using weight loss me thod.The thick￾ness of the removed surface layer was dependent upon polishing time, current density and the co ncentration o f perchloric acid .It w as show n that the 5 % perchlo ric acid and 20A·dm 2 current density were good to electropolishing o f the titanium alloy. KEY WORDS titanium alloy ;electropolishing ;perchloric acid ;current density 收稿日期:2007-12-23 作者简介:于 美( 1981—) , 女, 讲师, 博士;刘建华( 1957—) , 男, 教授, 博士生导师, E-mail:liujh@buaa .edu.cn 钛及钛合金是一种十分重要的结构材料, 因其 具有密度小 、比强度高及优异的耐蚀性等优点在医 用人工关节制造 、航空航天工业等行业中获得越来 越广泛的应用.虽然如此, 钛合金在应用中却存在 黏着磨损、微动腐蚀和电偶腐蚀敏感性等缺点.因 此, 通常在钛合金的应用中需要对其进行表面处理, 目前应用比较广泛的是抛光工艺 .常用的抛光工艺 分两类:( 1) 化学抛光 :多采用氢氟酸、酰胺类物质和 铬酐类物质[ 1-3] , 这些物质是致癌的强毒性物质, 严 重损害人体健康, 尤其是氢氟酸还容易挥发, 腐蚀厂 房设备 ;( 2) 电化学抛光中大量采用甲醇、冰醋酸和 醚类等易挥发 、强刺激性且对人体有毒性的化学溶 剂[ 4-6] .这两种抛光工艺对环境保护、人体健康都 是十分不利的. 基于以上原因, 无论是实验室还是工厂中都迫 切需要开发一种低毒、无刺激性的钛合金抛光工艺. 本实验室近年来一直关注钛合金在服役过程中的腐 蚀与防护问题[ 7-9] .本文针对航空用 Ti-10V -2Fe- 3Al 钛合金开发了一种高氯酸含量低, 以乙醇 、乳酸 及添加剂代替氢氟酸、酰胺类物质、铬酐和冰醋酸等 有毒物质的低毒 、无刺激性环保电化学抛光技术. 该技术大大降低了因使用有毒物质而发生中毒事故 第 31 卷 第 1 期 2009 年 1 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.1 Jan.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.01.008