一种运动式电解抛光tc4钛合金的装置及方法
阅读说明：本技术 一种运动式电解抛光tc4钛合金的装置及方法 (Device and method for moving type electrolytic polishing of TC4 titanium alloy ) 是由 吴国龙 徐叶蕾 姚建华 姚喆赫 于 2021-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种运动式电解抛光TC4钛合金的装置及方法,所述装置包括：阴极运动升降支架、阳极试样、阴极板、电解抛光槽；电解抛光时,阴极板顶部对齐阳极试样底部,通过阴极运动升降支架控制阴极板从阳极试样底部匀速向上移动,直至试样被完全抛光；本发明可实现钛合金表面不被氧化和均匀光亮的抛光。(The invention discloses a device and a method for moving type electrolytic polishing of TC4 titanium alloy, wherein the device comprises the following steps: the device comprises a cathode motion lifting support, an anode sample, a cathode plate and an electrolytic polishing tank; during electrolytic polishing, the top of the cathode plate is aligned with the bottom of the anode sample, and the cathode plate is controlled to move upwards at a constant speed from the bottom of the anode sample through the cathode motion lifting support until the sample is completely polished; the invention can realize the uniform and bright polishing of the surface of the titanium alloy without oxidation.)
技术领域
本发明公开了一种运动式电解抛光钛合金的装置及方法，涉及电解抛光技术，属于金属材料精密表面处理技术领域。
背景技术
Ti6Al4V是一种典型的α+β相钛合金，具有较高的比强度和比刚度、较强的韧性以及优异的抗腐蚀性能等特点，广泛应用于航空航天领域，可以提高结构的抗腐蚀能力和寿命。现有的电解抛光装置一般用夹子夹持被抛工件，工件容易脱落，且工件的所有面都裸露在电解液中，导致TC4钛合金在强酸性溶液中抛光易被氧化，两极板间的放电不均匀，试样被过度腐蚀，出现凹坑。电解抛光过程中，保持阴阳极静止，当工件垂直放置时，表面的粘膜由于重力而向下动，造成上、下区域粘膜厚度不同，抛光速率和抛光效果不同；如果工件是水平放置的，则工作件两端之间的电场差异较大电解液的流动性不好，薄膜的脱落不及时容易导致电解抛光的失败。
基于TC4钛合金的电解抛光易被氧化问题和基于沉浸的静态电解抛光表面均匀性问题。为此，本发明基于这两种问题提出了一种运动式电解抛光TC4钛合金的装置及方法。
发明内容
本发明提供了一种运动式电解抛光TC4钛合金的装置及方法，可实现钛合金表面不被氧化和均匀光亮的抛光。
本发明的技术方案如下：
一种运动式电解抛光TC4钛合金的装置，包括：阴极运动升降支架、阳极试样、阴极板、电解抛光槽；
所述阴极运动升降支架用于支撑阴极板，阴极板通过导电线连接电源负极，导电线外设有保护壳(材质为塑料，避免参加反应)；
所述阳极试样除了抛光面其余表面均被保护壳包裹，确保只有抛光面参与反应，阳极试样通过阳极导电棒连接电源正极；
所述阴极板、阳极试样均竖直设于电解抛光槽内且保持平行，阳极试样的抛光面与阴极板处于相对位置，电解抛光槽内放有磁极转子；
所述阴极运动升降支架的一端连接计算机，通过计算机程序使阴极板保持匀速运动，运动方向为从阳极试样的底部运动到顶部；
所述阳极试样为TC4钛合金；所述阴极板也为TC4钛合金；
进一步，阴阳极的宽度比保持1：1，高度比可任意，优选阴阳极面积比为1：4。
利用本发明装置进行运动式电解抛光TC4钛合金的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将TC4钛合金基材用砂纸进行表面打磨，然后超声清洗，吹干备用；
(2)以步骤(1)准备好的TC4钛合金为阳极接电源正极，阴极板接电源负极，将阴、阳两极浸没于电解液中，开启电源进行电解抛光；
所述电解液的组成为：高氯酸50～100g/L，三乙醇胺5～10g/L，溶剂为乙酸；
所述电解抛光的电压为45～60V，时间为40～100s，阴、阳两极之间水平间距为1～2cm；
阴极板顶部对齐阳极试样底部，通过阴极运动升降支架控制阴极板从阳极试样底部匀速向上移动，移动速度为1～100mm/s，直至试样被完全抛光；抛光过程中磁极转子搅拌溶液，促进电解液的流动，保证抛光区域的离子扩散和电解液的补充同时促进薄膜的脱落。
相比于现有技术，本发明有益效果主要有：
(1)阴极匀速向上运动对试样进行抛光，试样竖直完全浸入电解质中，在这种情况下，表面上的粘性膜由于重力而向下流动，因此，从下向上运动时，下面区域的抛光不受上面区域抛光的影响，避免了静止抛光时由于粘性膜的厚度不同而产生不同的蚀刻率和抛光效果。
(2)抛光过程中磁极转子搅拌溶液，促进电解液的流动，保证抛光区域的离子扩散和电解液的补充同时促进薄膜的脱落。
(3)钛合金所有面都暴露在电解液中抛光时易被氧化，阳极试样保护壳保证只露出抛光面能有效避免这个问题。
(4)高氯酸乙酸溶液对TC4钛合金的电解抛光有肉眼可见的平整光亮效果。
(5)实验操作简单、安全，工艺稳定效率高，且可用于钛合金EBSD试样的制备。
附图说明
图1为本发明运动式电解抛光TC4钛合金的装置图，其中，1-阴极运动升降支架、2-导电线、3-导电线塑料保护壳、4-阳极导电棒、5-阳极试样、6-阳极试样保护壳、7-电解液、8-阴极板、9-磁极转子、10-电解抛光槽。
图2为钛合金基体和实施例1～3抛光后试样的表面形貌图。
图3为钛合金基体和实施例1～3抛光后试样的电化学极化曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
(1)试样预处理：TC4钛合金基材厚度为2mm，经线切割加工成边长为2cm的矩形，用80#、240#、400#、800#的砂纸进行表面打磨，并用超声波在酒精溶液中清洗表面20min后，用吹风机吹干。
(2)用显微镜拍试样抛光前的显微图(图2中a)和测试样的耐腐蚀性(图3)。
(3)电解抛光工艺参数设置：在8％的高氯酸乙酸电解液中进行，并加入7g/L的三乙醇胺；抛光电压20V，抛光时间20s，磁极转子转度300r/min，电极间隙2cm，室温下进行；TC4钛合金试样做阳极，另一TC4钛合金做阴极，阴阳极面积比例为1：4；阴极板顶部对齐阳极试样底部，通过阴极运动升降支架控制阴极板从阳极试样底部匀速向上移动，移动速度为1mm/s，直至试样被完全抛光。
(4)将经电解抛光的TC4钛合金试样用无水乙醇超声清洗5min后取出，吹风机吹干。
(5)再次用显微镜拍试样表观图(图2中b)和测试样的耐腐蚀性(图3)。
实施例2
(1)预处理及后续处理参照实施例1中(1)、(2)、(4)、(5)。
(2)电解抛光工艺参数设置：在8％的高氯酸乙酸电解液中进行，并加入7g/L的三乙醇胺；抛光电压40V，抛光时间40s，磁极转子转度300r/min，电极间隙2cm，室温下进行；TC4钛合金试样做阳极，另一TC4钛合金做阴极，阴阳极面积比例为1：4；阴极板顶部对齐阳极试样底部，通过阴极运动升降支架控制阴极板从阳极试样底部匀速向上移动，移动速度为1mm/s，直至试样被完全抛光。
实施例3
(1)预处理及激光抛光参数设置参照实施例1中(1)、(2)、(4)、(5)。
(2)电解抛光工艺参数设置：在8％的高氯酸乙酸电解液中进行，并加入7g/L的三乙醇胺；抛光电压60V，抛光时间60s，磁极转子转度300r/min，电极间隙2cm，室温下进行；TC4钛合金试样做阳极，另一TC4钛合金做阴极，阴阳极面积比例为1：4；阴极板顶部对齐阳极试样底部，通过阴极运动升降支架控制阴极板从阳极试样底部匀速向上移动，移动速度为1mm/s，直至试样被完全抛光。
对以上电解抛光的TC4钛合金试样进行表面形貌(图2)和耐腐蚀性分析(图3)，发现在实施例3中的试样具有最好的电解抛光效果。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
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