一、前言

在化工泵行業(yè)，鈦合金材料的應(yīng)用越來越多。其以優(yōu)良的耐酸堿腐蝕性而聞名，被廣泛應(yīng)用于氯堿、純堿和醋酸等行業(yè)。鈦作為一種用于化工設(shè)備中的耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)確立了其地位，也越來越被工程技術(shù)人員重視。這是因為鈦對氧的親和力特別大，能在其表面生成一層致密的氧化膜，可以保護鈦不受介質(zhì)腐蝕。其在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性，但是鈦材表面若被鐵離子污染，在電解質(zhì)中鈦與鐵會形成微電池，在電化學(xué)作用下使氫滲入鈦中，導(dǎo)致鈦的氫化而變脆，危急鈦設(shè)備的使用壽命和安全。

經(jīng)實踐證明鈦材經(jīng)過陽極化處理后可以增強其耐蝕性和絕緣性，因此對鈦表面進(jìn)行陽極化處理在鈦材使用中顯得非常重要。

二、陽極化處理的基本原理及操作

1、基本原理

以TC4泵軸為例說明，即將泵軸作為陽極，將不銹鋼作為陰極，在電解質(zhì)中，通過直流電作用，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，使TC4軸表面形成致密氧化膜的過程。因其工件有大有小，尺寸大的工件在電解池中操作也甚為不便，因此采用如圖1所示方案，該方案采用40～60V可調(diào)壓電源（內(nèi)置電流表，量程30A，且電流和電壓可實現(xiàn)手動切換），在陰極上包裹吸水性較強的海綿，當(dāng)陰極刷吸取電解液在軸上接觸移動時，軸、海綿（吸電解液）和陰極（不銹鋼棒）三者在直流電作用下，使陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。

2、操作過程

1）使用導(dǎo)線將陰極刷和電源負(fù)極相連接，TC4軸和電源正極連接，確保連接牢靠。

2）然后將電源電壓調(diào)節(jié)至40V。

3）再將電源從電壓檔切換至電流檔。

4）按合理比例配制電解液，使其充分溶解。

5）將陰極刷在電解液中浸泡，使包裹在不銹鋼陰極上的吸水性較好的海綿充分吸收電解液，陰極刷結(jié)構(gòu)如圖2所示。

6）將陰極吸收電解液的海綿在工件表面緩慢均勻刷涂，直至電流表讀數(shù)變?yōu)榱銥橹梗诉^程中鈦軸表面會逐漸變藍(lán)。（注意：該過程中嚴(yán)禁使陰極和工件發(fā)生直接碰撞，會導(dǎo)致倒置打火，燒傷工件表面。）

7）處理完成后，將工件使用清水沖洗干凈，并烘干保存。

三、試驗現(xiàn)現(xiàn)象及驗證結(jié)論

1、試驗現(xiàn)象

陰極刷在軸上經(jīng)過時軸的表面呈藍(lán)色，電流表讀數(shù)為8A左右；刷子在軸表面充分接觸使軸表面藍(lán)色逐漸連續(xù)均勻時，電流表度數(shù)為0。

2、驗證結(jié)論

通過試驗現(xiàn)象中電流的變化可以確定TC4軸的表面形成的氧化層具有絕緣性。

將該表面陽極氧化處理和未經(jīng)處理的軸在含鐵離子的酸性溶液中進(jìn)行腐蝕試驗，經(jīng)過一段時間后，對軸的表面質(zhì)量及外徑進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)未表面處理的軸，表面發(fā)生嚴(yán)重的銹蝕痕跡，經(jīng)測量軸外徑尺寸變小；而表面處理的軸表面幾乎沒有什么變化。說明陽極氧化處理后軸的耐腐蝕能力得到了明顯提高。

經(jīng)過試件截面打磨拋光后在顯微鏡下金相觀察，發(fā)現(xiàn)氧化層厚度平均值為9mm。

陽極化處理過程、陽極化處理過的成品軸、氧化層厚度和金相檢測結(jié)果分別如圖3～圖5所示。

四、結(jié)語

隨著鈦泵設(shè)備在化工行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對鈦材性能也提出了越來越多的要求，因此更應(yīng)該對其材料進(jìn)行深入研究，從而更好地發(fā)揮其材料優(yōu)勢。鈦材表面氧化膜的形成對鈦材的耐腐蝕性有很大的提高，通過該工藝的使用可以使鈦材的使用范圍進(jìn)一步擴大，對鈦材的應(yīng)用有著巨大的意義，后續(xù)還可在這方面進(jìn)行深入的研究，通過工藝方法的改進(jìn)和優(yōu)化，盡量使其表面氧化膜的厚度得以提高。

參考文獻(xiàn)

[1]吳輝煌．電化學(xué)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

[2]曾正明．實用有色金屬材料手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2016．

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