[发明专利]一种超声辅助电解等离子体抛光钛合金的方法

说明书

本发明公开了一种超声辅助电解等离子体抛光钛合金的方法。首先调配含有铝酸钠、六偏磷酸钠和氢氧化钾的混合电解液作为抛光液；将钛合金试件浸入盛有抛光液的不锈钢槽中，钛合金试件接阳极、不锈钢槽接阴极；然后阴阳极之间施加正极性电压350‑450V、负极性电压30V、脉冲频率350‑450Hz、占空比35‑45%的双脉冲电源；检测抛光过程中的电流波形，只在波形的脉间阶段，由抛光槽底部的超声装置对抛光液施加振荡频率为30‑50kHz的超声空化作用；采用循环水冷系统对抛光槽进行冷却，使抛光液温度保持在60℃左右，对钛合金试件进行不少于10min的抛光处理。本发明方法采用超声辅助电解等离子体抛光技术，利用电化学氧化钝化、放电等离子体蚀除活化、超声增强活化等作用，实现对钛合金复杂壁面和型腔的有效抛光。

技术领域

本发明涉及金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种超声辅助电解等离子体抛光钛合金的方法。

背景技术

钛合金具有密度低、比强度大、熔点高、耐腐蚀、无磁性、超记忆、高韧性等优良特性，拥有“太空金属”、“全能金属”、“未来金属”等美誉，广泛应用于航空、航天、船舶、化工、汽车、医疗等领域。

为了获得规定的表面质量要求，通常采用光整或抛光工艺对钛合金零件作最后处理。由于本身具有粘、韧、弹以及高化学活性等特点，钛合金是一种典型的难加工材料。由于导热系数小，钛合金机械加工产生的热量很难通过工件释放；由于比热小，钛合金加工时局部温度上升快，加快刀具磨损、降低表面加工质量；由于弹性模量低，已加工钛合金表面容易回弹，特别是薄壁零件的加工回弹更为严重；由于化学活性强，高温下钛合金极易与氧、氢、氮发生作用，生成硬化层，降低塑性，增大硬度。可见，发展适应于钛合金材料特点的抛光新技术，对提高钛合金零件表面质量和使用性能具有重要意义。

电解等离子体抛光是一种基于水基电解液，工件表面在高电压作用下产生放电等离子体而达到抛光效果的金属表面处理新技术。加工时将工件浸入一定温度的电解液中，施加特定电压，因电化学作用而产生阳极钝化膜。同时，工件表面与电解液毗邻处产生稳定的蒸汽气体层，使工件表面和电解液相隔离。随着电压的升高，工件表面凸起处气体层由于较高的电场强度而被击穿形成放电等离子体，蚀除该处钝化膜。当放电等离子体活化作用与电化学阳极钝化作用达到最佳动态平衡时，工件表面将获得良好的抛光效果。

然而，单纯的电解等离子体抛光存在一定的局限性，如：为防止电解等离子体从“微放电”向“电弧放电”转化损伤钛合金基体，常常要求输入尽可能小的能量，这将导致放电等离子体抛光阳极氧化物不够彻底，因此亟需其它能量形式加以辅助去除。

发明内容

本发明的目的是，提出一种超声辅助电解等离子体抛光钛合金的方法，其抛光过程是一个将传统电解抛光的固-液两相作用转变为电极、气层、放电等离子体、抛光液的固-气-等-液四相共同作用的过程，其实质是超声辅助放电等离子体蚀除活化下的电化学氧化腐蚀过程，而钛合金表面状态是按照钝化-活化-再钝化的方式交替进行。钛合金表面所形成的氧化膜要在抛光液及其它化学、电化学、热、空化效应等作用下疏松并快速溶解或剥落，既要有利于阳极氧化的形成，又要放电等离子体尽可能多的蚀除该阳极氧化产物。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：（1）调配含有铝酸钠、六偏磷酸钠和氢氧化钾的混合电解液作为抛光液。

（2）将钛合金试件浸入盛有抛光液的不锈钢槽中，钛合金试件接阳极、不锈钢槽接阴极。

（3）阴阳极之间施加双脉冲电源，主要电参数包括：正极性电压350-450V、负极性电压30V、脉冲频率350-450Hz、占空比35-45%。

（4）检测抛光过程中的电流波形，只在波形的脉间阶段，由抛光槽底部的超声装置对抛光液施加振荡频率为30-50kHz的超声空化作用。

（5）采用循环水冷系统使抛光液温度保持在60℃左右，对钛合金试件进行不少于10min的抛光处理。