TA15钛合金是一种中强高韧的近α型钛合金，，，因其优异的综合机能（如高强度、、、优良的耐热性和耐蚀性）而被宽泛利用于航空、、、航天、、、船舶制作等领域[1-3]。。然而，，，其成型方式（铸造与铸造）会显著影响其组织结构、、、力学机能及加工个性，，，进而决定其利用场景[4]。。

铸造成型是通过外力对金属坯料进行塑性变形，，，此过程陪伴着晶粒的细化与组织的致密化，，，可能显著提升资料的力学机能。。铸造成型TA15钛合金拥有更高的强度、、、韧性和委顿机能，，，合用于接受高应力和复杂载荷的部件，，，如航空发起机叶片、、、飞机结构件等[5-6]。。

铸造成型则是将熔融的金属倒入模具中冷却后形成所需状态，，，可能实现复杂状态的成型，，，因而已宽泛利用于航空发起机、、、机体等复杂构件的研制和出产[7-9]。。然而，，，由于其成型过程中温度较高，，，基体理论极易与空气中的氧气产生反映，，，导致表层区氧气含量增长，，，从而推进表层形成α层，，，使其理论在后续修整过程中极易形成裂纹，，，影响产品质量[9]。。

总的来看，，，铸造成型TA15钛合金理论有氧化皮、、、同化等缺点[5-6]，，，熔模铸造ZTA15钛合金理论存在脆性α层[9-10]，，，有必要对其进行加工节制，，，但钛合金的高硬度和高强度使得其机械加工时刀具磨损严重、、、理论质量变差，，，因而，，，往往必要通过酸洗去除理论层以提高工件的理论质量。。目前，，，钛合金酸洗常用的溶液为硝酸和氢氟酸的混合溶液[11-14]，，，但仅有少数针对铸造成型TA15钛合金的酸洗钻研[14-15]，，，对于熔模铸造ZTA15钛合金的酸洗侵蚀关注甚少；；但由于二者的加工方式差距，，，其侵蚀行为必然存在较大差距，，，因而为了满足铸造成型TA15钛合金和熔模铸造ZTA15钛合金的酸洗加工要求，，，有必要系统钻研二者的组织结构及其在硝酸和氢氟酸酸洗介质中的侵蚀电化学行为，，，以便为两种合金的酸洗加工工艺开发提供理论基础。。

1、、、尝试

1.1资料

铸造成型TA15钛合金及熔模铸造成型ZTA15钛合金的厚度均为8mm，，，其重要化学成分为6.0-6.8%Al、、、2.2~3.2%V、、、2.4~2.8%Zr、、、1.5~2.1%Mo、、、余量Ti，，，经机械加工成20 * 20mm的板块试样用于酸洗试验钻研。。

1.2酸洗工艺

ZTA15钛合金基础酸洗溶液的重要成分为HF(40%)100mL/L，，，HNO₃(65%~68%)100~300mL/L、、、去离子水;酸洗温度为(30±1)℃，，，机械搅拌速度为180r/min。。

1.3电化学测试

通过上海辰华仪器有限公司的CHI604D电化学工作站进行电化学测试。。工作电极为TA15或ZTA15钛合金(露出面积1cm2、、、非工作面用环氧树脂；；)，，，辅助电极为铂片，，，参比电极选用饱和甘汞电极(SCE)，，，温度为30℃。。测试在开路电位下进行，，，扫描速度为5mV/s，，，电位扫描领域为-1.8V~-1.0V，，，并用软件对电化学参数进行拟合。。在测试过程中钛合金酸洗加工放热量大，，，需通过冷却装置对温度进行节制。。

1.4结构表征

利用美国FEI公司的Nova Nano SEM450型场发射扫描电镜(SEM)观察TA15和ZTA15钛合金的理论描摹，，，并使用英国牛津公司的INCAX-Max50型能谱仪(EDS)对理论进行成分分析。。选取日本Hirox公司的KH-7700三维显微镜观察分歧侵蚀功夫后TA15与ZTA15钛合金的三维侵蚀描摹。。用上海泰明光学仪器有限公司的JB-6C概括仪丈量试样的理论粗糙度，，，取样长度为0.8mm，，，其中R。。暗示在取样长度内概括算术平方差测试六个分歧地位取均匀值。。

2了局与会商

2.1 TA15和 ZTA15钛合金的微观组织

由图1(a)和(b)可知，，，TA15钛合金为双态组织结构，，，由等轴初生α相与片层α+β转变组织组成，，，且两相散布较为均匀;凭据图1(b)中部门区域成分分析(见表1)可知，，，α相富含Al而根基不含Mo、、、V元素，，，β相则富含Mo、、、V而Al含量低，，，Zr元素在两相平散布较为均匀[5]。。由图1(c)和(d)可知，，，ZTA15钛合金的金相组织属于典型的魏氏组织，，，重要是层状α相和晶间β相[9]，，，表1也显示层状α相中Mo、、、V元素略低。。分析可知，，，在钛合金金属熔液冷却过程中β相转变为层状α相;层状α相沿粗壮的原始β晶粒天堑散布，，，原始β晶界仍存留，，，也可称为a晶界;少量β相未实现转变，，，沿a晶粒天堑散布，，，呈编织状，，，称为晶间β。。相比之下，，，铸造成型的TA15钛合金α相晶粒尺寸相对铸造成型大，，，且含量更高。。而ZTA15钛合金两相散布盘根错节，，，晶粒尺寸也不均匀。。

表1 TA15和ZTA15钛合金部门区域的化学成分(以质量分数暗示)

Table 1 Chemical composition at local regions of TA15 and ZTA15 titanium alloys

(单元:%)

2.2 TA15和 ZTA15钛合金在 HF溶液中的侵蚀电化学行为

图2为TA15和ZTA15钛合金在0.1~0.5mol/LHF溶液中的极化曲线，，，表2为对应的侵蚀电位(? corr )、、、侵蚀电流密度(jcorr)、、、维钝电位(φ pass )和维钝电流密度(jpass)的拟合了局。。由图2可知，，，TA15和ZTA15钛合金在HF溶液中均出现出典型的活化-钝化转变特点，，，且当电位达到临界值后可维持不变钝化状态，，，批注表层在单一HF介质中仍能形成不变钝化膜[13-14]。。但随着HF浓度升高，，，侵蚀电流密度、、、维钝电流密度均呈增大趋向。。当HF浓度由0.1mol/L增至0.5mol/L时，，，TA15和ZTA15钛合金的侵蚀电流密度增长了1个数量级，，，注明二者侵蚀速度随HF浓度增大而显著提高。。值得关注的是，，，随着HF浓度增长，，，两种钛合金的维钝电位均出现先正移后负移的非单调变动，，，此可能归因于侵蚀的加快导致理论温度升高，，，推进更多Ti4+离子与溶化氧急剧结合天生氧化膜，，，从而引起维钝电位正移[16-17]。。此外对比发现，，，TA15钛合金的侵蚀电位整体较负;图1显示TA15拥有均匀散布的等轴α相，，，且α相中V、、、Mo等β不变元素含量较低，，，可能其与β相形成微电偶侵蚀导致其侵蚀电位相对较负。。

表2 ZTC4钛合金在分歧HF浓度溶液中极化曲线的拟合参数

Table 2 Polarization curve parameters of ZTC4 titanium alloy in solutions with different HF concentrations

2.3 TA15和ZTA15钛合金在HF-HNO₃溶液中的侵蚀电化学行为

图3为TA15和ZTA15钛合金在分歧比例的HF-HNO₃混合溶液中的动电位极化曲线，，，表3为相应的拟合参数。。随着HNO₃增多、、、HF与HNO₃的比例从1:1减小到1:5，，，TA15和ZTA15钛合金的侵蚀电位均逐步向负方向移动，，，维钝电流密度也都出现出先减小后增大的趋向。。此批注，，，随着酸度的增长，，，两种合金的侵蚀均有所加快，，，钝化效应也随着硝酸比例的增大而加强。。

从表3中的数据对比可知，，，TA15钛合金和ZTA15钛合金在HF-HNO₃混合溶液中的侵蚀电流密度整体较为靠近，，，批注两种合金的总体侵蚀行为较为靠近;但无论HF/HNO₃比例若何，，，ZTA15钛合金的维钝电流密度整体略大。。由此判断，，，ZTA15钛合金可能由于相结构不均匀，，，存在由层状α相和晶间β相组成的分歧取向的束集，，，其理论钝化膜存在缺点，，，因而易产生部门侵蚀。。相比而言，，，当HF/HNO₃比例为1:3时，，，两种合金的维钝电流密度更小，，，耐部门侵蚀能力更强，，，因而在该系统中侵蚀后更易获得平坦的侵蚀描摹[16,18]。。

表3TA15和ZTA15钛合金在分歧比例的HF-HNO₃混合溶液中的极化曲线的拟合参数

Table 3Polarization curve parameters of ZTC4titanium alloy in HF-HNO₃ solution with different concentration ratios

2.4 TA15和 ZTA15钛合金在 HF-HNO酸洗液中的侵蚀描摹对比

为了进一步对比TA15和ZTA15合金的侵蚀行为差距，，，选择含100mL/LHF和300ml/LHNO₃的酸洗溶液，，，在温度(25±1)℃、、、搅拌速度180r/min前提下对两种合金别离侵蚀10min，，，对比二者的侵蚀描摹差距。。由图4和图5可知，，，两种合金均产生了以微电偶效应为主导的相选择性侵蚀行为，，，TA15钛合金的等轴α相阐发出优先侵蚀特点，，，ZTA15钛合金的晶界α相及晶界内分歧束集中的层状α相也优先溶化。。其底子原因在于α相与β相间显著的成分差距[14-15,19]:Al、、、Zr元素在α相中富集，，，其固溶强化效应引入晶格畸变，，，降低了该相的侵蚀电位，，，使其成为阳极而优先溶化;反之，，，β不变元素Mo和V在β相中异常偏聚，，，提高了β相的热力学不变性，，，使其作为阴极受到；；。。然而，，，由于微观组织结构的性质差距，，，这一共通的侵蚀机制导致了截然分歧的理论粗糙度了局。。

铸造TA15合金拥有均匀的双态组织，，，等轴α相弥散散布于转变β基体中(见图1a和图1b);这种组织个性使得侵蚀均匀进行，，，α相溶化后形成细密均匀的蚀坑，，，从而获得了相对平坦的理论和较低的粗糙度[12,14]。。相比之下，，，铸造ZTA15合金的片层状组织引入了多重尺度的不均匀性[9];陆续的晶界a及晶内分歧取向的α板条束作为大尺寸的阳极区被整体急剧溶化，，，形成宽深的沟槽;此外，，，铸造过程中不成预防的微观偏析导致β相中Mo、、、V元素的散布不均，，，使得β相自身的耐蚀性存在升沉，，，其部门溶化速度的差距进一步加剧了理论的微观升沉[10,20]。。这种宏观与微观侵蚀不均性的叠加效应，，，最终以至ZTA15铸件经酸洗后出现出远高于TA15锻件的理论粗糙度。。粗糙度测试了局显示，，，经10min酸洗后TA15锻件的理论粗糙度(Ra)为0.70~0.80μm，，，但ZTA15钛合金酸洗后的Ra值高达3.20~3.40μm。。

2.5 TA15和 ZTA15钛合金在 HF-HNO₃酸洗液中短时侵蚀的三维描摹

为了进一步分析TA15和ZTA15钛合金中分歧相在酸洗液中的侵蚀差距，，，选取显微硬度计定位象征法，，，结合三维显微镜观察一样微区在分歧侵蚀功夫下的侵蚀描摹及部门深度散布，，，以对比其分歧相的侵蚀差距，，，了局别离见图6和图7。。由图6可知，，，随着侵蚀功夫从3s增长至12s，，，TA15钛合金的等轴α相区域出现出显著的凹陷特点，，，深度呈增长趋向，，，此充分验证了α相的优先侵蚀机制。。然而，，，从图7中可知，，，ZTA15钛合金侵蚀3s时概括线相对滑润，，，随着侵蚀功夫耽搁逐步变为台阶型概括，，，批注概括线横跨的三部门束集的侵蚀速度不一致，，，形成了凹凸差。。此注明ZTA15钛合金中的分歧束集的层状α相之间存在方向性差距，，，HF的选择性吸附偏差导致分歧束集之间的侵蚀差距。。

总体上看，，，ZTA15钛合金侵蚀后理论凹凸不平且分歧束集的散布区域较大，，，分歧束集之间的选择性侵蚀拥有较显著的差距;对比而言，，，TA15钛合金各相散布均匀且藐小a片散布于β相之间，，，因而TA15钛合金酸洗后理论相对于ZTA15钛合金更平坦。。ZTA15钛合金酸洗后粗糙度较大的原因在于分歧束集之间的侵蚀差距。。

3、、、结论

TA15钛合金为双态组织，，，由等轴初生α相与片层α+β转变组织组成。。ZTA15钛合金呈典型的魏氏组织，，，由层状α相和晶间β相组成分歧取向的束集。。

TA15和ZTA15钛合金在HF-HNO溶液中的侵蚀均遵循“侵蚀钝化再溶化”的过程。。随着HF浓度由0.1mol/L增至0.5mol/L，，，两种合金的侵蚀电流密度、、、维钝电流密度均呈增大趋向。。随着HF与HNO₃比例从1:1减小到1:5，，，两种合金的侵蚀均有所加快，，，钝化效应也随着HNO₃比例的增大而加强;但ZTA15钛合金的维钝电流密度整体略大，，，其理论钝化膜存在缺点、、、易产生部门侵蚀。。相比而言，，，当HF/HNO₃比例为1:3时，，，ZTA15合金的维钝电流密度更小，，，在该系统酸洗后易于获得更佳的理论质量。。

TA15钛合金相结构散布较为均匀，，，其理论粗糙度重要受等轴α相被优先侵蚀的影响，，，在HF-HNO₃系统中酸洗后粗糙度较低;而ZTA15钛合金由于分歧束集之间存在显著的侵蚀差距，，，且α相的侵蚀速度较高，，，因而其酸洗后理论粗糙度高于TA15钛合金。。

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（注，，，原文标题：：
：TA15和ZTA15钛合金的组织结构及其在HF–HNO_(3)溶液中的侵蚀行为对比_张弘弘 ）