不同电解液中钛合金电解等离子体抛光的对比分析

1、不同电解液中钛合金电解等离子体抛光的比照分析贺春影， 唐金凤， 陈述， 王立世，卜智翔， 陈明慧， 耿阳，孙力，中国航天科工集团第四研究院 红阳机电，湖北 孝感 ；中国航天科工集团第四研究院，北京 ；湖北工业大学 机械工程学院，湖北 武汉 ；湖北工业大学 绿色轻工材料湖北省重点实验室，湖北 武汉 摘 要： 利用粗糙度仪、激光发射率测试仪、光学及电子显微镜等设备，对不同电解液体系中得到的钛合金试样外表的粗糙度及形貌进行了分析结果说明：配方 电解液体系中得到的试样外表最为平 整、镜面效果最好；配方、 处理得到的膜层外表粗糙度也有较大的改善关键词： 钛合金；电解等离子体抛光；电解液；外表粗糙度中图分

2、类号： 文献标志码： 文章编号： 把电解液组分分为六类与电解等离子体氧化要求不同，等离 子 体 电解抛光要 求 所 形 成 的 膜 层 要 能 够 溶 解 和 易 于 剥 落，因而在配方的设计上要到达两个目标：处 理初始阶段要能够快速钝化并击穿，进入放电等 离子体状态；钝化击穿后所形成的膜层要在电 解液及电解附近的化学、电化学及热化学等作用 下疏松化并快速溶解及剥落与其他金属相比，因 钛与氧的亲和性极强，钛及其合金的抛光显得尤 为困难目前工业界对于钛的抛光后外表粗糙度 的改善一般在 以下，比方 、 ， 等 有 代 表 性 公 司 的 钛合金抛光工艺本文尝试用 方法对钛合金进行抛光，设 计不同的

3、电解液配方，探讨不同组分对抛光效果的影响研究成果可为钛合金电解等离子体抛光 技术在飞机、导弹、生物医学等领域的应用提供试验根底前言电解等离子体抛光，是一种于水基电解 液 中 高 电 压 作 用下，在工件外表产生等离子体放电而到达清洗或抛光而开发的电化学外表处理技术处理过程中 将工件浸入一定温度的电解液中，并对其施加一 定波形的电压后，在适当的工艺条件下，工件外表 与电解液毗邻处会产生稳定的蒸汽气体层 厚度，使工件外表和电解液相隔离，当电 压升至足 够 高 后 通 常 ，汽 层 击 穿电场强度 可 达 ，形 成 放 电 等 离子体 接 触 辉 光 放 电 电 解， ，该 技 术 具 有 可 处

4、理 外形复杂的工件以及环保的电解液通常是质量百分 浓 度 为 无 机 盐 的 水 基 溶 液 等 优点 过程中电 极 外表 附近的击穿放电是一 个电、光、热和力的相对复杂过程，涉及基体、电解液、溶剂和槽中其他组分之间的化学、电化学、等离子体化学和物理冶金等多类反响其中，配制电 解液的无机盐种类及其浓度是产生适宜微放电的 关键 所 在在 研 究 等离子体 电解氧化的过程中，实验实验材料本实验抛光处理的基体材料为钛合 金 板，厚收稿日期：作者简介：贺春影，女，吉林伊通人，高级工程师，主要从事有色合金外表处理技术开发与管理方面研究通信 王立世，男，河南开封 人，副 教 授，主要从事电化学外表改性及轻

5、合金外表处理方面研究：· ·第 期贺春影，等： 不同电解液中钛合金电解等离子体抛光的比照分析度为 试样采用剪床取样，去离子水清洗后枯燥待用测试方法粗糙度采用 手持式粗糙度仪进 行 测 量；光泽度采用激光反射率的方法进行测量；外表 特征采用光学及扫描电镜方法进行等离子体电解抛光处理处理用电源功率为 ，根据工艺需要可 输出直流、双脉冲交流，频率可达 ，占空 比 可调电抛光槽材料为 塑料，对 电极为不锈钢板，待处理钛合金件为工作电极等 离子体电 解 液 采 用经过前期大量筛选的四种配 方，质量百分浓度为 ，电解液体积为 电解液的加热及温度控制 及工件的自动升降系统均为自行设计和制

6、备四种电解液配方的处理结果 配方抛光前后的粗糙度变化情况如表 所 示由 表中的数据可以看出，抛光后的局部的外表粗糙度一般位于 以下表 配方 条件下试样处理前后的外表粗糙度变化 抛光前均值：均值：均值：均值：组抛光后抛光前均值：均值：均值：均值：组抛光后抛光后的外表形貌情况如图 所示图 配方 条件下抛光前后的试样外表的显微形貌比照，为抛光前外表不同位置形貌，为抛光后的外表形貌 ，· ·云南师范大学学报自然科学版第 卷 配方抛光前后的粗糙度变化情况如表 所 示配方 条件下抛光后的外表形貌情况如图 所示表 表 配方 条件下试样处理前后的外表粗糙度变化 抛光前均值：均值：组抛光后均

7、值：均值：抛光前组抛光后均值：均值：图 配方 条件下抛光前后的试样外表的显微形貌比照，为抛光前外表不同位置形貌，为抛光后的外表形貌 ，方 条件下抛光后的外表形貌情况如图 所示配方抛光前后的粗糙度变化情况如表 所 示配表 配方 条件下试样处理前后的外表粗糙度变化 抛光前均值：均值：组抛光后均值：均值：抛光前均值：组抛光后均值：均值：· ·第 期贺春影，等： 不同电解液中钛合金电解等离子体抛光的比照分析图 配方 条件下抛光前后的试样外表的显微形貌比照，为抛光前外表不同位置形貌， ， ， 配方配方 条件下处理的钛合金试样外表取得了 较好的镜面效果，而且对铸件、焊接件的适应性良好，

8、均可以到达明显的镜面抛光效果处理后试样的镜面情况如图 所示，映照的字迹清晰可见图 配方 条件下抛光后的试样外表宏观形貌，为平试片，为小弧度试样 ，· ·云南师范大学学报自然科学版第 卷激光反射率的测试结果如表 所示，其中的 号和 号试样是一定曲率的 弯 曲 样，对 反 射 效 果有较大的影 响， 号 样 为 平 板 样，处 理 后 激 光反射率可达 配方 条件下抛光后的外表形貌情况如图 所示表 配方 条件下处理后外表粗糙度及激光反射率 反射光强功率反射类别平面反射镜 试样粗糙度 ：， 试样粗糙度 ：， 试样粗糙度 ：， 图 配方 条件下抛光后的试样外表显微形貌 比例关系的阳

9、极电流脉冲有密切联系，这使得可讨论以通过改变阴极电流的幅 值 而 控 制 处 理 的状态阴极电流的存在可以调整近膜层外表的离 子密度和种类、产生的气体量，而这种环境中有利于微放电的产生另外，阴极电流可以使生长的氧 化物膜层转向可溶性的化合物，这也许是阴极电流强烈影响微放电的另外一个原因在试验过程中，尝试参加了负脉冲，一方面改 善放电的形式，另一方面改变所形成阳极氧化膜 内外表的形态，即膜层与基体界面的平整度钛合金外表初始阳极氧化膜层的形成在初始阶段，钛试样外表形成均一、覆盖良好 的薄的阳极氧化膜，一般经历了以下几个阶段：钛离子溶解并进入电解液 阳极外表氧的析出 在阳极外表形成钝化膜所形成的膜层

10、剥落的难易程度试验过程中，试样外表的氧化层通过 超 声 波 清洗予以去除配方 电解液中所形成的膜层疏 松，可 轻 易 地 剥 离 和 去 除，露出钛基体的 镜 面 钝化膜的形成和气体析出为微放电的出现创造了条件微放电的数量和强度，与和阴极电流成· ·第 期贺春影，等：不同电解液中钛合金电解等离子体抛光的比照分析光泽溶解的结果电解液组分的作用 处理过程中，不同配方电解液的作用体 现在膜层截面存在分层现象，即可分为外部层和 内部层根据之前系列、详细的研究，发现外部层 的形成对应于噪声火花放电，而内部层的形成与 软火花放电的出现有重要的联系另外，膜层的成 分也存在分层现象，即电解

11、液中 的电解质元素在外部，而内部层只有基体元素和 氧的存在出现这种现象的原因可能是：外部层的 形成是噪声火花条件下电解质元素向内部而基体 元素向外扩散过程；而内部层的形成主要源于软 火花的热效应，即软火花放电的热效应造成了外 部层基体界面区的快速、离散式氧化与 只 经 历 噪声火花放电所形成的膜层相比，这些离散点氧 化的综合作用，促成了经历软火花放电膜层厚度 的高度均一性膜层基体界面相对一致，它可能 是配方 电解液抛光效果最好的原因参 考 文 献：王季金属外表电解质等离子抛光及其工艺的研究哈尔滨：哈尔滨工业大学，张笃飞电解质 等离子加工技术中电解液作用的 研究哈尔滨：哈尔滨工业大学，陈宁英电浆抛光生产工艺：中 国，陈宁 英一 种 具有升降装置的电浆抛光机：中 国， ， ， ，： ， ，： ：， ， ， ， ，：