1Cr11NiMoV和1Cr12Ni3MoVN材料高溫熱處理氧化皮去除工藝分析

熱處理試片(表面有氧化物)

1Cr11NiMoV平板試片(試片厚度2mm)按如下工步熱處理;汽油清洗→空氣爐內淬火( 1050C保溫10min)→空氣爐內回火(650C保溫60min)不進行熱處理的試片(表面無氧化皮一-空白試片)

氧化物的主要特征

1Cr11NiMoV和1Cr12Ni3MoVN都屬馬氏體不銹鋼,在空氣爐內經過淬、回火后v表面生成一層氧化皮。其特點是氧化皮比較厚,分布在零件各處的厚薄和致密程度差異大。氧化皮的主要成分是:CrO3,NiO、FeO)等,還有少量的碳化物和氮化物，如;Cr.C、Ni,C、Fe,C,NigN.CrgN等。在酸液內酸洗時,生成的腐蝕產物發粘,大部分粘附在零件表面,用化學方法難以去除,必須要用毛刷或布塊刷洗才能清理干凈。

酸洗去除氧化皮原理

馬氏體不銹鋼的熱處理氧化皮成分復雜,所以用單一的酸一般難以除凈零件上的氧化皮v通常都采用混合酸來去除,主要通過如下反應來去除氧化皮:

經常出現的腐蝕缺陷

斑塊:采用HNO,+HF酸洗溶液來清除馬氏體不銹鋼的氧化皮時,會經常出現斑塊狀腐蝕缺陷,即零件經過酸洗后,表面氧化皮雖已除凈,而基體上卻出現大小、深淺不一的斑塊,凹凸不平。

麻坑:酸洗后基體表面出現腐蝕麻坑,有的麻坑深度很深,致使零件報廢。

零件壁厚減薄嚴重;有相當一部分零件為大型薄壁件,有的壁厚僅0.7mm,酸洗后零件壁摩減薄較多,嚴重影響零件的強度。

斑塊形成原因

由于分布在零件上的氧化皮厚薄不一致,致密程度也不--樣,酸洗時,薄而疏松的氧化物很快被除凈,于是,這個地方的基體受到了酸液的浸蝕;又因為HNO,+-HF溶液對基體腐蝕速度較大;所以,待其它地方既厚又致密的氧化皮被除凈時,受到酸液侵蝕的基體壁厚將會減薄較多,與其它表面形成了凹凸不平的斑塊,斑塊的大小和深淺程度與原有氧化皮的厚薄,致密程度﹑酸液對基體的腐蝕速度有關。

腐蝕麻坑的形成原因

馬氏體不銹鋼的氧化皮與酸發生反應后生成腐蝕產物粘度大,大部分都粘附在零件表面,于是,腐蝕產物與基體之間形成縫隙,縫隙內相對缺氧,使反應O＋2H,O)＋4c = 46H"進行緩慢,造成該處基體的負電荷數比相鄰其他多氧區的負電荷數多,由此產生了電位差并形成腐蝕電偶,電位負的區域作為陽極被溶解,待腐蝕產物被清除后,被它覆蓋的基體上就會出現麻坑,我們通常稱之氧濃差電池腐蝕。麻坑深淺程度跟基體和腐蝕產物之間的縫隙大小以及腐蝕產物是否及時清理有關。

零件壁厚減薄原因

由于HF+HNO,酸液對基體的腐蝕速度較大,當酸洗時間較長時,就會使零件壁厚減薄較多。

酸洗工藝

通過上述分析,可以認為:斑塊形成是因為零件上氧化皮疏密程度懸殊;麻點﹑麻坑現象是因為酸洗過程中腐蝕產物沒有及時清理,它與基體形成腐蝕電偶v造成電位腐蝕,基體作為陽極被溶解﹔基體減薄太多是因為酸液對基體腐蝕速度太快造成。針對上述故障形成的原因,我們認為如果在酸洗工藝中,采取某種辦法能杜絕故障形成的條件,就可以獲取穩定的酸洗質量。為此,我們采用了如下三條措施:(1)酸洗前,增加松皮工步,把致密的氧化皮變得疏松﹒使零件上致密的氧化皮變得易于去除,這樣,零件上各處的氧化皮去除速度可趨于均勻,從而,避免了斑塊的形成。(2)在酸洗過程中,及時清理零件上的腐蝕產物,阻斷腐蝕電偶的形成,也即阻斷了麻坑、麻點的發生。(3)增加預酸洗工步,預酸洗采用的酸液可以去除大部分氧化皮,而對基體侵蝕不大,這樣,不但大大縮短了最終酸洗的時間,而且還保證基體不會遭受過多的侵蝕,零件璧障尺寸就不會減小太多。

具體工藝選用試驗如下:

酸洗工藝流程的選用

無松皮工步的工藝流程:除油→洗滌→酸洗→洗滌→吹干。

有松皮工步的工藝流程:除油→松皮→洗滌→酸洗→洗滌→吹干。

酸洗結果比較(見表1)。

表明結果:經過松皮工步,使原有比較致密的氧化皮變得疏松,不但使酸洗時間縮短,更重要的是使零件上各處氧化皮去除速度趨近于均等,從而改善以往由于零件各處氧化皮去除速度不-一致造成部分基體過早被酸液侵蝕的危害。松皮的作用機理簡單地說,當帶有氧化皮的零件浸入--定溫度的帶有氧化劑的堿性溶液中浸泡時(如NaOH +KMnO或NaOH+NaNO3),零件上的氧化物會與溶液中的氧化劑發生反應,生成新的氧化物。在這個過程中,使原有氧化物的分子結構發生改變.氧化物發生松動,從而降低原有氧化物與基體的結合強度v有利于酸洗去除。

酸洗

經過松皮工步的試片分別在下述4種酸液中酸洗:

1#酸液:HF(40%)   15og/L

為了證實HF和 HNO,對基體的腐蝕程度,我們把空白試片分別浸入只含HF的溶液中和只含HNO:的溶液中,30min后,發現試片并未受到較大的腐蝕。但當兩種酸液混合后,試片的腐蝕速度立即加快,由此說明,馬氏體不銹鋼在HF和HNO,的混合溶液中會受到較大的腐蝕。

基體腐蝕速度試驗

根據上述試驗v我們刪除了不太理想的1#酸液和3#酸液,把空白試片分別放入2#、4#酸液中浸泡30min ,檢測試片減薄情況(平均值),結果如表3所示。

最佳工藝方法

上述試驗可以得到如下5點結論:

(1)經過松皮工步,可以大大縮短酸洗時間。(2) HCl和若丁溶液對基體損害不大,但是只能去除疏松的氧化物,對較致密的氧化物難以*除凈。

(3)在HF+HNO。的溶液中可以除凈氧化物,但零件在酸液中浸泡時間過長往往會在基體上出現斑塊和麻坑等腐蝕缺陷,而且酸液對基體的腐蝕速度也較大,造成零件璧厚減薄太多。

(4)酸洗過程中只要及時清除腐蝕產物就可以避免基體產生麻坑。

(5)綜合整個實驗數據,可以看出:采用聯合酸洗的方法來去除氧化皮,將會取得良好的成效。工藝流程如下:

除油→松皮→洗滌→在HCI加若丁溶液中酸洗(20~30)min→洗滌→在HF+HNO;溶液中酸洗(1～3)min→洗滌→吹干。若氧化皮沒除凈,零件表面狀態正常,可以重復上述工步。

近一年的生產現場實踐證明:采用這種酸洗工藝,零件上氧化皮可以全部除凈,且基體厚度減薄不多,零件表面狀態也較好,從而大幅度提高了酸洗質量。有時,零件上會存在十分頑固的氧化皮,繼續酸洗可能給零件帶來損害,此時可以用機械方法去除殘存的氧化皮,通常是用200目氧化鋁砂粒濕吹砂方法去除。