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編者按

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序言

鈦呈銀灰色，具有金屬光澤。鈦的密度為4.51g/cm³，高于鋁但低于鋼、銅和鎳，屬輕金屬范疇。鈦合金具有高熔點、高硬度和高抗拉強度，可塑性強（但有雜質時會變脆、變硬），無毒、無磁性，耐高溫等優(yōu)良性能，其抗腐蝕性能是普通不銹鋼的15倍，對海水有特別強的抗腐蝕能力。因此鈦被工業(yè)界稱為“未來金屬”和“夢金屬”，在工業(yè)應用上已成為繼鐵、鋁后的“第三金屬”。

鈦合金廣泛應用于各工業(yè)領域：諸如在航空航天領域，鈦合金結構件在航空發(fā)動機上大量應用；蘇-27、美國第三代戰(zhàn)斗機F-14、F-15及第四代戰(zhàn)斗機F-22等飛機上均大量應用鈦合金，用量達15%～41%；在休閑體育用品中，有鈦制網球拍、羽毛球拍、高爾夫球頭和球桿等；在醫(yī)療行業(yè)，鈦合金生物相容性好的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，已應用于假牙、骨骼和關節(jié)等人體修復領域。

腐蝕加工技術

腐蝕加工是將工件置于化學溶液中，利用化學溶液對基體進行腐蝕溶解的一種技術。其可通過控制化學溶液和對工件施加保護措施，在預定范圍和深度上精準去除基體材料。腐蝕加工是一種存在擴散、吸附、化學反應和電化學反應等諸多局部反應的過程。合金材料內部因存在金屬電位差，在腐蝕加工時，化學反應、電化學反應兩種過程同時存在，哪一種為主要過程需要根據金屬材料的成分及其含量而定。純金屬在腐蝕加工時，就是化學反應過程，它的機理簡單地說就是晶界與晶粒的溶解。

對于腐蝕液來講，原子（晶粒）間距較寬的地方溶解比較迅速，直到顯示出不平整的表面為止，而晶界上晶格的畸變和富集的雜質，常常導致更加快速的溶解作用，從而可能會使整個晶粒受到凹坑狀的腐蝕，晶粒度越小，晶界腐蝕越輕。這種晶界腐蝕除了某些鋼種以外，對于機械性能或者疲勞性能的有害影響都是微不足道的。

腐蝕加工與一般的機械加工方法有著根本的區(qū)別，在進行腐蝕加工的過程中，沒有任何機械強制力加諸于所切削的表面上。此外，在保護層材料的有效保護下，腐蝕加工能夠非常巧妙而精確地從指定面積上把材料切削下來，并在需要的部位恰如其分地留下圖樣上規(guī)定的材料厚度。由于其工藝簡單，容易實現，生產成本低，加工表面粗糙度值低，加工精度高，所以它在某些領域能夠完全取代一般的機械加工。其主要特點：①不會產生加工應力，便于加工薄、易變形及面積大的零件。②不受金屬材料狀態(tài)的影響，不論是成形、熱處理還是硬化處理前后，都可采用腐蝕加工方法。③某些焊接、鉚接及膠結組合件，可以改為整體結構，直接用腐蝕加工方法加工，從而減輕結構質量，減少工藝裝備，節(jié)約工時，縮短生產周期。④生產效率較高，可多零件同時加工。⑤零件浸入或出槽的速率較易控制，可以加工出錐形截面。⑥與鍛、鑄和機械加工方法相比，可節(jié)約金屬材料。⑦零件設計更改時，只需簡單地變更保護型面，就可應用于新零件的試制。⑧設備簡單，投資少，適應性好，尤其適用于加工型面復雜的零件。

腐蝕加工可對零件進行整體加工，亦可局部加工，按加工方式對腐蝕加工進行分類如圖1所示。

圖1　腐蝕加工的分類

腐蝕加工技術在航空航天工業(yè)中的應用

腐蝕加工作為一種特種加工技術，已成為制造飛機、宇宙飛船及火箭結構等大型整體壁板蒙皮無法取代的加工方法，特別是對單雙曲度薄壁板蒙皮的加工。隨著航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，腐蝕加工技術的重要性日益受到重視。

（1）去除結構中的“廢重”　根據飛行器殼體的受力狀態(tài)和裝配工藝的需要，從板材的特定區(qū)域上把不必要的材料去除掉。就飛行器本身的機構特點而言，飛行器的外形往往是單曲度或雙曲度的表面形狀，由于使用傳統(tǒng)機械加工方法在這類工件上開槽或銑凹陷等，要比化學腐蝕加工方法困難得多，所以腐蝕加工在飛行器機構減重方面有明顯優(yōu)勢，越來越多的飛行器設計利用腐蝕加工進行減重。例如波音747飛機和前蘇聯Tu-144飛機上的鈦合金零件，都充分利用了腐蝕加工方法來減重。

（2）應用在整體結構中　腐蝕加工整體結構與鉚接結構相比，具有許多優(yōu)點：①在氣動性能方面，表面光滑，外形準確，對稱性好。②在結構強度方面，總體和局部的剛性好，強度-質量比高，可減輕部件質量15%～20%，還保證了氣密性。③能大大減少連接件的數量，裝配后變形小，可降低部件成本的50%左右。④改善了結構的抗腐蝕性能。

（3）加工錐度工件　腐蝕加工的一大優(yōu)點就是能沿著長度方向加工出厚度逐漸變化的長而薄的錐度工件。在飛機機翼上，為獲得最高的結構效率，根據機翼上受力分布的情況，從受力最大的翼根到受力最小的翼尖，使工件的尺寸連續(xù)均勻地變化。

（4）加工難加工材料　腐蝕加工幾乎能加工各種金屬材料，無論是強度超過1960MPa的超強度鋼，還是氧化物或氮化物硬化表面的鍛造、鑄造或擠壓的鈦合金，航空發(fā)動機制造公司經常將腐蝕加工用于葉片去除硬化層。

（5）在擠壓型材上的應用　各種型號的擠壓型材已廣泛用于飛行器制造過程。由于擠壓型材表面常存在粗晶環(huán)，嚴重影響其機械性能，因此可利用腐蝕加工去除復雜型面擠壓型材的表面晶環(huán)。

（6）加工薄壁工件　可加工各種異形輪廓，如飛機機翼、機尾和機身的外形輪廓加工等，可避免薄壁零件加工變形等現象。

腐蝕加工技術在民用工業(yè)中的應用

應用腐蝕加工工藝可以加工鋁、鎂、鈦、鎳、銅和鋼鐵等多種金屬和合金，例如直齒錐齒輪精鍛模電極齒輪的齒頂修邊、齒寬鼓形加工等，可降低表面粗糙度值。我國已用腐蝕加工方法加工人工心臟瓣膜骨架、照相機鈦合金快慢盤、電阻絲片及過濾網等。我國某公司使用高速鋁合金腐蝕加工技術已加工出多種產品；美國的航空化學銑切公司用腐蝕加工方法加工賽車車身，使車身減重達90.8kg。

國內外研究現狀及發(fā)展趨勢

鈦合金加工困難，一定程度上制約了其應用。鈦合金腐蝕加工技術的出現，必將進一步拓寬鈦合金的應用前景。目前在國外，鈦合金腐蝕加工已作為一種減輕飛機結構質量的通用加工方法，腐蝕加工技術得到了飛速發(fā)展。

鈦合金腐蝕加工技術是20世紀50年代發(fā)展起來的新技術。20世紀70年代，化學腐蝕加工這一課題已在發(fā)達國家有了相關文獻報道，我國從20世紀80年代開始關注這一研究領域。由于涉及到專利及保密內容，這方面的報道與書籍比較少。早期，美國最廣泛使用的鈦腐蝕液是以氫氟酸和鉻酸為基礎的混合溶液，英國使用的是氫氟酸和硝酸的混合溶液。但是現在國外一般都不使用含鉻酸的溶液，除了因為其成本高，會產生固有污染外，更重要的是用此溶液時會發(fā)生氫脆，致使加工后材料的機械性能較差。

國內在鈦合金應用方面與國外發(fā)達國家有一定差距，使用鈦合金零件數量有限，鈦合金腐蝕加工技術尚未有完整的產業(yè)鏈，處于起步階段。由于國防的需要，我國研究人員開始重視對鈦及其合金腐蝕加工的研究，南昌航空大學對TC1和TC4兩種鈦合金腐蝕加工工藝的研究已相對成熟，研制的腐蝕加工液具有加工壽命長、環(huán)境污染小及加工表面粗糙度值低等特點。國內常見的腐蝕加工液有氫氟酸型、氫氟酸-硝酸型、氫氟酸-鉻酸型和硅氟酸型。

目前鈦合金腐蝕加工技術在國內已進行了少量生產應用，主要集中在航空發(fā)動機廠和主機裝配廠等鈦合金應用較多的企業(yè)，通過腐蝕加工不斷拓寬鈦合金的應用，但還只是把腐蝕加工作為一種輔助加工手段，尚未大量應用。

結束語

鈦合金材料的難加工特點制約了其在工業(yè)領域的廣泛應用，腐蝕加工技術的出現，必將進一步拓寬鈦合金的應用前景。隨著鈦合金在航空航天領域的廣泛應用以及腐蝕加工技術應用的不斷成熟，鈦合金腐蝕加工技術在國內將得到快速發(fā)展。