Раствор для травления титана и его сплавов

 

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

0% (И)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 3224897/22-02 (22) 20.10.80 (46) 30.04.83, Бюл. М 16 (72) В.К.фомин, В.П.Кушнаренко, 3,К,Ханина, Е.В.Осипов, О.В.Лебедев и Б.10.ягуд (53) 621.,794,42 (088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР кл . C: 23 F1/00,,. .1974. .2. Патент ФРГ Н .2229897, кл. С 23 F 1/00, опублик. 1976.

3. Реферативный журнал, "Коррозия и.защита от коррозии", 1970, ; 1, к. 308. мя),С 2 F 1 00. C 0 К 1 04

Ч54) (57) PAGTBOP для ТРАВления титА-

-:НА И ЕГО СПЛАВОВ„ содержащий кремне". Фтористоводородную кислоту и воду ;

:отличающийся тем,.что, с целью снижения наводораживания металла и интенсификации процесса травления, он дополнительно содержит

Фторид железа { И );при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Кремнефтористово дородная кислота 10"60 фторид железа (П ) 0,01-0,08

Вода Остальное

1014988 2

Изобретение относится к химической обработке поверхности металл, а именно к-составам для химического травления титана и его сплавов, и может 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 смеси плавиковой и азотной кислот, что максимально понижает активность фтор-иона в растворе, Поэтому скорость травле10

15 ния изделий из титана в нем составля-.

55 практического применения, вследствие существенных недостатков, Он не обеспечивает высокую производительность процесса, операция травления продалжае-.ся 1-2 ч, при повышенных скоро25 стях травления раствор надо нагревать но при этом не достигается равномерность травления.

Известен также водный раствор для травления титана или .титановыщ спла- вов, содержащий азотную и кремнефтористоводородную кислоты. В этом растворе содержание азотной кислоты состав-. ляет 160-180 г/л и кремнефтористоводородной кислоты 8-12 г/л, остальное вода (2 j.

Кремнефтористоводородная кислота является отходом производства безводного фтористого водорода и плавиковых кислот и находит ограниченное 40 применение, Травление в данном растворе производится при 16-22 С в те" о чение 4-20 мин, что обеспечивает матовый внешний вид протравленной поверхности и, следовательно, возможность ее эффективного осмотра. В примерах указаны режимы травления барабана газовой турбины иэ титанового сплава, содержащего. алюминий, цирконий и вольфрам, за 20 мин был снят 50 слой толщиной 3,8 мкм, т.е. скорость травления достигала 11,4 мкм/ч, На протравленной матовой поверхности были отчетливо видны дефекты,, возникшие при изготовлении барабана, При травлении в другом режиме за

4 мин был удален слой 2,5 мкм толет 40-50 мкм/ч, а титановых сплавов

10-25 мкм/ч, чем и обеспечивается рав- номерность травления (1 ), 20

Однако этот раствор не находит щиной, что эквивалентно скорости травления 3j,5 мкм/ч.

Недостаток раствора для химического травления титана, содержащего кремнефтористоводородную кислотузначительное наводораживание протравленных иэделий, иэ-за чего применение его ограничено, поскольку это значительно снижает показатели механических и технологических свойств.

Для получения минимального наводора« живания 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 сущностц, к изобретению является раствор для травления титана и титановых сплавов, содержащий кремнефтористоводородную кислоту. Скорость травления титана в этом растворе составляет 2,8 мкм/мин при 21 С и

5,6 мкмlмин при 35оС Титан растворя ется с образованием кремнефторида титана (lll), Регенерация травильного раствора осуществляется введечием в него серной кислоты с последующим выделением сульфата титана (В) р31.

Недостаток этого раствора заключается в значительном наводораживании иэделий.

Цель изобретения - снижение наводораживания металла и интенсификация процесса, Поставленная цель достигается тем, что раствор для травления титана и его сплавов, содержащий кремнефторис" товодороднуВ кислоту и воду, дополнительно содержит фторид железа (П ) при следующем соотношении компонентов, мас.4:

Кремнефтористоводородная кислота 10-60

Фторид железа 0,01-0,08

Вода Остальное

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 про3 10 мышленности отхода производства фтористого водорода - кремнефтористоводородной кислоты, имеющей ограниченное применение.

Пример 1. Пластину из титанового сплава BT-5-1 размером 120 60 2 мм помещают в раствор при 18-21С.

Через 5-20 мин пластину извлекают иэ раствора, промывают водой, спиртом и высушивают. Скорость травления определяют. по убыли в весе пластины после травления. Определяют пла стины на содержание водорода -- навод дораживание. Для выяснения граничных пределов концентрацйй компонентов был опробован целый рвд растворов, составы которых указаны в таблице.

Раствор готовят следующим образом.

Техническую кремнефтористоводород. ную кислоту анализируют на содержание железа. Недостающий до необходимой концентрации фторид,железа вносят в кислоту и раствор перемешивают до растворения твердого вещества. Раствор с низким содержанием же.,леза готовят смешением технической кремнефтористоводородной кислоты и кислоты реактивной квалификации, в которой практически не содержится металлических примесей.

Пример 2. Опыты ведут, как описано в примере 1.

Раствор для химического травления титана, содержащий 303 кремнефтористоводородной кислоты с9 =6,5 и фторидов железа - 0,05 мас.4, используют повторно. В отработанном растворе содержится кремнефтористоводородной кислоты 15,5 мас.Ф, ф=5,5, фто" ридов железа 0,08 мас.Ф. Пластины из титана ВТ-1-0 содержат водорода до обработки 0,0023, после травления 0,0023. Скорость .травления к концу работы раствора снижается до

150 мкм/ч.

К отработанному раствору добавляют 103 серной кислоты и отгоняют летучие компоненты. В результате получают нремнефтористоводородную кисло ту, содержащую 10 основного вещества с Ц =5,9 и фторидов железа - менее

0,0054. 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 исполь55 ных пластин возрастает, т.е, поставленная цель достигается так,же, как и в случае содержания фторидоа железа менее 0,01 или более 0,08 мас.l, что

14988 4

:зовано в.производстве двуокиси тита1 на по методу сернокислотного разложения ильменита.

Il р и м е р 3, Травлению подвергают титановые сплавы ВТ-1-0, ВТ-18, ОТ-4, ВТ-20 и др.

Полученные данные подтверждают данные примера 1, Скорость травления высоколегиро-.

1о ванных сплавов титана примерно в 2 раза ниже, чем титана и низколеги-. рованных титановых сплавов. Максимальная скорость травления достигается с составом раствора по и. 3 таблицы. Растворение сплавов протекает равномерно, достигается полное растворение окалины. Шероховатости на протравленной поверхности, темные пятна и темный налет не наблюдаются, 2О После травления содержание водорода в пластинах не увеличивается.

Из анализа, результатов видно, что минимальное наводораживание поверхности титана и его сплавов происходит у5 .при содержании в растворе для химического травления IO-60 мвс.3 кремнефтористоводородной кислоты. При содержании ее в растворе менее 10 наводораживание поверхноСти значительно возрастает, вероятно, вследствие гидролиза кремнефтористоводородной кислоты в разбавленных водных растворах, в которых образуется фтористоводородная кислота и кремнекислота, Содержа3S ние 603 для кремнефтористоводородной кислоты является предельным в водном растворе, так как более кон— центрированные растворы разлагаются с выделением в газовую фазу тетрафтоао рида кремния и поэтому их применение нецелесообразно.

В применяемой кремнефтористоводородной кислоте отношение фтора к кремwe, которое согласно химической формуле, должно равняться точно 6,0, 4S 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 7,0. При отношении г (фто. ра к кремнию) ниже 5,5 и выше 7,0 наводораживание поверхности протравлен5 1014988 6. соответствует содержание железа в пе Использование предлагаемого растресчезе на металл в пределах 0,005- вора дает значительный экономический

0,0403 к массе травильного раствора. эффект за счет интенсификации процесе

При менее 5,5 скорость травления са и получения более качественных из; внижается до 50 мкм/ч или менее, $ делий, при снижении степени наводо" аналогично " при содержании фторида раживания металла, Решается также важжелеза менее 0,01 мас.3 и крем- . ная проблемаиспользования отходовпронефтористоводородной кислоты ме- изводства фтористоговодорода - техни-! нее 103, ческой кремнефтористоводородной кислоты.

Содержание компонентов в растворе, масД

Скорость травления, мкм/мин

Отношение Содержание водоро

F к Si ф да в пластине, кислоте мас.3

У пп до трав- после тр ления ления

Н 51 F6 F< F

0,04

6,0

0,002

0,002

0,002

0,002

0,10

5,5

0,002 0,002 70-1000

0,08 7,0

0;005 . 5 0

0,004

0,002

0,002

0,005

7,5

0,10. 6 .(аналог) 0,002 0,004 12-38

7 (прототип) 6,0

0 004 30-336

0,002

Состав раствора, г/л: HgSIFg 10, НМО 160.

Составитель В. Олей ниченко

Редактор П,Макаревич 7ехред А;Ач Корректор Л, Бокшан.

Заказ 3149/26 Тираж 956 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал Illlll "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4