1 前言

      隨著各類動力係統上鈦合金材料用量的不斷增（zēng）加, 鈦合金零部件在加工（gōng）過程中的表麵防護, 顯得尤為重要。鈦（tài）合金有良好的比強度、很高的耐熱性、優良的抗腐（fǔ）蝕性和較低（dī）的密度, 已廣泛應用於航空、航（háng）天、艦船和化工等行業中。特別是在動力係統中, 大量采用鈦合金材料, 對減輕體係（xì）的重量, 提高推重比有深遠意（yì）義。

      但是（shì）鈦合（hé）金也有它的（de）弱點:

      ( 1) 鈦合金葉片在機加、拋光時可能造成型麵的燒傷、碰撞、劃傷、壓痕等損傷, 由於鈦合金對表麵損傷非常敏感, 表麵完整性的破壞會明顯降低零件的疲勞性能。我國某發動機在台架試車時曾因葉片表麵的磨削顆（kē）粒（lì）物燒傷而導致發動機的失效事故（gù）,也曾因轉子葉片的葉尖端麵刀痕過於粗糙而造（zào）成葉片折斷;

      ( 2) 因鈦合金抗汙染能力差, 與（yǔ）鋁（lǚ）合金、鎂合金零件、鍍鎘、鍍鋅的鋼鐵件接觸時, 易發生電化學腐蝕而粘結, 致使緊固件在拆卸時出現滯澀現象;

      ( 3) 鈦合金的硬度較低, 耐磨性差;

      ( 4) 幾（jǐ）乎所有的鈦合金都對熱鹽應力腐蝕（shí）敏感,所以對海洋環境（jìng）服役的動力係統應（yīng）該考慮熱鹽腐蝕, 我國曾因熱鹽應（yīng）力腐蝕造成某機壓氣（qì）機葉片斷裂事故;

      ( 5) 由銀的氯化物引起的鈦合金銀脆( 像鈦合金存在氫脆、鎘脆一樣) 也是造成盤、葉片斷裂原因之一。在葉片的榫頭和榫槽處鍍（dù）銀, 以（yǐ）提（tí）高鈦合金表（biǎo）麵的耐磨性的方法對於海洋環境下服役的動力係統, 是不可取的;

      ( 6) 鈦合金（jīn）在一定溫度、壓力、氣流速度以及摩擦時有發生燃燒的傾向, 幾乎各國都（dōu）有因為（wéi）“ 鈦火”,導致飛（fēi）行事故, 發動（dòng）機在（zài）運行時, 零件之間的（de）相互高速摩擦、發動機（jī）吸入的異物、脫落的螺栓、螺帽、銷子等之間的摩擦、轉（zhuǎn）子（zǐ）偏心運轉引起（qǐ）葉片與機（jī）匣之間的磨擦都（dōu）會引起鈦合金的（de）零件的（de）燃燒, 繼而引起燒毀整個發動機。某動（dòng）力係統的（de）“鈦火”曾經是該機返修率頻繁的最主要原因。因此抗燃燒鈦合金就在這種形（xíng）勢下提出並得（dé）到（dào）研發和應用。

      上述鈦合金的種種弱點, 都引（yǐn）發了動力係統在運行過程中的嚴重事故。因此, 鈦合金（jīn）零部件在加（jiā）工、裝配、運輸等過程中的表麵防護十分重要。

      2 鈦合金在機械加工過程中的防護要求

      (1) 鈦合金零件在切削加工時應采用剛性好的（de）機床、刀具, 振動小、剛性強的專用工裝。鈦合金零件專用工裝不允許有鍍鋅（xīn）、鍍鎘等活潑金屬鍍層（céng）, 以防止鈦合金零（líng）件因電化學腐蝕而發生與工（gōng）裝的組織交換, 同時防止鈦合（hé）金（jīn）的（de）鎘脆（cuì）。選取合適的工裝（zhuāng）, 盡量降（jiàng）低（dī）鈦合金（jīn）零部件的加工應力, 避免變形。

      (2) 鈦合金加工時, 采用較低切削速度（dù）, 銳（ruì）利的刀具, 走大（dà）刀。但是加工過程不（bú）準停止走刀。同時（shí）選（xuǎn）擇規定的不（bú）含鹵化物冷卻液（yè）, 防止鈦合金表（biǎo）麵因加工過熱、發（fā）生粘刀現象, 導致撕傷金屬惡化零件（jiàn）表麵的問題。

      發生粘刀主要是由於鈦（tài）合金與刀具材料的化學親和力所致, 采用不含氯化物（wù）的（de）冷卻液不但可防止過熱、還能起到一定的潤滑效果, 減少撕傷現象, 也可延長刀具的使用壽命（mìng）。

      (3) 鈦合金容易發生冷作硬化（huà）, 因此, 切削深度應當超過（guò）前一次切（qiē）削時產生的冷作硬化層的厚度。刀具應兼有（yǒu）抗磨損（sǔn）能力（lì）和較高的熱硬（yìng）度。車加工深度, 應（yīng）由控製車床、刀（dāo）具的剛度和零（líng）件的夾（jiá）緊程度來保證。

      ( 4) 鈦合（hé）金零件在銑加工時, 推薦使用嵌有硬質合金（jīn）的高速鋼多刃銑刀, 盤銑刀應采用（yòng）順銑技術, 當逆向銑加工時, 銑刀穩定性下降一（yī）半, 使被加（jiā）工表麵的光潔度會嚴重惡化。

      ( 5) 鈦合金零件在鑽孔時, 鑽頭應采用（yòng）硬質合金或高速鋼材料, 采用專用套筒可提高鑽頭的剛度和耐振性。

      ( 6) 鈦合金零件磨加工時采用（yòng）碳（tàn）化（huà）矽型的砂輪,不允許（xǔ）用氧化鋁型砂（shā）輪。使用專用冷卻液（yè）) 10% 的亞硝酸鈉水溶液, 可在零件表麵形成一層薄膜（mó）, 阻礙被加工的鈦合金零件表麵與砂輪材料的相互作用。

      ( 7) 鈦合金零件拋光時, 非拋光表（biǎo）麵要用可剝漆保護( 不準用氯丁橡膠可剝漆) , 以免燒傷。機械拋光時, 宜采用柔性砂帶, 分兩步, 先用較粗（cū）的（de）砂帶進行粗化, 再用細的砂帶進行精拋（pāo）。零件（jiàn）表麵（miàn）粗糙度Ra [ 1125Lm, 如葉片進、排氣邊均（jun1）應縱向拋光3mm- 5mm, 拋光時也要用（yòng）上述冷卻液。通常情況下精拋（pāo）光的餘量為0105mm- 0115mm ; 光飾拋光( 振動（dòng）光飾) 餘量為0101 mm- 0105mm。

      ( 8) 鈦合金零件機加工時要將尖邊倒圓, 推薦不倒角（jiǎo）。

      ( 9) 加工鈦合金葉片榫頭時, 用於精密定位的低熔點合金, 在榫頭（tóu）加工（gōng）後, 低熔點合金( 錫（xī）) 鉍、錫)鉍) 鉛) 鎘) 不得（dé）殘（cán）留在葉片上。以防止鈦合金零件因汙染發生脆性失效。

      3 鈦合金在熱處理（lǐ）過程中的表（biǎo）麵防護（hù）

      鈦合金的熱處理一般指退（tuì）火、淬火、時效（xiào）和真空熱（rè）處理。鈦合金零件的真空熱處理( 真空退火) , 目的在於除氫、消除殘餘應力, 利於板材（cái）的衝壓、焊接等。鈦合金零組件在進行熱處理時, 表麵絕對不許有油汙、指印、鹵化物和低熔點合金( 鋅、錫、鉍、鉛、鎘（gé）) 。入爐前要用2% - 3% 水基清洗劑清（qīng）洗, 然（rán）後用蒸餾水或去離子水清洗, 要求去離子水水質為鹵化物濃度（dù）小於50ppm ; 也可以用丙酮、航空汽油清洗, 晾幹。

      熱處理夾具通常（cháng）用不鏽鋼（gāng）或高溫合金（jīn）製成。夾具表麵沒有油汙、水、疏鬆的氧（yǎng）化皮和其它熱處理時（shí）易揮發、易脫（tuō）落的物質, 與零（líng）件接觸部位的清潔度與零件相同。

      鈦合金熱處理爐的要（yào）求: 對於有足夠餘量的毛坯或熱處理溫度低於600 e 時, 可以使用（yòng）普通（tōng）熱處理（lǐ）爐。用普通熱處理爐處理鈦合金板材後, 允許（xǔ）用堿崩及酸洗的方法去除表麵不良覆蓋層( 氧（yǎng）化皮、汙染層等) 。精加工後的零件不允許（xǔ）用普通熱處理爐進行熱處理。

      用處理鋼件的爐子處理鈦合金時（shí）, 裝爐前（qián）必須徹底淨化殘留氣氛和殘留物。製（zhì）定嚴格的淨化製度, 以防汙染。

      小餘量或無餘（yú）量（liàng）的鈦（tài）合（hé）金（jīn）精加工的零件, 熱處理時（shí）必須在真空爐或氬氣保護下進行。真空熱處理時, 其真空度不低於01133Pa 。熱處理後輕微的氧化皮可以不去除。但不允許有淡紫色、淺藍色和灰色的氧化膜; 若有, 則說明熱處理時保護得不好（hǎo）, 要（yào）到表麵處理車間去除氧化膜。鈦合金零件不宜用真空釺焊爐進行熱處理。若必須使用時, 釺焊爐必須經過加熱淨化處理。鈦合金熱處理前及（jí）熱處理過（guò）程中, 使用的保護性塗料, 不得擅自（zì）塗敷, 事先必須經論證並經批準。

      4 鈦合金在衝壓與（yǔ）熱成型中的表麵防護

      鈦合金（jīn）對缺口和其它表麵缺陷具有極（jí）高的敏感性。衝壓前要仔細清理板材毛坯的加（jiā）工邊緣和表麵缺陷, 降（jiàng）低（dī）敏感。經過消除（chú）成型應力後（hòu）的毛坯, 單麵可酸洗掉0105 mm- 0108 mm, 以清理板材表麵。

      鈦合金板材在不加熱時, 對變形速度敏感, 變形速度比一（yī）般碳素鋼慢50% - 60% 。鈦合（hé）金冷變型時, 發生急劇強化, 因此需要增（zēng）加中間（jiān）退火處理。鈦合金零件熱成型的加熱溫（wēn）度超過熱處理溫度時, 應重新對鈦合金進行熱處理( 調質、調硬度) 。鈦合金零件熱成型時, 要考慮熱處理後A汙染層的去除量。

      5 鈦合金在焊接過程中的表麵防護

      鈦合金零件在焊接（jiē）前, 焊接表麵要用酸、清洗劑、有機溶劑和堿性溶液清洗, 去除鈦合金零（líng）件表麵的氧化膜、指印（yìn）、甲醇殘留、鹵化物離子殘（cán）留。鈦合金表麵脫脂除油所用的有機溶劑允許用丙酮或航空（kōng）洗滌汽油( 180# 汽油) , 不（bú）能用普通汽油。通常以清洗與焊接間隔時間最短為原則, 防止再度汙染。但是組合件不（bú）能用酸、堿清洗。

      鈦合金零部件焊接部位的正反麵（miàn）均需用氬氣（qì）或氦氣保護。焊接要在真空充氬倉或局部氬氣保護下進行（háng）。焊接時現場不能通風, 防（fáng）止保護性的氬氣被吹走。

      鈦合金零部件焊接廠房內環境應清潔（jié）, 不能有氣割、電弧焊、砂輪打（dǎ）磨（mó）、壓縮（suō）空氣及灰塵（chén）和煙塵; 無油汙（wū）、無其他物質掉落在焊件（jiàn）上, 防止焊縫形成針孔（kǒng）。焊接工人要穿潔淨的工作服, 戴棉質手套, 不準赤手觸摸零件。清理被焊件邊緣或拋光時應與焊接（jiē）工（gōng）位隔離。

      焊接件焊後要清理焊縫, 清除（chú）焊藥。對形狀複雜、截麵積大的零件, 焊後要進行退（tuì）火消除應力（lì）處理, 目的是提高零件的抗應力腐蝕能力和疲勞壽命及避免（miǎn）開裂。由於鈦合金零部（bù）件釺焊溫度（dù）達到（dào）960 e , 該溫度下, 鈦合金（jīn）易變形, 焊接後必須要進行真空校型熱處理。

      6 鈦（tài）合金在化學、電化學加工過程中的表麵防護

      ( 1) 關於鈦合金化學加工中的增氫

      氫脆是鐵基合金、鈦合金零件經表麵處理後易於出（chū）現的一（yī）種缺陷, 主（zhǔ）要表現為零件在使用過程中發生斷裂或延遲斷裂。由於零件出現氫脆後會（huì）導致塑（sù）性的（de）嚴重降低, 且往往滯後發生, 所以氫脆帶來的影響一般不易事先檢出, 其後果是十分嚴（yán）重甚至是（shì）災難性的（de）。因（yīn）此, 在鈦合金零（líng）件的表（biǎo）麵處理過程中防止過量吸氫以及處理後及（jí）時除氫是（shì）非常（cháng）重要（yào）的。目前（qián）隻能從控製零件生產過程, 減少吸氫和電鍍後除氫兩方麵來考慮減少零件氫脆失效。

      ( 2) 關於鈦合金件氫（qīng）含量的（de）控製

      鈦合金零（líng）件在表麵處理前, 如化學銑削、電鍍、清除（chú）汙染、酸洗、腐蝕檢查時, 氫含量要求小於80ppm; 原材料氫含量超過120ppm 要先進（jìn）行真空除氫後再投料加工; 因此有必要了解表麵處理時鈦合金的（de）增氫情況。加工過程（chéng）必須提供代表的零件狀態、相同加工過程的定氫試樣和前工序的氫含量報告（gào）。無定氫（qīng）試樣和前工序氫含量報告的零件, 以及（jí）氫含量超過120ppm 零件, 不允許進入下（xià）工序。

      ( 3) 加工到精度要求的鈦合金零件要真空除氫（qīng）完成化學加工工序後的鈦合金零件, 必須測定氫含量（liàng）, 氫含量超過規定值的應進行真空除氫處理。

      ( 4) 鈦合金電鍍前需要吹砂處理

      鈦合金電鍍前處理至關重要, 為了提（tí）高鈦合金零件鍍層的（de）結（jié）合力, 要在允許（xǔ）的範圍（wéi）內粗化表麵)濕吹砂, 但是陽極氧化、腐蝕檢查冶金缺陷、化銑等不用（yòng）吹砂粗化表麵。

      ( 5) 鈦合（hé）金零件鍍前的除油和活化處理

      有機溶劑除油: 隻允許（xǔ）用（yòng）丙酮或航空汽油( 保（bǎo）證不含氯離（lí）子) , 決不允許用鹵代烴) ) ) 三氯乙烯, 三氯乙烷等。另外, 也不能用氯丁橡膠可剝漆絕緣。化學（xué）除油: 鈦合金零件在（zài）表麵處（chù）理前隻允許進行化學除油, 且溫度不能超過75 e 。溫度高, 零件會出（chū）現氧（yǎng）化色, 影響鍍層結合力。鈦合金不（bú）允許用電化學方法電解除油, 避免陰極除油時零件增氫, 陽極除油時表麵氧化及滲氧。活化（huà）: 鈦合金零（líng）件電鍍（dù）前, 必須去除表麵自然氧化膜, 製備新鮮表麵, 並立即施鍍。活化采用不同的組合酸。
 

      ( 6) 鈦合金零件溶液處理後的幹燥處（chù）理鈦合金（jīn）成品件經過溶液處理後幹燥時, 推薦采用電吹風( 冷風（fēng）) 吹幹, 或110 e 烘箱鼓（gǔ）風烘幹。原則上不允許用壓縮空氣吹幹, 因壓縮（suō）空氣可能清潔（jié）程度不（bú）夠。

      ( 7) 鈦（tài）合金表麵低熔點合金清理的要求

      采用低（dī）熔點合金定位加工（gōng）完形狀不規則零件時, 在用物理（lǐ）方法清除了低熔點合金塊後, 允許采用水蒸氣吹、熱水煮等物理的方法（fǎ）, 清除零部件上目視可見的低（dī）熔點合金微粒（lì）, 同時還要求必（bì）須將零件表麵殘留的痕（hén）跡量低熔點合金徹底清理。

      這（zhè）主要是因為低熔點合金熔（róng）化後會向鈦合金基體裏擴散, 特別是受熱時, 特別是原子半徑較小的（de）外來原子向基體位錯處的晶（jīng）間擴散、聚集（jí）的速（sù）度（dù）更快,因而會在基體上（shàng）產生疲勞源, 引起鈦合金零件的脆性疲勞斷裂, 避免低熔點合金對鈦合金零件的汙染造成的失效後果。低熔點合金澆鑄的生產現場要加（jiā）強（qiáng）管理, 提高對低熔點合金危害性的認識。帶（dài）有低熔點合金的零件要放（fàng）在指定的周轉箱內, 箱上要（yào）有“汙染”標識。去除汙染後的（de）零件要存放在幹淨( 絕對無低熔點合金汙染) 的, 有“無汙染”標（biāo）識（shí）的（de）周轉（zhuǎn）箱內。確保除完（wán）汙染的零件不會再一次接觸到低熔點合金。低（dī）熔點合（hé）金的存放應有明確的標識; 澆注低熔點（diǎn）合（hé）金的容器、夾具、工具、刀具等被汙染用具, 要（yào）有標識。

      ( 8) 鈦合金表麵標記與標印過程

      鈦合金（jīn）零件（jiàn）在分解、裝配零組件時, 推薦（jiàn）拴標簽或無鉛彩筆標記（jì）。事後要用航空汽油或丙酮擦掉。禁止使用普通的紅藍鉛筆或其他未被批準的彩筆標記; 鈦合（hé）金成品（pǐn）件允許采用電化學（xué）標印, 但不允許采用（yòng）電筆( 振動) 標印。

      ( 9) 鈦合金件化（huà）學處理後的防（fáng）護

      鈦合金件化學處理後, 對表麵沒有進行任何塗敷層防護的零件, 化學處理後應認真清洗, 最後必須經過（guò）蒸餾水清（qīng）洗吹幹, 表麵不允許有殘留（liú）的指印、甲醇、鹵化物等汙物。

      7 鈦合金在裝（zhuāng）配試車中的表麵防（fáng）護

      ( 1) 分解（jiě）裝配（pèi）使用的工具要求

      鈦合金零件在分解裝（zhuāng）配（pèi）時, 不允許使用鍍鋅、鍍鎘工具, 以免（miǎn）鋅、鎘粘在零件（jiàn）上。分解、裝配、較正（zhèng）或敲擊時不準用銅質錘、芯棒敲擊, 以免粘銅。裝配人員（yuán）, 必（bì）須配戴幹淨的棉質細沙手套。

      ( 2) 分解、裝配需要加溫時的要求

      分解、裝配需要（yào）加溫時（shí）, 有鈦（tài）合金材料的, 加（jiā）溫前（qián）應將零組件清洗幹淨, 清洗液及漂洗（xǐ）水中的鹵化物含量≤ 50ppm。其加熱溫度不允（yǔn）許超過260 e 。

      ( 3) 鈦合金零件裝配前要徹底清洗

      裝配前, 鈦合金零件要徹底清洗, 清（qīng）洗用的（de）有機（jī）溶劑（jì）為丙酮、丁（dīng）酮或航空汽油。不允許用甲（jiǎ）醇、含甲醇的乙醇、甲基鹵化物、三氯（lǜ）乙烯（xī）、高氯乙烯、三氯（lǜ）甲烷、四氯化碳、氟裏昂（áng）等。清洗用水質要求電阻（zǔ）率小於5000081cm2, 洗後立（lì）即在80 e - 110 e 控溫鼓風箱烘幹, 或用電吹風( 冷風) 吹幹。

      8 鈦合金零件檢驗時的表麵防（fáng）護

      檢驗員應戴棉質細紗手套。鈦合金零件交檢時, 不允許有手（shǒu）印、水印、鉛（qiān）筆印、蠟筆印、粉筆（bǐ）印、汙物及外來物, 否（fǒu）則檢驗（yàn）員（yuán）可以（yǐ）拒收。熒光（guāng）檢查前用丙酮或含2% - 3% 水基清洗劑進行清洗, 最後用去（qù）離子水清洗。

      9 運輸和（hé）儲存的防護要求

      機加工的零件、板材、坯料及成品鈦合金件在運輸和儲存（cún）中避免（miǎn）缺（quē）口、碰傷、劃痕, 避免手印。在搬運、裝卸過程一定要有包裝保護（hù）。

      在製造、運輸和貯存過程嚴禁酸、堿等腐蝕性物（wù）質、灰塵和油汙落（luò）到鈦合金零組件上。鈦合金零件在製造（zào）、搬運與儲（chǔ）存過程中禁止與鎘、鉛、錫、鋅、鎂、鈀等直接接觸, 防止低熔點合金汙染和發生電化（huà）學接觸腐蝕。

      鈦合金零組件嚴禁與高濃度的（de）氫（qīng）氣、氧氣、氮氣、二氧化碳氣氛接觸。嚴（yán）禁與甲醇、鹵化物（wù）類（lèi）物質接觸。

      10 鈦合金零件的封存包裝（zhuāng）

      清洗吹幹後的鈦合（hé）金零件封存包（bāo）裝時, 要用（yòng）幹淨紗布手套接觸包裝零件。

      鈦合金成品件, 允許用中性羊（yáng）皮紙、牛皮紙（zhǐ）、聚乙烯塑料包（bāo）裝。

      鈦合金成品件, 不允許油封, 不允許用蠟紙、聚氯乙烯塑料包裝, 以防接觸腐蝕。

      鈦合金成品件禁止與含硫、含氯包裝紙或蠟紙接（jiē）觸。