一种剥离铝青铜合金中双层氧化膜缺陷的方法与流程

本发明涉及剥离双层氧化膜缺陷的方法。
背景技术：
：铝青铜具有良好的综合力学性能和耐腐蚀性，被广泛应用于船用螺旋桨、泵、阀及水下紧固件等。在实际使用中，常在铝青铜中添加镍、铁、锰等元素来对合金的性能进行调节。对于铝青铜铸件而言，制约成品率的关键就是冶金缺陷。近年来，一种来源于熔炼和充型过程的双层氧化膜缺陷被研究人员逐渐重视。该缺陷是在表面湍流的影响下，产生飞溅液滴或表面破裂波，从而导致合金液表面的氧化膜之间互相折叠而形成的内壁干燥的缺陷。这种缺陷在诸多金属及合金系中都有发现。然而，当前对双层氧化膜缺陷的研究都是建立在拉伸断口表面的观察上，这种方法效率低下且不具有可重复性，对于该缺陷的成分分析更是受到铝青铜基体的影响，难以得出令人信服的结论。技术实现要素：本发明要解决现有对双层氧化膜缺陷的研究都是建立在拉伸断口表面的观察上，效率低下，不具有可重复性，且对于缺陷的成分分析也受到铝青铜基体影响的问题，而提供一种剥离铝青铜合金中双层氧化膜缺陷的方法。一种剥离铝青铜合金中双层氧化膜缺陷的方法，它是按照以下步骤进行的：一、试样加工：对铝青铜合金中的双层氧化膜缺陷进行取样，然后加工为板状试样，在板状试样一端加工圆孔，然后用乙醇及丙酮分别超声波清洗5min～10min，得到加工后的试样；二、电解：将加工后的试样圆孔与导线相连，以加工后的试样为阳极，紫铜片为阴极，将阳极及阴极置于电解液中，在电流密度为2a/dm2～10a/dm2的条件下电解12h～72h，电解后的电解液即为得到的电解产物；所述的电解液中结晶硫酸铜的浓度为120g/l～150g/l；所述的电解液中质量百分数为80％～85％的浓磷酸的浓度为20ml/l～25ml/l；所述的电解液中柠檬酸的浓度15g/l～20g/l；三：酸洗：将电解产物静置2h～4h，用慢速定性滤纸进行过滤，然后更换电解液，将滤纸上的过滤产物置于更换后的电解液中，并在更换后的电解液中加入质量百分数为8％～10％的稀硝酸，静置12h～48h，得到酸洗后的产物；所述的更换后的电解液中结晶硫酸铜的浓度为120g/l～150g/l；所述的更换后的电解液中质量百分数为80％～85％的浓磷酸的浓度为20ml/l～25ml/l；所述的更换后的电解液中柠檬酸的浓度15g/l～20g/l；所述的质量百分数为8％～10％的稀硝酸与更换后的电解液的体积比为1:(4～5)；四、清洗：将酸洗后的产物用乙醇和蒸馏水清洗过滤3次～5次，得到清洗干净的双层氧化膜；五、沉积：将清洗干净的双层氧化膜置于乙醇中并搅拌均匀，得到悬浊液，然后用玻璃吸管吸取1ml～2ml悬浊液，并滴在抛光后的单晶硅片上，静置沉积待乙醇全部挥发，得到剥离下的铝青铜合金中的双层氧化膜。本发明的有益效果是：(1)能够实现将双层氧化膜从铝青铜中剥离，避免断口观察的不确定性；(2)方法简单，容易实现，能够有效地提高剥离效率；(3)实验结果具备可重复性；(4)能够实现指定位置的缺陷分析，对试样的尺寸无要求；(5)双层氧化膜缺陷的厚度在几纳米到几微米之间，对于成分分析测试(如扫描电子显微镜的能谱分析)的情况下，由于缺陷厚度较薄，实际测试深度会超过缺陷，因此。成分测试的结果中基体(比如铜)会占很大比例，这极大影响了对双层氧化膜缺陷的成分判断。而本发明能够实现双层氧化膜的直接观察，避免铝青铜基底的干扰。本发明用于一种剥离铝青铜合金中双层氧化膜缺陷的方法。附图说明图1为实施例一步骤一中所述的加工后的试样的结构示意图；图2为实施例一剥离下的铝青铜合金中的双层氧化膜的光学显微镜图；图3为实施例一剥离下的铝青铜合金中的双层氧化膜成分分析的eds图。具体实施方式本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式一种剥离铝青铜合金中双层氧化膜缺陷的方法，它是按照以下步骤进行的：一、试样加工：对铝青铜合金中的双层氧化膜缺陷进行取样，然后加工为板状试样，在板状试样一端加工圆孔，然后用乙醇及丙酮分别超声波清洗5min～10min，得到加工后的试样；二、电解：将加工后的试样圆孔与导线相连，以加工后的试样为阳极，紫铜片为阴极，将阳极及阴极置于电解液中，在电流密度为2a/dm2～10a/dm2的条件下电解12h～72h，电解后的电解液即为得到的电解产物；所述的电解液中结晶硫酸铜的浓度为120g/l～150g/l；所述的电解液中质量百分数为80％～85％的浓磷酸的浓度为20ml/l～25ml/l；所述的电解液中柠檬酸的浓度15g/l～20g/l；三：酸洗：将电解产物静置2h～4h，用慢速定性滤纸进行过滤，然后更换电解液，将滤纸上的过滤产物置于更换后的电解液中，并在更换后的电解液中加入质量百分数为8％～10％的稀硝酸，静置12h～48h，得到酸洗后的产物；所述的更换后的电解液中结晶硫酸铜的浓度为120g/l～150g/l；所述的更换后的电解液中质量百分数为80％～85％的浓磷酸的浓度为20ml/l～25ml/l；所述的更换后的电解液中柠檬酸的浓度15g/l～20g/l；所述的质量百分数为8％～10％的稀硝酸与更换后的电解液的体积比为1:(4～5)；四、清洗：将酸洗后的产物用乙醇和蒸馏水清洗过滤3次～5次，得到清洗干净的双层氧化膜；五、沉积：将清洗干净的双层氧化膜置于乙醇中并搅拌均匀，得到悬浊液，然后用玻璃吸管吸取1ml～2ml悬浊液，并滴在抛光后的单晶硅片上，静置沉积待乙醇全部挥发，得到剥离下的铝青铜合金中的双层氧化膜。本具体实施方式步骤一中对铝青铜合金中的双层氧化膜缺陷进行取样，前期可以对双层氧化膜缺陷位置进行预测，具体可通过实际生产经验的判断或通过procast或者flow-3d软件对铸件进行流场及温度场数值模拟，进而得到铸件缺陷的产生位置。本具体实施方式步骤三中滤纸上的过滤产物非常微观，但是依旧肉眼可见，尺寸多在几十微米到几百微米之间，过滤后在滤纸上呈现黑色沉淀状。本实施方式步骤五中由于双层氧化膜密度比乙醇大，因此，会作为沉淀，沉积在玻璃器皿，比如烧杯的底部，因此，为了得到带有缺陷的悬浊液，就需要将沉淀搅匀。原理：通过电化学方式，将阳极铝青铜合金中的铜元素逐步电解，将不发生反应的双层氧化膜缺陷从试样中剥离。再利用酸洗，将产物中的多余铜或其他杂质分解。最终通过多次清洗得到洁净的双层氧化膜缺陷。本实施方式的有益效果是：(1)能够实现将双层氧化膜从铝青铜中剥离，避免断口观察的不确定性；(2)方法简单，容易实现，能够有效地提高剥离效率；(3)实验结果具备可重复性；(4)能够实现指定位置的缺陷分析，对试样的尺寸无要求；(5)双层氧化膜缺陷的厚度在几纳米到几微米之间，对于成分分析测试(如扫描电子显微镜的能谱分析)的情况下，由于缺陷厚度较薄，实际测试深度会超过缺陷，因此。成分测试的结果中基体(比如铜)会占很大比例，这极大影响了对双层氧化膜缺陷的成分判断。而本实施方式能够实现双层氧化膜的直接观察，避免铝青铜基底的干扰。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中在板状试样一端加工直径为3mm的圆孔。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤二中在电流密度为5a/dm2～10a/dm2的条件下电解24h～72h。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的电解液中结晶硫酸铜的浓度为130g/l～150g/l。其它与具体实施方式一至三相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的电解液中质量百分数为80％～85％的浓磷酸的浓度为22ml/l～25ml/l。其它与具体实施方式一至四相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的电解液中柠檬酸的浓度18g/l～20g/l。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中在更换后的电解液中加入质量百分数为9％～10％的稀硝酸，静置20h～48h。其它与具体实施方式一至六相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中所述的更换后的电解液中结晶硫酸铜的浓度为130g/l-150g/l。其它与具体实施方式一至七相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中所述的更换后的电解液中质量百分数为80％～85％的浓磷酸的浓度为22ml/l～25ml/l。其它与具体实施方式一至八相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中所述的更换后的电解液中柠檬酸的浓度18g/l～20g/l。其它与具体实施方式一至九相同。采用以下实施例验证本发明的有益效果：实施例一：结合图1具体说明，一种剥离铝青铜合金中双层氧化膜缺陷的方法，它是按照以下步骤进行的：一、试样加工：对铝青铜合金中的双层氧化膜缺陷进行切割取样，然后加工为10mm×20mm×3mm的板状试样，在板状试样一端加工直径为3mm的圆孔，然后用乙醇及丙酮分别超声波清洗10min，得到加工后的试样；所述的加工后的试样厚度为3mm，长度为20mm，宽度为10mm；二、电解：将加工后的试样圆孔与导线相连，以加工后的试样为阳极，紫铜片为阴极，将阳极及阴极置于电解液中，在电流密度为5a/dm2的条件下电解24h，电解后的电解液即为得到的电解产物；所述的电解液中结晶硫酸铜的浓度为150g/l；所述的电解液中质量百分数为85％的浓磷酸的浓度为25ml/l；所述的电解液中柠檬酸的浓度20g/l；三：酸洗：将电解产物静置2h，用慢速定性滤纸进行过滤，然后更换电解液，将滤纸上的过滤产物置于更换后的电解液中，并在更换后的电解液中加入质量百分数为10％的稀硝酸，静置48h，得到酸洗后的产物；所述的更换后的电解液中结晶硫酸铜的浓度为150g/l；所述的更换后的电解液中质量百分数为85％的浓磷酸的浓度为25ml/l；所述的更换后的电解液中柠檬酸的浓度20g/l；所述的质量百分数为10％的稀硝酸与更换后的电解液的体积比为1:5；四、清洗：将酸洗后的产物用乙醇和蒸馏水清洗过滤5次，得到清洗干净的双层氧化膜；五、沉积：将清洗干净的双层氧化膜置于乙醇中，并用搅拌棒搅拌均匀，得到悬浊液，然后用玻璃吸管吸取1ml～2ml悬浊液，并滴在抛光后的单晶硅片上，静置沉积待乙醇全部挥发，得到剥离下的铝青铜合金中双层氧化膜。步骤一中所述的铝青铜合金为镍铝青铜；镍铝青铜的牌号为zcual9fe4ni4mn2；图2为实施例一剥离下的铝青铜合金中的双层氧化膜的光学显微镜图；由图可知，本实施例方法能够将双层氧化膜缺陷剥离。镍铝青铜中的双层氧化膜缺陷尺寸不一，其表面积在50μm2～500μm2之间。形貌也存在较大的差异性，但多为不规则、多棱角。图3为实施例一剥离下的铝青铜合金中的双层氧化膜成分分析的eds图。表1为实施例一剥离下的铝青铜合金中的双层氧化膜的能谱分析结果，由图及表可知，镍铝青铜中的双层氧化膜缺陷为氧化铝(铝和氧的原子百分比在2:3左右)。表1元素wt％原子百分比o49.4962.30al50.5137.70总量100.00100.00当前第1页12