钛合金材料阳极化处理在钛泵上的应用

一、前言

在化工泵行业，钛合金材料的应用越来越多。其以优良的耐酸碱腐蚀性而闻名，被广泛应用于氯碱、纯碱和醋酸等行业。钛作为一种用于化工设备中的耐腐蚀结构材料，已经确立了其地位，也越来越被工程技术人员重视。这是因为钛对氧的亲和力特别大，能在其表面生成一层致密的氧化膜，可以保护钛不受介质腐蚀。其在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，但是钛材表面若被铁离子污染，在电解质中钛与铁会形成微电池，在电化学作用下使氢渗入钛中，导致钛的氢化而变脆，危急钛设备的使用寿命和安全。

经实践证明钛材经过阳极化处理后可以增强其耐蚀性和绝缘性，因此对钛表面进行阳极化处理在钛材使用中显得非常重要。

二、阳极化处理的基本原理及操作

1、基本原理

以TC4泵轴为例说明，即将泵轴作为阳极，将不锈钢作为阴极，在电解质中，通过直流电作用，进行电化学反应，使TC4轴表面形成致密氧化膜的过程。因其工件有大有小，尺寸大的工件在电解池中操作也甚为不便，因此采用如图1所示方案，该方案采用40～60V可调压电源（内置电流表，量程30A，且电流和电压可实现手动切换），在阴极上包裹吸水性较强的海绵，当阴极刷吸取电解液在轴上接触移动时，轴、海绵（吸电解液）和阴极（不锈钢棒）三者在直流电作用下，使阳极发生氧化反应。

2、操作过程

1）使用导线将阴极刷和电源负极相连接，TC4轴和电源正极连接，确保连接牢靠。

2）然后将电源电压调节至40V。

3）再将电源从电压档切换至电流档。

4）按合理比例配制电解液，使其充分溶解。

5）将阴极刷在电解液中浸泡，使包裹在不锈钢阴极上的吸水性较好的海绵充分吸收电解液，阴极刷结构如图2所示。

6）将阴极吸收电解液的海绵在工件表面缓慢均匀刷涂，直至电流表读数变为零为止，此过程中钛轴表面会逐渐变蓝。（注意：该过程中严禁使阴极和工件发生直接碰撞，会导致倒置打火，烧伤工件表面。）

7）处理完成后，将工件使用清水冲洗干净，并烘干保存。

三、试验现现象及验证结论

1、试验现象

阴极刷在轴上经过时轴的表面呈蓝色，电流表读数为8A左右；刷子在轴表面充分接触使轴表面蓝色逐渐连续均匀时，电流表度数为0。

2、验证结论

通过试验现象中电流的变化可以确定TC4轴的表面形成的氧化层具有绝缘性。

将该表面阳极氧化处理和未经处理的轴在含铁离子的酸性溶液中进行腐蚀试验，经过一段时间后，对轴的表面质量及外径进行检测，发现未表面处理的轴，表面发生严重的锈蚀痕迹，经测量轴外径尺寸变小；而表面处理的轴表面几乎没有什么变化。说明阳极氧化处理后轴的耐腐蚀能力得到了明显提高。

经过试件截面打磨抛光后在显微镜下金相观察，发现氧化层厚度平均值为9mm。

阳极化处理过程、阳极化处理过的成品轴、氧化层厚度和金相检测结果分别如图3～图5所示。

四、结语

随着钛泵设备在化工行业的广泛应用，对钛材性能也提出了越来越多的要求，因此更应该对其材料进行深入研究，从而更好地发挥其材料优势。钛材表面氧化膜的形成对钛材的耐腐蚀性有很大的提高，通过该工艺的使用可以使钛材的使用范围进一步扩大，对钛材的应用有着巨大的意义，后续还可在这方面进行深入的研究，通过工艺方法的改进和优化，尽量使其表面氧化膜的厚度得以提高。

参考文献

[1]吴辉煌．电化学[M]．北京：化学工业出版社，2004．

[2]曾正明．实用有色金属材料手册[M]．北京：机械工业出版社，2016．

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