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题目:超声电解去除高温合金表面氧化皮新技术研究

关键词:高温合金;氧化皮膜去除;电解;超声波;空化效应

  摘要

针对Ni基高温合金等材料在高温热处理过程中表面形成的致密氧化皮难以去除的难题,本文将超声波技术引入电解过程中来去除合金表面的致密氧化皮,避免了工厂碱崩去除氧化皮的高温(430 ℃)、强腐蚀性等问题。超声电解是利用电解过程中阳极的强氧化作用和超声波的机械及化学效应,通过对电解液各组分、去除过程中的电流密度、超声波输出功率、超声波与电解组合方式的优选,在复配的硫酸盐电解液中,以及20±2 ℃、电流密度为2.0~4.0 A/dm2、超声功率为180~540 W的条件下,成功得到了超声电解去除高温合金表面氧化皮的新工艺技术。8种合金材料大量表面氧化皮去除试验的结果表明,超声与电解的同时作用可以快速、高效将合金表面的氧化皮去除,恢复了光洁平整的合金基体表面。 采用表面硬度测试和常温拉伸试验对经超声电解新技术去除氧化皮的合金材料、合金基体材料和带氧化皮合金材料的机械性能进行了对比分析,结果表明:该技术去除氧化皮后,合金材料的HR30N表面硬度值较合金基体只改变了0.9~1.5(相对30~40);去除氧化皮合金材料的最大力、抗拉强度比带氧化皮合金材料分别只降低了0.0~0.6 kN和0.0~10.0 MPa,且拉伸断裂均是微孔聚集型剪切断裂。 本文还利用电扩散方法、电位跟踪法、伏安法和SEM等检测手段探讨了超声波与电解复合对高温合金表面氧化皮去除行为的影响及去除氧化皮的作用机制。结果表明:超声波的复合明显提高了电解过程中电极表面的传质速率;加快了阳极氧化反应的速率;降低了高温合金的表面Gibbs自由能,对氧化皮形成持续的活化作用;提高了阳极电流密度的增长幅度,改变了去除氧化皮过程中的电化学行为;且超声输出功率的增加对高温合金表面氧化皮去除行为的影响越大。超声波与电解复合去除合金表面氧化皮的过程大致分为OH-放电-O•积累、氧化反应主导作用、氧化反应-超声空化混合作用三个阶段,OH-优先在表面氧化皮缺陷处放电,进行O•自由基的积累,然后发生低价态氧化物的快速氧化,最后进入阳极氧化反应和超声空化的机械效应共同作用去除表面残余氧化皮阶段。