Раствор для травления титана и его сплавов Советский патент 1983 года по МПК C23F1/00 C09K13/04 

СО

с

g

РАСТВОР ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ТИТА;НА И ЕГО СПЛАВОВJ. содержащий кремнефтористоводородную кислоту и воду, о сличающийся тем, что, с целью снижения наводораживания металла и интенсификации процесса травления, он дополнительно содержит фторид железа (||)|при следующемсоотнсшении компонентов, маеД: Кремнефтористоводородная кислота 10-60 Фторид железа ( fl) 0,01-0,08 ВодаОстальное

4:ib

Ud

эо эо Изобретение относится к химической обработке поверхности металл, а именно к составам для химического травления титана и его сплавов, и мо жет быть использовано в цветной мет таллургии, химической промыщленности и в других областях. Известен раствор для химического травления титана, содержащий 375 г/л азотной кислоты, 80 г/л фтористого водорода и 110 г/л хлористого кальция. Он представляет насыщенный раст вор хлористого кальция в сиеси плавиковой и азотной кислот, что максимально понижает активность фтор-иона в растворе. Поэтому скорость травления изделий из титана в нем составля ет 40-50 мкм/ч, а титановых сплавов 10-25 мкм/ч, чем и обеспечивается ра номерность травления fl . Однако этот раствор не находит практического применения, вследствие существенных недостатков. Он не обес печивает высокую производительность процесса, операция травления продолжается 1-2 ч, при повышенных скоростях травления раствор надо нагреват но при этом не достигается равномерность травления. Известен также водный раствор для травления титана или титановы) сплавов , содержащий азотную и кремнефтор товодородную кислоты. В этом растворе содержание азотной кислоты состав ляет 1бО-180 г/л и кремнефтористоводородной кислоты 8-12 г/л, остальное вода 2. Кремнефтористоводородная кислота является отходом производства безводного фтористого водорода и плавиковых кислот и находит ограниченное применение. Травление в данном растворе производится при 16-22 С в те чение -20 мин, что обеспечивает матовый внешний вид протравленной поверхности и, следовательно, возможность ее эффективного осмотра. В при мерах указаны режимы травления барабана газовой турбины из титанового сплава, содержащего алюминий, цирконий и вольфрам, за 20 мин был снят слой толщиной 3,8 мкм, т.е скорость травления достигала ll, мкм/ч. На протравленной матовой поверхности были отчетливо видны дефекты,. возникшие при изготовлении барабана. При травлении в другом режиме за мин был удален слой 2,5 мкм толщинои, что эквивалентно скорости травления мкм/ч. Недостаток раствора для химического травления титана, содержащего кремнефтористоводородную кислоту значительное наводораживание протравленных изделий, из-за чего применение его ограничено, поскольку это значительно снижает показатели механических и технологических свойств. Для получения минимального- наводораживания применен известный прием, т.е. в растворе для травления поддерживается высокая концентрация азотной кислоты, являющейся сильным окислителем -атомарного водорода, образующегося при травлении. Однако, как известно, это не устраняет полностью проникновения водорода в металл. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является раствор для травления титана и титановых сплавов, содержащий кремнефтористоводородную кислоту. Скорость травления титана в э.том растворе составляет 2,8 мкм/мин при 21C и 5,6 мкм/мин при 35С. Титан растворя ется с образованием кремнефторида титана ( DI). Регенерация травильного раствора осуществляется введением в него серной кислоты с последующим выделением сульфата титана (1И) 33. Недостаток этого раствора заключается в значительном наводораживании изделий. Цель изобретения - снижение наводораживания металла и интенсификация процесса. Поставленная цель достигается тем, что раствор для травления титана и его сплавов, содержащий кремнефтористоводороднуй кислоту и воду, дополнительно содержит фторид железа ( Г1 ) при следующем соотношении компонентов, мас.: Кремнефтористоводородная кислота 10-60 Фторид железа 0,01-0,08 ВодаОстальное Предлагаемый раствор не содержит дорогих, дефицитных и не полностью используемых компонентов, обеспечивает широкий диапазон скоростей травления титана и его сплавов, а также дает возможность утилизировать отработанный раствор. Применение данного раствора расширяет область использования в про3101 9884

мышленности отхода производства фто- :зоввно в производстве д,вуокиси титаристого водорода - кремнефтористоводородной кислоты, имеющей ограниченное применение.

Пример 1, Пластину из титано-5 ют титановые сплавы ВТ-1-0, ВТ-18,

вого сплава ВТ-5-1 размером 120-60-OT-t, ВТ-20 и др.

2 мм помещают в раствор при 18-22°С.Полученные данные подтверждают

Через мин пластину извлекаютданные примера 1.

из раствора, промывают водой, спир-Скорость травления высоколегиротом и высушивают. Скорость травленияЮ ванных-сплавов титана примерно в 2

определяют по убыли в весе плести-, ны после травления. Определяют пластины на содержание водорода --навод дораживаниео Для выяснения праничных пределов концентраций компонентов был опробован целый ряд растворов, составы которых указаны в таблице. Раствор готовят следующим образом. Техническую кремнефтористоводород- зо После ную кислоту анализируют на содержание железа. Недостающий до необходимой концентрации фторид железа вносят в кислоту и раствор перемешивают до растворения твердого вещест ва. Раствор с низким содержанием же|леза готовят смешением технической ;кремнефтористоводородной кислоты и кислоты реактивной квалификации, в которой практически не содержится металлических примесей, П р и м е р 2. Опыты ведут, как описано в примере 1„ Раствор для химического травления титана, содержащий 30 кремнефтористоводородной кислоты с Ч 6,5 и фторидрв железа - 0,05 масД, используют повторно. В отработанном растворе содержится кремнефтористоводородной кислоты 15,5 мас.. ,5, фторидов железа 0,08 мае.%. Пластины из титана ВТ-1-0 содержат водорода ;до обработки 0,002%, после травления 0,002%. Скорость травления к кон цу, работы раствора снижается до 50 мкм/ч. К отработанному раствору добавляю 10% серной кислоты и отгоняют летучие компоненты. В результате получают мремиефтористоводородную кисло- ту, содержащую 10% основного вещества ,9 и фторидов железа - менее 0,005%. Она используется для повторного травления, показатели которого соответствуют данным примерам 1. Остаток от перегонки после отделения кремнегеля содержит водный раствор сульфатов титана, железа и других металлов и может быть испольна по методу сернокислотного разложения ильменита.

П р и мер Зо Травлению подвергараза ниже, чем титана и низколеги-. рованных титановых сплавов. Максимальная скорость травления достигается с составом раствора по п. 3 таблицы. Растворение сплавов протекает равномерно, достигается полное растворение окалины. Шероховатости на протравленной поверхности, темные пятна и темный налет не наблюдаются. травления содержание водорода в пластинах не увеличивается. Из анализа .результатов видно, что минимальное наводораживание поверхности титана и его сплавов происходит при содержании в растворе для химического травления 10-60 мас.% кремнефтористоводородной кислоты. При содержании ее в растворе менее 10% наводораживание поверхности значительно возрастает, BepoiRTHO, вследствие гидролиза кремнефтористоводородной кислоты в разбавленных водных растворах, в которых образуется фтористоводородная кислота и кремнекислота. Содержание 60% дЛя кремнефтористоводородной кислоты является предельным в водном растворе, так как более концентрированные растворы разлагаются с выделением в газовую фазу тетрафторида кремния и поэтому их применение нецелесообразно. В применяемой кремнефтористоводородной кислоте отношение фтора к кремнию, которое согласно химической формуле, должно равняться точно 6,0/ колеблется в широких пределах, так как техническая кислота представляет сложную смесь кремнефтористоводородной кислоты, продуктов ее взаимодействия с водой и их с самой кислотой и между собой. Поэтому определены граничные пределы этого отношения: от 5,5 до 7,q, При отношении V (фтора к кремнию) ниже 5,5 и выше 7,0 наводораживание поверхности протравленных пластин возрастает, т.е. поставленная цель достигается так,же, как и в случае содержания фторидов железа менее 0,01 или более OvOS мае., что 5.10 соответствует содержанию железа в пе ресчете на металл в пределах 0,005 0,040% к массе травильного раствора. При V менее скорость травления снижается до 50 мкм/ч или менее, аналогично - при содержании фторида железа менее 0,01 масД и кремнефтористоводородной кислоты 10%.

Состав раствора, г/л: HiSIFe 10, НМОз 1бО. 8« Использование предлагаемого раствора дает знамительный экономический эффект за счет интенсификации процесс са и получения более качественных изделий, при снижении степени наводораживания металла. Решается также важная проблема использования отходов производства фтористого водорода -технической кремнефтористоводородной кислоты.