摘要：鈦合金工件在鑄造過(guò)程中會(huì)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(guò)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(diǎn)，并分析酸洗中易出現(xiàn)的問(wèn)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(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ153 文章編號(hào)：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(guò)程中表面會(huì)形成一種氧化層和其他污物，并且鑄件的壁厚對(duì)其力學(xué)性能也有一定的影響。因此，在噴砂工序后須通過(guò)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(diǎn)，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(qiáng)酸，且在酸液配比中所占比重較大，濃度較高。因此，對(duì)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(guò)深酸洗、輕酸洗、水沖洗、水浸洗、去離子水清洗、干燥等過(guò)程，并對(duì)酸洗過(guò)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(jì)，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(jī)裝卸工件。為了更有效充分地利用酸洗槽空間，同時(shí)避免工件與槽體的撞擊，設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)成橢圓形封閉軌道，以便于吊裝工件（如圖1）。

圖1 吊車設(shè)計(jì)圖

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(shí)，為了充分利用槽體容積，將所有槽體水平方向設(shè)計(jì)成正方形（見(jiàn)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(guò)10%。同時(shí)，隨著酸洗的進(jìn)行，酸液的溫度會(huì)逐漸上升。而工藝上對(duì)鑄件酸洗溫度的要求一般在10℃～60℃之間。因此，需對(duì)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(shí)對(duì)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(qiáng)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(qiáng)其槽體強(qiáng)度和美觀性。同時(shí)，為了增強(qiáng)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(guò)程中對(duì)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(duì)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(jì)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(huì)隨著清洗下來(lái)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(guò)高會(huì)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(duì)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(jì)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(diǎn)流向水沖洗槽中的低液位點(diǎn)（見(jiàn)圖2），以增加水的流動(dòng)性。

圖2 漂洗段槽體設(shè)計(jì)

2.4 去離子水清洗段

鑄件在酸洗和漂洗過(guò)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(guò)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(guò)陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)水中的各種陰、陽(yáng)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(duì)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(duì)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(guò)濾器→活性炭過(guò)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(guò)濾器→高效反滲透→中間水箱→EDI水泵→EDI系統(tǒng)→微孔過(guò)濾器→儲(chǔ)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。

圖3 去離子水設(shè)備

2.5 干燥段

干燥系統(tǒng)用來(lái)烘干去離子水清洗后的鑄件。干燥過(guò)程一般分兩個(gè)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(jiàn)，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(guò)程中會(huì)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(lái)凈化酸洗產(chǎn)生的廢氣。凈化后的氣體排放濃度達(dá)到國(guó)家允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn)。在（HNO3+HF）混酸酸洗過(guò)程中，主要產(chǎn)生大量的NOx廢氣，濃度較高，如果不經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膬艋幚磉_(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，煙囪會(huì)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）?；瘜W(xué)處理工藝主要用于小型生產(chǎn)線，并且會(huì)產(chǎn)生廢液；活性炭吸附方法處理廢氣不徹底；實(shí)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(wú)毒無(wú)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(jī)→前置預(yù)熱器→氣—?dú)鈸Q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(jī)→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)，典型SCR反應(yīng)條件下的化學(xué)反應(yīng)式為：

NO2+NO+2NH3=2N2+3H2O

4NO+O2+4NH3=4N2+6H2O

2NO2+O2+4NH3=3N2+6H2O

通過(guò)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(shí)，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(guò)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(yǔ)

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(duì)設(shè)備的腐蝕問(wèn)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(dòng)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(jī)械工業(yè)出版社，2004.

作者簡(jiǎn)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(chǎng)技術(shù)支持及工裝模具設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）