胡舸,孟惠民,王浩宇

(1.北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院,北京100083; 2.北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100083)

理論與試驗(yàn)研究

高溫耐磨粘結(jié)銅除銅工藝研究

胡舸1,孟惠民1,王浩宇2

(1.北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院,北京100083; 2.北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100083)

目的獲得經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好型化學(xué)溶解高溫耐磨粘結(jié)銅的工藝。方法采用正交實(shí)驗(yàn)獲得化學(xué)溶解除銅的最佳工藝參數(shù),利用電化學(xué)手段測(cè)試銅及炮管基體在兩種溶液體系最優(yōu)配方中的E-t曲線和極化曲線,通過(guò)連續(xù)失重法分析銅在腐蝕溶液中的腐蝕溶解規(guī)律,并觀察溶解后的表面形貌。結(jié)果化學(xué)溶解除銅工藝最優(yōu)配方分別為過(guò)氧化氫-檸檬酸(H2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%)+ C6H8O7(質(zhì)量濃度為6 g/L)+溫度θ為30℃ +pH值為10)、溴酸鉀-檸檬酸(KBrO3(質(zhì)量濃度為30 g/L)+C6H8O7(質(zhì)量濃度為30 g/L)+溫度為30℃+pH值為10)。腐蝕溶解初始階段,銅基體表面氧化膜逐漸溶解破壞,腐蝕電位變負(fù),溶解速率加快,隨后銅基體裸露,進(jìn)入穩(wěn)定溶解過(guò)程,反應(yīng)速率逐漸趨于穩(wěn)定。在溴酸鉀-檸檬酸體系中銅的自腐蝕電流密度比過(guò)氧化氫-檸檬酸體系中高2個(gè)數(shù)量極,表現(xiàn)出更強(qiáng)的陽(yáng)極活化能力和腐蝕溶解速度。結(jié)論銅在兩種溶液體系中表現(xiàn)出快速穩(wěn)定的溶解速度,炮管基體的腐蝕速率比銅小2～3個(gè)數(shù)量級(jí),具有良好的耐蝕能力。

粘結(jié)銅;腐蝕溶解規(guī)律;電化學(xué)行為

火炮發(fā)射過(guò)程伴隨著彈丸的高速運(yùn)動(dòng),火炮身管內(nèi)膛表面會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的燒蝕磨損而形成積炭層粘附在膛線上[1],導(dǎo)致彈丸在身管內(nèi)得不到應(yīng)有的旋轉(zhuǎn),從而大大降低火炮的打擊精度。積炭層主要分為2部分:一部分是由于彈丸彈帶擠壓、摩擦及熔化產(chǎn)生的粘結(jié)銅;另一部分是由于彈藥燃燒不完全形成的火藥殘?jiān)黐2]。銅是積炭中含量最多且最難清除的物質(zhì),把銅去掉后,其他的殘屑將變得疏松,較容易清洗。傳統(tǒng)的人工、機(jī)械擦拭火炮清洗方法對(duì)積炭層中的火藥殘?jiān)哂休^好的清洗效果,但粘結(jié)銅卻很難被徹底清除[3—4]。

20世紀(jì)90年代末期,國(guó)內(nèi)學(xué)者王載興、吳三毛、朱絨霞、楊桂林[5—9]等利用化學(xué)方法對(duì)粘結(jié)銅除銅進(jìn)行了研究,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果的除銅效率不高且溶液中含有大量對(duì)身體有害的氨水,這些問(wèn)題限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。劉曉陽(yáng)[10]等采用溴酸鉀-氨水-硝酸銨溶液退除碳鋼上的銅鍍層,試驗(yàn)表明,硝酸銨加速退銅效果好,溶液對(duì)碳鋼腐蝕性小,但退銅效率較低。Earl Jr[11—12]等利用過(guò)硫酸銨法進(jìn)行化學(xué)退銅,但過(guò)硫酸銨極易分解,使退鍍液使用時(shí)間短,提高了生產(chǎn)成本。針對(duì)上述問(wèn)題利用正交實(shí)驗(yàn)獲得了2種化學(xué)溶解除銅工藝配方,并采用電化學(xué)手段分析了銅在不同溶液中的微觀形貌、腐蝕行為及溶解規(guī)律,為研發(fā)經(jīng)濟(jì)高效且環(huán)保的粘結(jié)銅化學(xué)除銅技術(shù)及工藝提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試樣制備

火炮射擊后炮膛內(nèi)會(huì)殘留一層積炭,銅是積炭中含量最多且最難清除的物質(zhì),因此選用T2銅作為粘結(jié)銅除銅試樣,其化學(xué)成分(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))為:Bi 0.001%,Sb 0.002%,As 0.002%,Fe 0.005%,Pb 0.005%,S 0.005%,其余為Cu。采用線切割方式加工試樣,尺寸為:20 mm×20 mm×0.3 mm,并在體積分?jǐn)?shù)為7%的鹽酸溶液中超聲清洗20 min,再進(jìn)行堿洗除去銅表面的氧化物,隨后用丙酮清洗污漬,吹干備用。

l.2 方法

式中:v為腐蝕溶解速率,μm/h;ρ為銅密度, 8.9 g/cm3;m為試樣初始質(zhì)量,g;m1為腐蝕溶解后質(zhì)量,g;S為試樣表面積,cm2;t為腐蝕溶解時(shí)間,

化學(xué)除銅體系為:過(guò)氧化氫-檸檬酸體系和溴酸鉀-檸檬酸體系。在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系中,過(guò)氧化氫為銅的氧化劑,檸檬酸為絡(luò)合劑;在溴酸鉀-檸檬酸體系中,溴酸鉀為銅的氧化劑,檸檬酸亦為絡(luò)合劑。

采用系列正交實(shí)驗(yàn)探討了適用于去除火炮身管內(nèi)膛表面粘結(jié)銅的最優(yōu)工藝,使用失重法測(cè)定銅在清洗溶液中2 h的平均反應(yīng)速率,結(jié)合銅反應(yīng)后的表面質(zhì)量作為正交實(shí)驗(yàn)的綜合考查指標(biāo)。在最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行連續(xù)失重實(shí)驗(yàn),以單位時(shí)間內(nèi)銅減少的厚度作為腐蝕溶解速率。使用精度為0.1 mg的BS 110型電子分析天平測(cè)定銅反應(yīng)前后的質(zhì)量,利用公式(1)計(jì)算腐蝕溶解速率,并用Origin軟件擬合連續(xù)失重實(shí)驗(yàn)的速率曲線。利用POLYVAR MET金相顯微鏡觀察溶解前后銅表面形貌。min。

在三電極體系條件下使用CHI660B系列電化學(xué)工作站對(duì)銅、炮管基體進(jìn)行Tafel極化曲線、E-t曲線測(cè)試。其中參比電極為飽和甘汞電極(SCE),輔助電極為鉑電極,工作電極分別為銅、炮管基體,工作面積為1.0 cm2,掃描速率為1 mV/s,掃描電位范圍:-1～3 V。E-t曲線掃描時(shí)間為1500 s,銅、炮管基體尺寸分別為10 mm×10 mm,φ10 mm,溶液溫度為(30±1)℃。試驗(yàn)前,用400#—1200#砂紙逐級(jí)打磨試樣并拋光,冷風(fēng)吹干備用。

有些企業(yè)管理人員認(rèn)為：網(wǎng)絡(luò)品牌就是為產(chǎn)品申請(qǐng)個(gè)商標(biāo)或貼個(gè)牌子，設(shè)計(jì)個(gè)LOGO和包裝，再進(jìn)行產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)推廣和銷售。這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，商標(biāo)只是告訴消費(fèi)者產(chǎn)品屬于某個(gè)企業(yè)，僅僅只是一個(gè)認(rèn)證符號(hào)而已。網(wǎng)絡(luò)品牌的建設(shè)是個(gè)系統(tǒng)工程，主要開(kāi)展以下兩方面工作：一方面，企業(yè)要開(kāi)展調(diào)研，了解市場(chǎng)、顧客、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的現(xiàn)狀與特點(diǎn)；另一方面，企業(yè)結(jié)合自己的各方面資源條件，確定一個(gè)可行的細(xì)分市場(chǎng)，制定網(wǎng)絡(luò)品牌戰(zhàn)略。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)篩選最優(yōu)工藝

確定正交實(shí)驗(yàn)的考查因素,并針對(duì)每個(gè)因素確定3個(gè)水平,見(jiàn)表1和表2,形成三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表3和表4。

按各列中Ⅰj,Ⅱj和Ⅲj的最大值可以選擇A3B3C2為過(guò)氧化氫-檸檬酸體系最優(yōu)工藝條件,即: H2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%)+C6H8O7(質(zhì)量濃度為6 g/L)+溫度為30℃ +pH值為10。查F分布表可知,因素A(H2O2濃度)和因素B(C6H8O7濃度)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著性影響的置信區(qū)間為95%,因素C (溫度)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著性影響的置信區(qū)間為90%。D2E2C2為溴酸鉀-檸檬酸體系最優(yōu)工藝條件:KBrO3(質(zhì)量濃度為30 g/L)+C6H8O7(質(zhì)量濃度為30 g/L)+溫度為30℃)+pH值為10。通過(guò)正交表的統(tǒng)計(jì)分析可對(duì)各因素的顯著性水平給出評(píng)價(jià):因素D和因素C對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著性影響的置信區(qū)間為75%,因素E對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著性影響的置信區(qū)間更小,它的水平變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可以忽略。由此說(shuō)明,該工藝中的3個(gè)因素都是低顯著性因素,實(shí)驗(yàn)結(jié)果受誤差的干擾較大。

表1 過(guò)氧化氫-檸檬酸體系的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal design of hydrogen peroxide-citric acid system

表2 溴酸鉀-檸檬酸體系的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Orthogonal design of potassium bromate-citric acid system

表3 過(guò)氧化氫-檸檬酸體系的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal results of hydrogen peroxide-citric acid system

表4 溴酸鉀-檸檬酸體系的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Orthogonal results of potassium bromate-citric acid system

試樣在兩種體系溶液最優(yōu)工藝條件下溶解后的宏觀及微觀形貌如圖1和圖2所示。觀察發(fā)現(xiàn),在兩種溶液體系下,銅反應(yīng)后表面均產(chǎn)生麻點(diǎn)狀缺陷,這說(shuō)明在除銅過(guò)程中銅的腐蝕是不均勻的。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察分析,得麻點(diǎn)狀缺陷的形成原因如下所述。

圖1 銅在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系下溶解后的形貌Fig.1 Morphology of copper after dissolution in hydrogen peroxide-citric acid system

圖2 銅在溴酸鉀-檸檬酸體系下溶解后的形貌Fig.2 Morphology of copper after dissolution in potassium bromate-citric acid system

1)在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系化學(xué)法除銅工藝中,由于過(guò)氧化氫在堿性環(huán)境易快速分解[13—14],在反應(yīng)過(guò)程中分解產(chǎn)生一定量的氧氣,氧氣在溶液中的濃度超過(guò)其溶解度時(shí)會(huì)以微小氣泡的形式析出。銅作為非均勻形核的“靠背”為氣泡的析出提供了場(chǎng)所,氣泡阻滯銅與溶液的進(jìn)一步反應(yīng),從而導(dǎo)致銅反應(yīng)不均勻出現(xiàn)麻點(diǎn)狀缺陷。

2)在溴酸鉀-檸檬酸體系化學(xué)法除銅工藝中,因各組分濃度較高,使氧化反應(yīng)的速度較快。由于絡(luò)合反應(yīng)受擴(kuò)散過(guò)程控制,反應(yīng)速度較慢,使銅的氧化產(chǎn)物粘附在銅的表面,阻滯銅與溶液的進(jìn)一步反應(yīng),導(dǎo)致銅表面的反應(yīng)不均勻而出現(xiàn)麻點(diǎn)狀缺陷。

2.2 連續(xù)失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

銅在兩種溶液體系下連續(xù)失重反應(yīng)速率曲線如圖3所示?？梢钥闯?隨著反應(yīng)的進(jìn)行,銅的反應(yīng)速率變化規(guī)律基本一致,均呈現(xiàn)出先升高后逐漸趨于穩(wěn)定的規(guī)律。在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系中,銅溶解反應(yīng)20 min時(shí)反應(yīng)速率達(dá)到最大值21.24 μm/h;溶解40 min后,速率減少至11.80 μm/h;反應(yīng)進(jìn)行60 min后,速率下降趨勢(shì)較明顯。隨著反應(yīng)的進(jìn)行溶解速率基體保持不變,穩(wěn)定在3.5 μm/h,平均靜置除銅速率為7.70 μm/h,高于文獻(xiàn)[8]中過(guò)氧化氫-檸檬酸銨溶液體系的2.74 μm/h。在溴酸鉀-檸檬酸體系中,反應(yīng)40 min時(shí)反應(yīng)速率達(dá)到最大值82.67 μm/h;60 min后,反應(yīng)速率趨于穩(wěn)定在60 μm/h。平均靜置除銅速率為62.30 μm/h,高于文獻(xiàn)[5]中溴酸鉀-氨水溶液體系的45 μm/h。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn),銅在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系中的平均溶解速率僅為溴酸鉀-檸檬酸體系的1/9,且前者在反應(yīng)60 min后速率下降幅度很大,不到平均速率的一半,而銅在溴酸鉀-檸檬酸體系中反應(yīng)60 min后溶解速率下降幅度較小,仍然有平均速率的90%。這種差異主要是由于兩種溶液體系中的氧化劑化學(xué)性質(zhì)不同而產(chǎn)生的,過(guò)氧化氫在堿性條件下不穩(wěn)定,易快速分解,且過(guò)氧化氫與銅的溶解過(guò)程中產(chǎn)生的熱量使溶液溫度上升,加速其分解速率。因此過(guò)氧化氫的濃度隨反應(yīng)的進(jìn)行不斷減少,從而導(dǎo)致銅的溶解速率大幅降低。

圖3 銅在兩種溶液體系中的連續(xù)失重速率曲線Fig.3 Mass loss curve of the red copper in the two solution systems

銅在兩種溶液體系中的極化曲線如圖4所示。分析銅在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系溶液中的極化曲線可知,電位范圍在-0.2～0.2 V時(shí),處于活化區(qū),腐蝕電流密度隨電位的升高而迅速增大。在這個(gè)過(guò)程中,銅電極表面的氧化膜逐漸被破壞,裸露出的銅基體發(fā)生陽(yáng)極溶解。0.2～0.5 V時(shí)進(jìn)入過(guò)渡區(qū),電流密度隨電位升高而略微降低。在這個(gè)過(guò)程中,銅電極表面形成氧化膜并逐漸鈍化。電位超過(guò)1.0 V以后,電流密度穩(wěn)定在7.52×10-2A/dm2,溶解速率趨于穩(wěn)定。在溴酸鉀-檸檬酸體系中,銅電極在0.16～0.3 V范圍內(nèi)處于活化區(qū),腐蝕電流密度隨電位的升高而迅速增大。電位到達(dá)1.2 V時(shí),電流密度穩(wěn)定在8.46×10-2A/dm2左右,銅電極的溶解速率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 銅在兩種溶液體系中的極化曲線Fig.4 Potentiadynamic polarization curve of the red copper in the two solution systems

將圖4中的陽(yáng)極極化曲線和陰極極化曲線的直線部分外延相交于一點(diǎn),該點(diǎn)的縱坐標(biāo)為自腐蝕電位(Ecorr),橫坐標(biāo)為腐蝕電流(Icorr),腐蝕電流與電極面積之比為腐蝕電流密度(jcorr)。腐蝕電流密度與腐蝕速率的換算關(guān)系如公式(2)所示[15]。

式中:v為自腐蝕速率,g/(m2·h);Icorr為腐蝕電流密度,A/cm2;M為金屬的摩爾質(zhì)量,g/mol;n為金屬的化合價(jià);F為法拉第常數(shù),C/mol。

從圖4中獲得的電化學(xué)參數(shù)見(jiàn)表5,可以看出,銅在兩種體系溶液中的自腐蝕電流相差2個(gè)數(shù)量級(jí),即銅在溴酸鉀-檸檬酸體系溶液中的腐蝕電流遠(yuǎn)大于在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系溶液中的腐蝕電流。因此,根據(jù)公式(2)計(jì)算出銅在溴酸鉀-檸檬酸體系中的腐蝕速率比銅在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系中要大,這與連續(xù)失重實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相符。

表5 銅在兩種溶液體系中的電化學(xué)參數(shù)Table 5 Electrochemical parameters of the red copper in the two solution systems

炮管基體在兩種體系溶液中極化曲線如圖5所示,觀察可知,極化曲線呈現(xiàn)出典型的活化-鈍化特征[16—17]。運(yùn)用外推法可以得到炮管基體在兩種體系溶液中的自腐蝕電位和腐蝕電流,并計(jì)算出腐蝕電流密度和腐蝕速率,見(jiàn)表6?？梢钥闯?炮管基體在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系和溴酸鉀-檸檬酸體系中的腐蝕速率比銅的自腐蝕速率小2～3個(gè)數(shù)量級(jí),說(shuō)明炮管基體在上述兩種體系中有良好的耐蝕能力。

表6 炮管基體在兩種溶液體系中的電化學(xué)參數(shù)Table 6 Electrochemical parameters of the artillery barrel in the two solution systems

圖5 炮管基體在兩種溶液體系中的極化曲線Fig.5 Potentiadynamic polarization curve of the artillery barrel in the two solution systems

2.4E-t曲線

銅在兩種溶液體系中的E-t曲線如圖6所示,通過(guò)E-t曲線的測(cè)試可以解釋并分析銅在兩種溶液體系最優(yōu)工藝條件下連續(xù)失重曲線的規(guī)律。觀察銅在過(guò)氧化氫-檸檬酸溶液體系中的E-t曲線可知:在0～600 s時(shí),電極電位隨著反應(yīng)的進(jìn)行而降低,反應(yīng)速率加快,這是由于銅電極表面在空氣中形成的氧化膜比較疏松,在溶液中逐漸遭到破壞而使腐蝕程度不斷加劇;在600～500 s時(shí),電極電位隨著反應(yīng)的進(jìn)行而升高,反應(yīng)速率逐漸變慢,這是因?yàn)檫^(guò)氧化氫由于反應(yīng)消耗以及在快速分解作用下,濃度不斷降低,從而使銅的腐蝕電位逐漸升高,溶液速率不斷降低。

銅在溴酸鉀-檸檬酸體系溶液反應(yīng)前45 s時(shí),電極電位隨著反應(yīng)的進(jìn)行而降低,此時(shí)銅表面的氧化膜不斷快速溶解;在45～800 s時(shí),電極電位隨著反應(yīng)的進(jìn)行而升高,表明電極表面氧化膜逐漸溶解并將銅基體裸露于溶液中;當(dāng)時(shí)間超過(guò)800 s后,電極電位隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐漸趨于穩(wěn)定。這是由于電極反應(yīng)析出的氧溶解在溶液中,并與裸露的銅電極反應(yīng)形成較為致密且具有一定保護(hù)作用的氧化膜,而溴酸鉀-檸檬酸體系對(duì)氧化膜的溶解作用顯著,從而銅電極表面的氧化膜在“破壞-修復(fù)”的作用下處于動(dòng)態(tài)平衡,隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行,銅的溶解速率處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。由此說(shuō)明溴酸鉀-檸檬酸體系除銅的效率更高,這與銅在兩種溶液體系下的連續(xù)失重結(jié)果是一致的。

圖6 銅在兩種溶液體系中的E-t曲線Fig.6 E-t curve of the red copper in the two solution systems

3 結(jié)論

1)通過(guò)系列正交實(shí)驗(yàn)確定過(guò)氧化氫-檸檬酸體系最優(yōu)工藝為:H2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%)+C6H8O7(質(zhì)量濃度為6 g/L)+溫度為30℃ +pH值為10,平均靜置除銅速率為7.70 μm/h,高于文獻(xiàn)[8]中過(guò)氧化氫-檸檬酸銨溶液體系的2.74 μm/h;溴酸鉀-檸檬酸體系最優(yōu)工藝為:KBrO3(質(zhì)量濃度為30 g/ L)+C6H8O7(質(zhì)量濃度為30 g/L)+溫度為30℃)+ pH值為10,平均靜置除銅速率為62.30 μm/h,高于文獻(xiàn)[5]中溴酸鉀-氨水溶液體系的45 μm/h。

2)對(duì)比兩種溶液體系連續(xù)失重除銅結(jié)果可知,過(guò)氧化氫-檸檬酸體系銅溶解速率相對(duì)較慢,但銅表面整體更加光潔、平整,只在局部出現(xiàn)麻點(diǎn)狀缺陷;溴酸鉀-檸檬酸體系銅溶解速率較快,但反應(yīng)后銅表面不僅有麻點(diǎn)狀缺陷,局部還存在蝕穿等缺陷。

3)銅在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系和溴酸-檸檬酸體系中的腐蝕電流相差2個(gè)數(shù)量級(jí),分別為:8.427× 10-4A/cm2,3.688×10-2A/cm2,說(shuō)明銅在溴酸鉀-檸檬酸體系中的腐蝕溶解速率比在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系更高。炮管基體在過(guò)氧化氫-檸檬酸體系和溴酸鉀-檸檬酸體系中的自腐蝕速率比銅的自腐蝕速率小2～3個(gè)數(shù)量級(jí),說(shuō)明炮管基體在兩種溶液體系中有良好的耐蝕能力。

4)E-t曲線表明,銅在兩種溶液體系反應(yīng)起始階段,表面氧化膜逐漸溶解破壞,腐蝕電位變負(fù),溶解速率加快,隨后銅基體裸露,反應(yīng)速率逐漸變慢。在溴酸鉀-檸檬酸體系中電極反應(yīng)析出的氧溶解在溶液中與裸露的銅電極反應(yīng)形成氧化膜,而溴酸鉀-檸檬酸體系對(duì)氧化膜的溶解作用顯著,從而銅電極表面的氧化膜在“破壞-修復(fù)”的作用下處于動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程,隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行銅溶解速率處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

[1] 張振山,吳永峰.炮管內(nèi)膛燒蝕磨損現(xiàn)象的分析[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào),2003,17(2):67—70. ZHANG Zhen-shan,WU Yong-feng.The Analysis of the Rubbing Abrasion and Erosion on the Barrel Bore[J]. Journal of Academy of Armored Force Engineering,2003, 17(2):67—70.

[2] 龐金錄,肖黎明,李宏偉,等.多功能便攜式火炮身管內(nèi)膛擦拭機(jī)的設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝,2011(9): 138—140. PANG Jin-lu,XIAO Li-ming,LI Hong-wei,et al.Design of Multi-functional and Portable Wiping Arrangement Used in Gun Barrel[J].New Technology and New Process,2011(9):138—140.

[3] 田慶濤,吳斌.火炮身管內(nèi)膛擦拭及影響[J].四川兵工學(xué)報(bào),2010,31(5):39—42. TIAN Qing-tao,WU Bin.Cannon Barrel Bore Wiping and Influence[J].Journal of Sichuan Ordnance,2010,31 (5):39—42.

[4] 朱絨霞.炮膛殘留銅垢清除的研究[J].腐蝕與防護(hù), 2005,26(3):112—113,119. ZHU Rong-xia.A Study on the Mechanism of Eliminating Residual Copper Scale[J].Corrosion and Protection, 2005,26(3):112—113,119.

[5] 王載興.溴酸鉀-氨水化學(xué)除銅[J].電鍍與環(huán)保,1990, 10(2):1—6. WANG Zai-xing.Chemical Stripping of Cu with KBrO3-NH3·H2O[J].Electroplating and Pollution Control, 1990,10(2):1—6.

[6] 吳三毛.過(guò)氧化氫鈍化方法的實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用[J].華東電力,2003(11):46—49. WU San-mao.Experimental Study and Application of H2O2Passivation Method[J].East China Electric Power, 2003(11):46—49.

[7] 朱絨霞,那靜彥.炮膛清洗的新工藝[J].清洗世界, 2004,20(1):38—41. ZHU Rong-xia,NA Jing-yan.New Technology of Cleaning Bore of Cannon[J].Cleaning World,2004,20(1):38—41.

[8] 楊桂林.過(guò)氧化氫-檸檬酸銨退銅工藝的研究[J].環(huán)境化學(xué),1988,8(4):69—73. YANG Gui-lin.Stripping Cu by Hydrogen Peroxide-Ammonium Citrate in the Electroplating Process[J].Environmental Chemistry,1988,8(4):69—73.

[9] 楊桂林.過(guò)氧化氫-碳酸銨退銅新工藝[J].環(huán)境工程, 1989,7(2):45—46. YANG Gui-lin.Stripping Cu by Hydrogen Peroxide-Ammonium Carbonate in the Electroplating Process[J].Environmental Engineering,1989,7(2):45—46.

[10]劉曉陽(yáng),李國(guó)希,朱日龍,等.溴酸鉀-氨水-硝酸銨溶液化學(xué)退銅[J].電鍍和精飾,2008,30(6):14—17. LIU Xiao-yang,LI Guo-xi,ZHU Ri-long,et al.Chemical Stripping Copper in KBrO3-NH3·H2O-NH4NO3Solution [J].Plating and Finishing,2008,30(6):14—17.

[11]EARL J,FADGEN Jr.Non Cyanide Alkaline Composition for Dissolving Non Ferrous Metals:US,3896043[P]. 1975-07-22.

[12]EARL J,FADGEN Jr.Method For Dissolving Non Ferrous Metals:US,3976500[P].1976-08-24.

[13]張清,應(yīng)超燕,余可娜,等.雙氧水分解速率和穩(wěn)定性研究[J].嘉興學(xué)院學(xué)報(bào),2010,22(3):51—53. ZHANG Qing,YING Chao-yan,YU Ke-na,et al.Study on Decomposition Rate and Stability of Hydrogen Peroxide [J].Journal of Jiaxing University,2010,22(3):51—53.

[14]吳思國(guó),王丹丹,蘆嵩林,等.鋁鹽沉淀法回收化學(xué)鍍鎳廢液中的磷[J].電鍍和精飾,2013,35(4):42—46. WU Si-guo,WANG Dan-dan,LU Song-lin,et al.Recycling Phosphorous From Spent Electroless Nickel Plating Baths by Aluminum Salt Precipitation[J].Plating and Finishing,2013,35(4):42—46.

[15]夏春蘭,吳田,劉海寧,等.鐵極化曲線的測(cè)定及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究[J].大學(xué)化學(xué),2003,18(5):38—41. XIA Chun-lan,WU Tian,LIU Hai-ning,et al.An Experimental Study on the Determination of Iron Polarization Plot and Its Application[J].University Chemistry,2003, 18(5):38—41.

[16]陳亮,姜愛(ài)華,丁毅,等.304不銹鋼焊管環(huán)保型酸洗鈍化工藝研究[J].表面技術(shù),2012,41(6):85—87. CHEN Liang,JIANG Ai-hua,DING Yi,et al.Study on Environment-friendly Pickling and Passivation for Welded Pipes of 304 Stainless Steel[J].Surface Technology, 2012,41(6):85—87.

[17]田飄飄,張振海,徐麗萍,等.氟鈦酸改性復(fù)合有機(jī)硅烷鈍化膜及膜層性能研究[J].表面技術(shù),2013,42 (3):33—37. TIAN Piao-piao,ZHANG Zhen-hai,XU Li-ping,et al.The Fluorine Titanate Modified Organic Silanes Passivation Film and Its Properties for Galvanized Steel Surface Coating[J].Surface Technology,2013,42(3):33—37.

Research on Removal Technology of Bonded Copper on the Wear-resistant and Heat-resistant Surface

HU Ge1,MENG Hui-min1,WANG Hao-yu2

(1.Institute of Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China; 2.Institute of Material Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)

ObjectiveTo obtain the economical and environment friendly chemical dissolution process of wear-resistant bonded copper.MethodsThe optimized chemical dissolution processes were obtained from a series of orthogonal experiment.Corrosion dissolution rule and electrochemical behavior of copper and artillery barrel in chemical solutions were investigated using the continuous weight loss method,polarization curve and E-t curve.The morphology of the copper in thecorrosion process was observed as well.ResultsThe chemical dissolution processes were hydrogen peroxide-citric acid system—H2O2(0.8%)+C6H8O7(6 g/L)+θ(30℃)+pH(10),and potassium bromate-citric acid system—KBrO3(30 g/L)+ C6H8O7(30 g/L)+θ(30℃)+pH(10),respectively.In the electrochemical test,the oxidation film of copper was gradually dissolved during the initial period,then the corrosion potential became negative with the increase of the dissolution rate.With the extension of time,copper matrix was exposed and entered the stable dissolution process and the dissolution rate tended to be stable.The corrosion current density derived from the polarization curve of the copper in potassium bromate-citric acid solution was two orders of magnitude greater than that in the hydrogen peroxide-citric acid solution,suggesting a much stronger ability of anodic activation.ConclusionCopper exhibited fast and stable dissolution rate,and the current density of artillery barrel was 2～3 orders of magnitude lower than that of the copper in both chemical solutions,suggesting excellent anti-corrosion performance.

bonded copper;corrosion dissolution rule;electrochemistry behavior

10.7643/issn.1672-9242.2014.04.014

TF804

:A

1672-9242(2014)04-0070-07

2014-04-19;

2014-04-23

Received:2014-04-19;Revised:2014-04-23

北京市教育委員會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目(00012087)

Fund:Supported by Science Research Program of Beijing Municipal Commission of Education(00012087)

胡舸(1986—),男,江西南昌人,博士研究生,主要研究方向?yàn)槟湍ツ臀g材料。

Biography:HU Ge(1986—),Male,from Nanchang,Jiangxi,Ph.D.graduate student,Research focus:anti-wear/corrosion materials.