一種鈦合金酸洗設(shè)備及特點

摘要：鈦合金工件在鑄造過程中會在其表面產(chǎn)生一種不溶性的氧化層，這層氧化層又稱α層，須通過酸洗方法將其去除。文章主要結(jié)合鈦合金的酸洗工藝，介紹一種適用于鈦合金酸洗的流水線設(shè)備及其特點，并分析酸洗中易出現(xiàn)的問題及解決辦法。

關(guān)鍵詞：酸洗；鈦合金；酸洗設(shè)備；酸氣凈化；氧化層 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ153 文章編號：1009-2374（2015）05-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0351

1 概述

由于鈦及鈦合金在鑄造過程中表面會形成一種氧化層和其他污物，并且鑄件的壁厚對其力學(xué)性能也有一定的影響。因此，在噴砂工序后須通過酸洗將其α層去除，并按工藝要求去除壁厚以達(dá)到所需工藝要求。由于HF+HNO3有酸洗速度快，酸洗效果好的特點，因此鈦合金酸洗一般采用HF+HNO3酸洗工藝。而這兩種酸均為強酸，且在酸液配比中所占比重較大，濃度較高。因此，對酸洗設(shè)備及酸霧凈化設(shè)備要求都極高。本文主要介紹一套適用于鈦合金酸洗的設(shè)備及酸霧處理系統(tǒng)，以提高酸洗效率改善酸洗效果和酸霧處理能力。

2 酸洗設(shè)備

酸洗一般需經(jīng)過深酸洗、輕酸洗、水沖洗、水浸洗、去離子水清洗、干燥等過程，并對酸洗過程中產(chǎn)生的酸霧進(jìn)行凈化處理后再排放。

2.1 裝料、卸料區(qū)

由于廠房一般為矩形設(shè)計，酸洗線一般采用直線型布局，因此裝卸料區(qū)一般選擇在酸洗線的始端和末端，采用升降機裝卸工件。為了更有效充分地利用酸洗槽空間，同時避免工件與槽體的撞擊，設(shè)計時，跑車軌道的中心線與槽體中心線重合，并將跑車軌道設(shè)計成橢圓形封閉軌道，以便于吊裝工件。

2.2 酸洗段

酸洗段包括深酸洗和輕酸洗。酸洗一般在酸洗槽或特定的塑料滾筒中進(jìn)行，這里我們采用酸洗槽的方式，同時，為了充分利用槽體容積，將所有槽體水平方向設(shè)計成正方形（見圖1）。鈦合金的酸洗中硝酸和氫氟酸的配比一般要達(dá)到15∶1以上，其中深酸洗段兩種酸的濃度均超過10%。同時，隨著酸洗的進(jìn)行，酸液的溫度會逐漸上升。而工藝上對鑄件酸洗溫度的要求一般在10℃～60℃之間。因此，需對酸洗槽安裝冷卻裝置。這里我們采用在槽內(nèi)盤冷卻管的方式，冷卻設(shè)備的功率需根據(jù)酸液的量和工藝要求的冷卻速度而定。而由于溫度的上升、酸液的腐蝕性，同時對酸洗槽材料的性能要求也較高。這里我們選擇耐腐蝕性、耐酸性、耐高溫并且強度大的PVC材料作為酸洗槽的內(nèi)板，在PVC板外層，包裹耐腐蝕性能較好的316不銹鋼，以增強其槽體強度和美觀性。同時，為了增強鑄件的酸洗均勻性，在槽子底部接入壓縮空氣管路，在鑄件酸洗過程中對酸液進(jìn)行

攪拌。

2.3 漂洗段

酸洗之后鑄件要進(jìn)行漂洗，以去除鑄件表面殘留的酸液，使鑄件不再被酸腐蝕。因此，對漂洗水的相關(guān)參數(shù)要求比較高。漂洗段包括水沖洗和水浸洗。槽體的設(shè)計以及材料的選擇均與酸洗段相同。由于漂洗槽內(nèi)水的電導(dǎo)率會隨著清洗下來的殘留酸液及鈦屑的積累而緩慢上升，漂洗水的電導(dǎo)率過高會導(dǎo)致鑄件表面清潔度下降。因此，水沖洗槽需配備高壓水槍，對剛酸洗后的鑄件表面再次進(jìn)行整體沖洗，之后浸入水浸洗槽。為了使鑄件洗得更均勻徹底，除了在槽底安裝壓縮空氣管路外，還將水沖洗槽和水浸洗槽設(shè)計成逆流漂洗的方式。逆流漂洗是使水浸洗槽中的水在高液位點流向水沖洗槽中的低液位點，以增加水的流動性。

2.4 去離子水清洗段

鑄件在酸洗和漂洗過后，表面的電導(dǎo)率依舊較高，為了降低其導(dǎo)電性，需再進(jìn)行一次去離子水熱水清洗。去離子水通過去離子水設(shè)備進(jìn)行制備，去離子水設(shè)備是離子交換系統(tǒng)是通過陰、陽離子交換樹脂對水中的各種陰、陽離子進(jìn)行置換的一種傳統(tǒng)水處理工藝，其出水電導(dǎo)率可低于1us/cm以下，出水電阻率達(dá)到1MΩ·cm以上，根據(jù)酸洗工藝對水質(zhì)的要求，可以控制其出水的電導(dǎo)率。去離子水的工藝分為幾種，由于酸洗工藝對水質(zhì)的要求較高，因此主要選用處理水質(zhì)質(zhì)量較好的EDI工藝，該工藝流程主要為：原水→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→軟化水器→中間水箱→低壓泵→pH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)→高效混合器→精密過濾器→高效反滲透→中間水箱→EDI水泵→EDI系統(tǒng)→微孔過濾器→儲水箱→熱水槽。然后鑄件進(jìn)入熱水槽進(jìn)行最后一道清洗，以達(dá)到所需清潔度。

2.5 干燥段

干燥系統(tǒng)用來烘干去離子水清洗后的鑄件。干燥過程一般分兩個階段：第一階段使用高壓壓縮空氣槍吹掃，以清除鑄件表面水分；第二階段可采用熱空氣干燥，也可直接晾干。以節(jié)約成本起見，這里，我們采用懸掛晾干的方式。

2.6 酸氣凈化系統(tǒng)

由于硝酸氫氟酸在酸洗過程中會揮發(fā)產(chǎn)生酸霧，因此在酸洗末端，需要一套酸霧凈化系統(tǒng)來凈化酸洗產(chǎn)生的廢氣。凈化后的氣體排放濃度達(dá)到國家允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn)。在（HNO3+HF）混酸酸洗過程中，主要產(chǎn)生大量的NOx廢氣，濃度較高，如果不經(jīng)過適當(dāng)?shù)膬艋幚磉_(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，煙囪會產(chǎn)生“黃龍”現(xiàn)象，從而污染環(huán)境。

目前酸洗產(chǎn)生的廢氣可用化學(xué)處理方法，活性炭吸附，和噴霧培燒工藝（SCR處理工藝）。化學(xué)處理工藝主要用于小型生產(chǎn)線，并且會產(chǎn)生廢液；活性炭吸附方法處理廢氣不徹底；實踐證明，SCR處理工藝更適合處理高濃度NOx廢氣，使酸洗廢氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在催化劑的作用下，以NH3作為還原劑，“有選擇性”地與廢氣中的NOx反應(yīng)并生成無毒無污染的N2和H2O。SCR處理工藝的主要原理為：NOx廢氣→填料吸收塔→酸霧風(fēng)機→前置預(yù)熱器→氣—氣換熱器→燃?xì)忸A(yù)熱器→尿素噴入→混合器→SCR反應(yīng)器→總抽風(fēng)機→煙囪。SCR目前已成為世界上應(yīng)用最多，最為成熟有效的一種NOx凈化處理技術(shù)。

通過使用合適的催化劑，上述反應(yīng)可在260℃～350℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。反應(yīng)時，酸洗廢氣中的NOx和外界噴入的NH3進(jìn)行反應(yīng)，可以得到97%以上的脫硝率。在反應(yīng)過程中，NH3可以選擇性地和NOx反應(yīng)生成N2和H2O，因此反應(yīng)又被稱為“選擇性”。

3 結(jié)語

本文所介紹設(shè)備適用于一般鈦合金酸洗生產(chǎn)，但由于酸洗存在揮發(fā)性和腐蝕性，因此對設(shè)備的腐蝕問題期待在以后的研究中繼續(xù)探討。

參考文獻(xiàn)

[1] 張妍.酸洗工藝段設(shè)備與控制系統(tǒng)[J].自動化應(yīng)用，2011，（4）.

[2] 白云燕.不銹鋼酸洗線NOx廢氣處理工藝及應(yīng)用探討[J].山西建筑，2012，38（29）.

[3] 謝成木.鈦及鈦合金鑄造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

作者簡介：李佳云（1986-），女，遼寧丹東人，北京百慕航材高科技股份有限公司設(shè)備工程師，碩士研究生，研究方向：設(shè)備現(xiàn)場技術(shù)支持及工裝模具設(shè)計。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）