一種鈹材化學鈍化處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈹材化學鈍化處理方法，屬于鈹材表面處理【技術領域】。1）將機械加工后的鈹材表面用機溶劑擦拭；2）將步驟1）用有機溶劑擦拭后的鈹材用吹風機吹干其表面的有機溶劑；3）將步驟2）得到的鈹材用酒精溶液進行超聲清洗；4）鈹材表面化學除油；5）鈹材表面弱浸蝕；6）鈹材表面鈍化處理：將弱浸蝕完成的鈹材零件浸入到鈍化溶液中，進行鈍化處理；鈍化時間為10～20min，鈍化操作的溫度為35～45℃。本發(fā)明工藝組成簡單，可操作性強，可用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種鈹材化學鈍化處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈹材化學鈍化處理方法，屬于鈹材表面處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]鈹在熱力學上屬于很不穩(wěn)定的金屬，在室溫條件下暴露可形成一層極薄的氧化膜，這層氧化膜的厚度大約10nm。鈹?shù)难趸ひ话闶怯蓛蓪咏M成，內(nèi)層氧化膜是靠近金屬表面的非晶態(tài)的緊密無孔層(也稱阻擋層)，以及比內(nèi)層稍厚的疏松外層。內(nèi)層氧化膜壓縮在鈹材表面，能夠形成致密的保護膜，抑制輕微腐蝕，所以在室溫干燥大氣環(huán)境下，鈹材的抗腐蝕性很好。但是，鈹在潮濕的大氣環(huán)境中容易受到腐蝕，因為其氧化膜比較薄，并不具備較強的防腐性能。此時，鈹材的腐蝕可認為是水腐蝕的延伸，大氣中的濕氣或者冷凝水汽提供電解液，導致具有氧化膜局部缺陷區(qū)域的鈹與其它雜質(zhì)形成微型原電池，發(fā)生電化學腐蝕，導致金屬鈹?shù)娜芙夂透g。同時，鈹材是微合金，晶界上彌散分布著Be2C析出相(C含量通常在0.15%)。在濕氣環(huán)境下，Be2C析出相會緩慢反應，轉(zhuǎn)變成BeO和CH4。由于Be2C—般分布在晶界上，Be2C會被迅速氧化，使得鈹材沿晶界腐蝕，從而觸發(fā)鈹材的失效機制。
[0003]鈹材是活潑的金屬粉末合金材料，在大氣中，其表面形成一層很薄的自然氧化膜。在室溫干燥大氣環(huán)境下，其抗腐蝕性很好，但在潮濕大氣環(huán)境下，抗腐蝕性能差。為了滿足鈹材結(jié)構(gòu)零件對防腐蝕性能的要求，需要對鈹材結(jié)構(gòu)件進行表面處理。鈹材表面處理的目的是:鈹材經(jīng)過防腐處理，使其腐蝕電極電位處于BeO鈍化區(qū)，并且生成一層較厚的BeO膜層，阻止鈹?shù)幕瘜W腐蝕和電化學腐蝕的發(fā)生。
[0004]鈍化處理就是利用金屬表面與化學介質(zhì)溶液間的化學反應生成不溶解的無機鹽表面膜層，以提高耐蝕性。鈹材化學鈍化處理是最常用的表面處理工藝方法，可以使鈹材表面形成一層有防腐功能的化學鈍化膜，提高其耐腐蝕性能。關于鈹材的鈍化，國外有關資料介紹采用濃硝酸鈍化，鈍化后在鈹?shù)谋砻嫔闲纬蔁o色的氧化鈹，其抗蝕性能可提高4倍以上，但形成的膜層一致性差，耐腐蝕程度不一致，除此之外，鈍化過程采用濃硝酸操作危險性大，一般的清洗難以清洗掉零件盲孔內(nèi)殘留的硝酸，這對零件將產(chǎn)生腐蝕作用，因此對產(chǎn)品采用硝酸鈍化不是最佳的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種鈹材化學鈍化處理方法，該方法針對鈹材零件，滿足產(chǎn)品耐腐蝕性能的需要，該方法工藝簡單可行、可操作性強、可用于鈹材化學鈍化處理。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明的一種鈹材化學鈍化處理方法，步驟為:
[0008]1)鈹材表面有機溶劑擦拭:將機械加工后的鈹材零件表面用有機溶劑擦拭,擦拭過程需要認真細致，零 件上的各個盲孔、螺紋孔、溝槽內(nèi)部也需要仔細擦拭；有機溶劑優(yōu)選丙酮；[0009]2)鈹材表面吹風機吹干:將有機溶劑擦拭完成的零件，用吹風機將殘留在表面的有機溶劑吹干，吹干過程的溫度應控制在35~45°C ;
[0010]3)乙醇溶液超聲清洗:將吹干后的鈹材零件完全浸入酒精溶液中，然后在超聲清洗機中清洗，超聲清洗機的頻率為30~40KHz，超聲清洗時間為10~20min，酒精溶液的溫度為35~45°C。酒精溶液是由800~1000mL無水乙醇溶于1000mL去離子水中配制而成。
[0011]4)鈹材表面化學除油:將超聲波清洗后的鈹材零件浸入氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉溶液是由80~100g氫氧化鈉溶于1000mL去離子水中配制而成，化學除油過程中保持溶液溫度25~35°C。[0012]5)鈹材表面弱浸蝕:將除油完成的鈹材零件浸入弱浸蝕溶液中進行弱浸蝕處理，浸蝕時間為60~80s，浸蝕溶液的溫度為25~35°C，弱浸蝕溶液是由600~800mL的濃硝酸溶于200~400mL的去離子水中配制而成的。
[0013]6)鈹材表面鈍化處理:將弱浸蝕完成的鈹材零件浸入到鈍化溶液中，進行鈍化處理。鈍化溶液為三氧化鉻、鐵氰化鉀、氟化鈉和硼酸的混合液，由5~Sg的三氧化鉻、2~5g的鐵氰化鉀、3~5g氟化鈉和I~2mL硼酸溶于1000mL的去離子水中配制而成,鈍化時間為10~20min，鈍化操作的溫度為35~45°C。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明工藝組成簡單，可操作性強，可用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0016]化學除油，可以徹底清洗零件表面的油污、灰塵等污跡，使生成的鈍化膜表面均勻連續(xù)。使得在后續(xù)的鈍化過程中鈍化溶液能夠均勻的浸潤到零件的表面，提高零件表面與鈍化溶液的浸潤性，同時還增強對零件小孔和深槽內(nèi)的除油效果。
[0017]弱浸蝕處理，可以去除零件表面的自然氧化膜，并且?guī)缀醪挥绊懥慵砻娴拇植诙?，使得鈹基體金屬在鈍化處理時，與化學鈍化溶液能夠充分接觸，可以提高鈹零件表面鈍化膜的質(zhì)量，便于生成結(jié)合力好、質(zhì)量高的鈍化膜。
[0018]鈹材化學鈍化處理，針對鈹材的化學性質(zhì)，在鉻酸和鐵氰化鉀的混合液中加入少量的活化劑，在一定的溫度范圍內(nèi)，金屬鈹與鉻酸和鐵氰化鉀發(fā)生反應，生成Be0.Cr2O3,進一步在鈹材表面形成一層很薄的無機鹽膜層，該膜層成分較為復雜，一般膜層的主要成分為 10-20min，鈍化操作的溫度為35-45°C。【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為實例I中的鈹材鈍化試片200倍顯微圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021]將經(jīng)過超聲清洗的鈹材試片浸入到氫氧化鈉溶液中進行化學除油，氫氧化鈉溶液是由100g氫氧化鈉溶于1000mL去離子水中配制而成，除油過程中保持溶液溫度在25~30°C之間，進行表面化學除油，除油時間5min ;將除油完成的鈹材試片浸入到弱浸蝕溶液中進行弱浸蝕處理，弱浸蝕時間為60s,弱浸蝕溶液的溫度為25°C,弱浸蝕溶液是由600mL的濃硝酸溶于400mL的去離子水中配制而成的；將活化完成的鈹材零件浸入到鈍化溶液中，進行鈍化處理，鈍化溶液由Sg的三氧化鉻、5g的鐵氰化鉀、3g氟化鈉和2mL市售硼酸溶于1000mL的去離子水中配制而成，鈍化時間為lOmin，鈍化操作的溫度在35~45°C之間。
[0022]將得到的鈹材進行如下測試:
[0023]鈍化膜的外觀:
[0024]鈹材零件經(jīng)過化學鈍化處理后，其鈍化膜的表面呈現(xiàn)均勻的彩虹色至古銅色，膜層均勻連續(xù),表面致密,如圖1所示。
[0025]鈍化前后的尺寸變化:
[0026]鈹材經(jīng)過化學鈍化處理后，其尺寸變化采用千分尺進行測量，尺寸變化為-0.0Ol~+0.001_，尺寸變化較小，考慮到測量誤差，可以認為鈍化處理后的尺寸基本沒有變化。
[0027]結(jié)合強度:
[0028]鈹材化學鈍化膜的結(jié)合強度檢測，參考標準《QJ479-90金屬鍍覆層結(jié)合強度試驗方法》，采用劃格法和熱震法進行。
[0029]劃格法:在零件的膜層上采用刀片劃ImmX Imm的方格，在交叉點處膜層未出現(xiàn)起皮、脫落現(xiàn)象，結(jié)合強度良好。
[0030]熱震法:將零件加熱到220°C并保溫30min，取出后立即放入冷水中，化學鈍化膜層未見起皮、脫落現(xiàn)象，結(jié)合強度良好。
[0031]耐腐蝕性能:`[0032]金屬表面保護膜的耐腐蝕性能檢測，通常采用點滴實驗。點滴實驗是在潔凈的試樣膜層上滴一滴腐蝕溶液，以溶液出現(xiàn)腐蝕變化所需要的時間作為耐蝕性能的判斷及考核標準。鈹材鈍化膜的耐腐蝕試驗參照標準QJ471-88，選擇3%硫酸銅溶液進行點滴試驗，記錄試片點滴試驗發(fā)生反應的時間。采用本發(fā)明提供的鈍化工藝方法處理的鈹材零件，其耐蝕性比純鈹提高20倍。
[0033]實施例2
[0034]改變實施例1中化學除油中的氫氧化鈉溶液濃度和除油時間，將80g氫氧化鈉溶于1000mL去離子水中配制而成，除油過程中保持溶液溫度為25~30°C，進行表面化學除油，除油時間3min ;其余條件同實施例1。
[0035]所得鈹材試片，其鈍化膜表面呈現(xiàn)均勻的古銅色，膜層均勻連續(xù)，表面致密，結(jié)合力良好。
[0036]實施例3
[0037]改變實施例1中弱浸蝕時間，浸蝕時間為80s,其余條件同實施例1。
[0038]所得鈹材試片，其鈍化膜表面呈現(xiàn)均勻的古銅色，膜層均勻連續(xù)，表面致密，結(jié)合力良好。
[0039]實施例4
[0040]改變實施例1中弱浸蝕溶液濃度，弱浸蝕溶液是由800mL的濃硝酸溶于200mL的去離子水中配制而成的，其余條件同實施例1。
[0041]所得鈹材試片，其鈍化膜表面呈現(xiàn)均勻的古銅色，膜層均勻連續(xù)，表面致密，結(jié)合力良好。
[0042]實施例5
[0043]改變實施例1中鈍化溶液濃度，由5g的三氧化鉻、3g的鐵氰化鉀、5g氟化鈉和ImL硼酸溶于1000mL的去離子水中配制而成,其余條件同實施例1。
[0044]所得鈹材試片，其鈍化膜表面呈現(xiàn)均勻的古銅色，膜層均勻連續(xù)，表面致密，結(jié)合力良好。
[0045]實施例6
[0046]改變實施例1中鈍化處理時間，鈍化時間為20min，其余條件同實施例5。
[0047]所得鈹材試片，其鈍化膜表面呈現(xiàn)均勻的古銅色，膜層均勻連續(xù)，表面致密，結(jié)合力良好。
[0048]本發(fā)明未詳細描述 內(nèi)容為本領域技術人員公知技術。
【權(quán)利要求】
1.一種鈹材化學鈍化處理方法，其特征在于步驟為: 1)將機械加工后的鈹材表面用機溶劑擦拭； 2)將步驟I)用有機溶劑擦拭后的鈹材用吹風機吹干其表面的有機溶劑； 3)將步驟2)得到的鈹材用酒精溶液進行超聲清洗； 4)鈹材表面化學除油:將超聲波清洗后的鈹材零件浸入氫氧化鈉溶液中，化學除油過程中保持溶液溫度25~35°C ; 5)鈹材表面弱浸蝕:將除油完成的鈹材零件浸入弱浸蝕溶液中進行弱浸蝕處理，浸蝕時間為60~80s，浸蝕溶液的溫度為25~35°C ； 6)鈹材表面鈍化處理:將弱浸蝕完成的鈹材零件浸入到鈍化溶液中，進行鈍化處理；鈍化時間為10~20min，鈍化操作的溫度為35~45°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈹材化學鈍化處理方法，其特征在于:步驟I)中的有機溶劑為丙酮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈹材化學鈍化處理方法，其特征在于:步驟2)中吹干過程的溫度為35~45°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈹材化學鈍化處理方法，其特征在于:步驟3)中超聲清洗頻率為30~40KHz，超聲清洗時間為10~20min，酒精溶液的溫度為35~45°C，酒精溶液為無水乙醇與水的混合物，無水乙醇與水的體積比為8~10 =IO0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈹材化學鈍化處理方法，其特征在于:步驟4)中氫氧化鈉溶液的濃度為80~100g/L`。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈹材化學鈍化處理方法，其特征在于:步驟5)中弱浸蝕溶液中濃硝酸與去離子水的體積比為1.5-4:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈹材化學鈍化處理方法，其特征在于:步驟6)中鈍化溶液為三氧化鉻、鐵氰化鉀、氟化鈉和硼酸的混合液，其中由三氧化鉻:鐵氰化鉀:氟化鈉:硼酸:去離子水=5~8g、2~5g、3~5g:1~2mL:1000mL。
【文檔編號】C23C22/78GK103866316SQ201410067851
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】朱志剛, 崔硯, 王長青, 薛鳳舉, 王長峰, 張銳, 鐘聲, 班建鋼, 陳振鵬, 鄧忠武 申請人:北京航天控制儀器研究所