1.Bsfondo
Negli ultimi anni, il trattamento superficiale delle piastre composite di acciaio al titanio si è concentrato principalmente sul processo di rettifica del substrato di acciaio, mentre ci sono pochi rapporti sul processo di trattamento superficiale dello strato composito di titanio. A causa delle proprietà fisiche e chimiche uniche del rivestimento in titanio, il titanio assorbe idrogeno a 200 gradi, ossigeno a 400 gradi e azoto a 600 gradi. Quando il processo di trattamento superficiale non viene scelto correttamente, fasi fragili come gli ossidi si generano facilmente sulla superficie del rivestimento in titanio durante la macinazione, con conseguente diminuzione della pulizia superficiale e un aumento significativo della durezza, che influisce sulla successiva qualità del legame tra il titanio e acciaio. Attualmente, il trattamento meccanico, il trattamento chimico, il trattamento laser e altri metodi vengono utilizzati principalmente per rimuovere il grasso superficiale e la pellicola di ossido del titanio e delle leghe di titanio, al fine di ottenere una superficie di rivestimento in titanio di elevata purezza. Il metodo di lavorazione meccanica utilizza principalmente macchine utensili, smerigliatrici, sabbiatura e altri metodi. Sebbene possa rimuovere efficacemente gli ossidi superficiali, è difficile e dispendioso in termini di tempo la lavorazione di rivestimenti in titanio con ampie aree di lavorazione e spessori sottili. I metodi di trattamento chimico includono il lavaggio acido, il lavaggio alcalino, il rivestimento chimico, ecc., che sono adatti per la pulizia di parti sottili ma lasciano strati di adsorbimento composti da liquidi e gas corrosi. Il trattamento laser viene spesso utilizzato come metodo di modifica della superficie per i materiali in titanio e il grado di pulizia è influenzato da fattori quali i parametri di potenza. Attualmente non è stato utilizzato per la produzione industriale su larga scala e sono necessarie ulteriori verifiche sperimentali. Pertanto, è necessario condurre ricerche approfondite sul processo di trattamento di pulizia della superficieSuperficie di rivestimento GR2 della piastra composita in acciaio al titanioin risposta ai punti chiave di cui sopra. Questo articolo esplora gli effetti di tre processi, sabbiatura, lavaggio acido e pulizia laser, sulla pulizia della superficie del titanio puro industriale GR2. In combinazione con la microstruttura superficiale e la microdurezza, viene proposto un ragionevole processo di trattamento superficiale del rivestimento in titanio, che ha un importante significato guida. per la produzione industriale di piastre composite laminate in acciaio al titanio
2. Materiali e metodi sperimentali
Questo articolo utilizza il titanio puro industriale GR2 come materiale sperimentale e la composizione misurata è mostrata nella Tabella 1
Per trattare la superficie della piastra industriale in titanio puro GR2 sono stati utilizzati tre processi, ovvero sabbiatura, lavaggio acido e pulizia laser. La morfologia macroscopica della superficie del GR2 dopo il trattamento è mostrata nella Figura 1. Durante la sabbiatura è stata utilizzata sabbia di quarzo da 400 mesh e durante il lavaggio acido una soluzione acida mista di (3 mlHF+37mlHNO3+60mlH2O) è stato utilizzato; La macchina per la pulizia laser HST-100 viene utilizzata per la pulizia laser, con una lunghezza d'onda centrale di 1064 nm, una potenza media di uscita massima di 100 W e una frequenza massima dell'impulso laser di 200 kHz. Tre diverse piastre di titanio industriale puro GR2 trattate in superficie sono state tagliate in campioni con dimensioni di 10 mm × 10 mm × 10 mm utilizzando il taglio a filo. La morfologia della superficie e la sezione longitudinale del campione senza trattamento superficiale sono state osservate utilizzando il microscopio metallografico (OM) e il microscopio elettronico a scansione (SEM), e la composizione della superficie è stata analizzata mediante spettroscopia a dispersione di energia (EDS). Utilizzare il durometro Vickers Qness 60 per analizzare la microdurezza superficiale della matrice GR2 e dei campioni dopo diversi trattamenti superficiali.
Fico.1 Morfologia superficiale macroscopica diSuperficie di rivestimento GR2 della piastra composita in acciaio al titanio
Risultati e discussione
2.1 Trattamento di sabbiatura
La morfologia superficiale della piastra in titanio puro industriale GR2 dopo il trattamento di sabbiatura è mostrata nella Figura 2 (a) e (b). Per determinare lo spessore dello strato di ossido, è stata osservata la morfologia della sezione longitudinale perpendicolare alla superficie del campione come mostrato nella Figura 2 (c) e l'analisi dello spettro energetico EDS è stata eseguita in diverse posizioni come mostrato nella Tabella 2. Sulla base dello Dall'analisi morfologica macroscopica nella Figura 1 (a), si è riscontrato che la superficie del GR2 dopo il trattamento di sabbiatura era irregolare, senza evidente lucentezza metallica e di colore grigio scuro. Attraverso l'osservazione della morfologia al SEM, si è riscontrato che la superficie del GR2 dopo la sabbiatura era scanalata, con particelle irregolari inglobate nella matrice, con una dimensione delle particelle di circa 30 μ o meno. L'analisi EDS nelle posizioni 1-4 sulla superficie ha rivelato la presenza di elementi O e Si significativi sulla superficie del GR2 dopo il trattamento di sabbiatura. Il contenuto di elementi O variava dal 6% al 10% in peso, mentre il contenuto di elementi Si era inferiore al 7% in peso. Tra questi, l'elemento O era una scaglia residua di ossido superficiale e l'elemento Si indicava che le particelle irregolari incorporate nella matrice erano causate dalla sabbia di quarzo sabbiata. In base all’analisi dello spettro energetico alle posizioni 2 (c) e 5, si può riscontrare che sulla superficie del campione è presente uno strato di ossido denso, ricco di Ti e Si, uniformemente distribuito, con uno spessore di circa 2 μ m, mentre non ci sono elementi O e Si evidenti nella posizione 6, il che è coerente con la composizione della matrice TA2. Questo fenomeno indica che la pulizia superficiale del GR2 dopo il trattamento di sabbiatura è scarsa, con scaglie residue di ossido e sabbia di quarzo, che non favoriscono la successiva laminazione e composizione del rivestimento in titanio e del substrato in acciaio.
Fig.2 Superficie di rivestimento GR2 della piastra composita in acciaio al titanio
2. 2 Trattamento di lavaggio acido
La morfologia superficiale e in sezione trasversale della piastra di titanio puro industriale GR2 dopo il trattamento di lavaggio acido è mostrata nella Figura 3. L'analisi dello spettro energetico EDS è stata eseguita in diverse posizioni, come mostrato in fig. 3
Fig.3Morfologia superficiale e di sezione del GR2 dopo il trattamento di decapaggio
I risultati hanno mostrato che la pulizia superficiale del GR2 era significativamente migliorata dopo il trattamento di lavaggio acido rispetto al trattamento di sabbiatura, e le incrostazioni di ossido superficiale erano state quasi completamente rimosse. Il contenuto di elementi O era solo inferiore al 3% in peso. La morfologia della sezione trasversale nella Figura 3 (c) è in netto contrasto con il trattamento di sabbiatura e non è presente uno strato di ossido evidente sulla superficie di TA2 dopo il lavaggio acido. Tuttavia, dopo il trattamento di lavaggio acido, GR2 ha reagito fortemente con la soluzione acida mista, provocando cavità di corrosione distribuite irregolarmente sulla superficie del campione, come mostrato nella Figura 3 (b)
Dopo l'osservazione ingrandita della fossa concava, si è scoperto che una grande quantità di particelle fini e sconosciute di inclusione erano adsorbite all'interno della fossa corrosa, il che costituirebbe un pericolo nascosto per la successiva laminazione e composizione di titanio e acciaio. Per risolvere questo problema, dopo aver decapato il rivestimento di titanio, è necessario pulire la superficie del materiale di titanio con soluzioni detergenti come acetone o etanolo anidro. La morfologia superficiale del GR2 prima e dopo la pulizia è mostrata nella Figura 4. I risultati indicano che i solventi organici come l'acetone possono rimuovere efficacemente le inclusioni fini adsorbite nelle cavità di corrosione lavate con acido e questo metodo è un processo di trattamento superficiale ragionevole per piastre composite di acciaio al titanio con rivestimento in titanio.
3. Cinclusione
(1) Dopo il trattamento di sabbiatura, la superficie del GR2 viene rigata con ossidi residui e sabbia di quarzo. Il contenuto di elemento O è compreso tra il 6% e il 10% in peso e lo spessore dello strato di ossido è di circa 2 μm. La microdurezza superficiale è di circa 290 HV.
(2) Dopo il trattamento di lavaggio acido, la scaglia di ossido sulla superficie del GR2 viene completamente rimossa e le inclusioni fini vengono adsorbite nelle fosse di corrosione locali. L'acetone deve essere utilizzato per un'ulteriore pulizia. La microdurezza superficiale è vicina al substrato GR2, che è di circa 220 HV, rendendolo un processo ragionevole di trattamento superficiale del rivestimento in titanio.
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