一种用于腐蚀镍基单晶高温合金的腐蚀剂、腐蚀方法、以及实现该方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于腐蚀镍基单晶高温合金的腐蚀剂、腐蚀方法、以及实现该方法的装置。本发明专利技术的用于腐蚀镍基单晶高温合金的腐蚀剂，含有H2O2水溶液、HCl水溶液、CuSO4·

【技术实现步骤摘要】
一种用于腐蚀镍基单晶高温合金的腐蚀剂、腐蚀方法、以及实现该方法的装置


[0001]本专利技术涉及一种用于腐蚀镍基单晶高温合金的腐蚀剂、腐蚀方法、以及实现该方法的装置，属于材料分析领域。

技术介绍

[0002]镍基单晶高温合金在高温下仍能保持较高的韧性和强度，因而广泛应用于航空发动机和重型燃气轮机涡轮叶片的制备。经过几十年的发展，镍基单晶高温合金已衍生出了多个代次。目前，在我国的高性航空发动机和燃气轮机中，应用最为广泛的高温合金为第二代镍基单晶高温合金。相比于第一代高温合金，第二代高温合金中添加了Re元素，用于固溶强化，阻碍位错运动，以获得更优的高温力学性能。
[0003]镍基单晶高温合金铸态组织主要包括枝晶组织和枝晶间组织。枝晶组织由单一γ相组成，晶体结构为FCC晶体。枝晶间组织由γ相和γ
’
相组成，γ
’
相组织为LI2有序相。第二代镍基单晶高温合金主要包含Al、Co、Cr、Mo、W、Ta、Re等多种元素，其中Al、Ta、Ti元素偏聚在枝晶间组织，而Co、Cr、Re和W元素偏聚在枝晶组织。由于枝晶组织和枝晶间组织中偏聚元素的熔点不同，在定向凝固过程中，枝晶组织率先凝固，形成树枝状骨架，随后枝晶间组织在树枝状枝晶组织的空隙中形成。
[0004]在镍基单晶高温合金金相组织观察中，需要腐蚀枝晶间组织或者枝晶干组织中的一种，才能观察凝固组织的形貌。金相腐蚀剂与金属之间构成电化学反应，不同金相组织的反应速度有所不同。在镍基单晶高温合金中，腐蚀剂一般率先腐蚀枝晶间组织，之后再腐蚀枝晶干组织。在镍基单晶高温合金中，枝晶间组织中偏聚的Al元素在腐蚀过程中会钝化形成氧化膜，阻碍腐蚀的进一步进行。
[0005]常见的金相腐蚀剂有王水、氢氟酸
‑
硫酸铜溶液、卡林试剂等。王水又称“王酸”，通过硝酸(HNO3)和盐酸(HCl)1:3混合组成。在常温下，王水能够腐蚀惰性金属金和铂。王水对人体具有极强的腐蚀作用，其腐蚀强度高于浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸，是一类极具危险性的强氧化性、强酸性腐蚀液体。氢氟酸
‑
硫酸铜溶液由氟化氢与硫酸铜溶液按一定比例混合配比而成(HF(20ml)+(2g)五水硫酸铜+水(100ml))。氢氟酸不属于强酸，但由于其氟离子结构的特殊性，因而具有极强的腐蚀性，能腐蚀一般腐蚀剂无法腐蚀的物质，如玻璃等。氟离子半径小，可以直接通过皮肤进入人体。氟离子与血液或组织中的钙镁离子结合，形成氟化钙和氟化镁固态物质，从而堵塞血管，影响心血管系统和神经系统。进入血管中的氟离子还能与血红蛋白结合形成氟血红素，抑制人体细胞的呼吸作用，使人体缺氧。在灼伤部位，氟化氢能溶解细胞膜，造成组织腐烂溶解。卡林试剂通过混合2.5g二水氯化铜、30ml盐酸和70ml酒精而成。卡林试剂对人体的腐蚀性小于上述两种其他腐蚀剂。但在相同腐蚀时间上，卡林试剂对第二代镍基单晶高温合金枝晶间组织的腐蚀深度要低于上述两种腐蚀剂。在大尺寸组织腐蚀或是深度腐蚀时，卡林试剂腐蚀时间过长，腐蚀效率过低。
[0006]因此，上述腐蚀剂要么具有超强的酸性、氧化性或者腐蚀性等一种或多种特点，操
作不当极易对人体产生不可逆损伤，产生实验事故；要么腐蚀效果较差，腐蚀深度较浅，腐蚀所需时间较长。这些缺点影响了第二代镍基单晶高温合金的组织观察。为了提高金相组织观察的效率，进一步保障研发人员和操作工人的安全，目前亟需一类对人体伤害相对较小、腐蚀效果较好、综合性能较高的金相腐蚀剂和腐蚀方法。

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的问题
[0008]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种用于腐蚀镍基单晶高温合金的腐蚀剂、腐蚀方法、以及实现该方法的装置。本专利技术的腐蚀剂对人体危害小，同时具有优良的腐蚀效果。本专利技术的腐蚀方法毒性小，腐蚀效率高。本专利技术的装置操作简单，能够有效提高腐蚀效率，维持腐蚀过程的均一性。
[0009]用于解决问题的方案
[0010]本专利技术提供一种用于腐蚀镍基单晶高温合金的腐蚀剂，含有H2O2水溶液、HCl水溶液、CuSO4·
5H2O、FeCl3、三硝基苯酚和丙酮，
[0011]其中，H2O2水溶液和HCl水溶液的体积比为2:3～3:2，
[0012]H2O2水溶液的质量浓度为45
‑
55％，HCl水溶液的质量浓度为90
‑
95％；
[0013]CuSO4·
5H2O与H2O2水溶液的质量体积比为4
‑
8g:100ml；
[0014]FeCl3与H2O2水溶液的质量体积比为2
‑
5g:100ml；
[0015]三硝基苯酚与H2O2水溶液的质量体积比为0.5
‑
2g:100ml。
[0016]根据本专利技术所述的腐蚀剂，丙酮与H2O2水溶液的体积比为40
‑
70:100。
[0017]本专利技术提供一种镍基单晶高温合金的腐蚀方法，使用本专利技术所述的腐蚀剂。
[0018]根据本专利技术所述的腐蚀方法，包括如下步骤：
[0019]将镍基单晶高温合金进行清洗和抛光；
[0020]采用本专利技术所述的腐蚀剂，对清洗和抛光的镍基单晶高温合金进行腐蚀。
[0021]根据本专利技术所述的腐蚀方法，在对清洗和抛光的镍基单晶高温合金进行腐蚀的同时，通过制冷剂进行冷却。
[0022]根据本专利技术所述的腐蚀方法，冷却过程中，所述制冷剂的温度为10℃以下。
[0023]根据本专利技术所述的腐蚀方法，在对清洗和抛光的镍基单晶高温合金进行腐蚀的同时，进行磁力搅拌。
[0024]本专利技术还提供一种实现本专利技术所述的腐蚀方法的装置，包括第一容器、第二容器；
[0025]其中，所述第一容器置于第二容器中，第一容器用于装载腐蚀剂，第二容器用于装载冷却剂。
[0026]根据本专利技术所述的装置，所述装置包括磁力搅拌部。
[0027]根据本专利技术所述的装置，所述第二容器具有温度测量部。
[0028]专利技术的效果
[0029]本专利技术的腐蚀剂能够有效腐蚀铸态枝晶间组织，本专利技术的腐蚀方法腐蚀后的金相可以应用于光学显微镜和电子显微镜下枝晶组织的观察。本专利技术的腐蚀剂以及腐蚀方法对人体伤害较小，并拥有较强的腐蚀性能。本专利技术的腐蚀剂相对于传统腐蚀剂，腐蚀效率高，且对第二代高温合金具有一定普适性。
[0030]本专利技术的腐蚀方法的毒性小，依靠本专利技术的腐蚀方法，能减少事故发生的可能性，保护工人或科研工作者的安全。本专利技术的腐蚀方法的腐蚀效率高，能较快的腐蚀第二代镍基单晶高温合金中的枝晶间组织，提高研究效率。
附图说明
[0031]图1本专利技术的腐蚀方法示意图
[0032]图2本专利技术的实施例1的样品
‑
I的共聚焦显微镜观察结果
[0033]图3本专利技术的实施例1的样品
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I的光学显微镜观察结果
[0034]图4本专利技术的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于腐蚀镍基单晶高温合金的腐蚀剂，其特征在于，含有H2O2水溶液、HCl水溶液、CuSO4·
5H2O、FeCl3、三硝基苯酚和丙酮，其中，H2O2水溶液和HCl水溶液的体积比为2:3～3:2，H2O2水溶液的质量浓度为45
‑
55％，HCl水溶液的质量浓度为90
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95％；CuSO4·
5H2O与H2O2水溶液的质量体积比为4
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8g:100ml；FeCl3与H2O2水溶液的质量体积比为2
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5g:100ml；三硝基苯酚与H2O2水溶液的质量体积比为0.5
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2g:100ml。2.根据权利要求1所述的腐蚀剂，其特征在于，丙酮与H2O2水溶液的体积比为40
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70:100。3.一种镍基单晶高温合金的腐蚀方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述的腐蚀剂。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：许庆彦，夏鹄翔，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：