[科普中国]-酸斑

随着钛材的推广和应用，近几年来一些板材到达用户后出现一些表面现象，尤其在南方更为明显，并且以TA2、TC4和TC1薄板居多。其具体表现为板材表面的色差不一致，在钛和钛合金白色基面上出现了颜色为淡黄色或蓝色的印痕，这种表面现象统称为“酸斑”。这类表面现象，虽不影响板材使用，但表面色差不一致严重影响产品外观质量，造成了诸多不应有的消耗。因此，解决并预防此类表面现象的发生很有必要。

酸斑由于钛及钛合金具有密度小、抗拉强度高、良好的热稳定性、优异的抗大气腐蚀性能等优点，而被广泛用于宇航、舰船及化学工业等领域，并获得了巨大的成功，如宇航使用的蒙皮用料、机翼用料和板式换热器用料等。但是，随着钛材的推广和应用，近几年来一些板材到达用户后出现一些表面现象，尤其在南方更为明显，并且以TA2、TC4和TC1薄板居多。其具体表现为板材表面的色差不一致，在钛和钛合金白色基面上出现了颜色为淡黄色或蓝色的印痕，这种表面现象统称为“酸斑”。这类表面现象，虽不影响板材使用，但表面色差不一致严重影响产品外观质量，造成了诸多不应有的消耗。因此，解决并预防此类表面现象的发生很有必要1。

酸斑产生的原因板材在经过轧制，退火，碱、酸洗等工序处理后，加工至用户所要求的尺寸规格，再配合其它工序如矫直、剪切、检查、包装，从而完成产品的交付。板材在进行大气环境的热加工和热处理后，表面都不可避免产生氧化皮，而氧化皮是附着在板材表面具有一定硬度并且无延伸性的产物，它的存在将导致板材半成品在下一工序的轧制中开裂，而成品板材则可能在用户使用成型时表面出现裂纹，因此清除板材表面的氧化皮是非常必要的。碱、酸洗为化学蚀洗氧化皮的方法，碱洗的原理是将钛的氧化物转变为可溶于酸的偏钛酸钠，其作用是去除氧化皮或者使其破碎(疏松)，为碱、酸洗最主要的工序，决定着碱、酸洗的质量。酸洗的原理是将碱洗后的产物偏钛酸钠变成可溶于水的TiF4，并去除部分基体——钛，从而得到较好的表面质量。其作用是对吸气层进行腐蚀。这种方法可以去除各种状态下的金属氧化皮，并且在去除氧化皮时金属损耗不多，能提高生产能力，还可获得较好的表面质量。

钛及钛合金板材“酸斑”的种类根据板材的生产流程，通过对具体碱、酸洗工艺流程进行分析研究，可以认为，产生的“酸斑”有两类。

1）第一类情况：“水印痕”酸斑。其表现形式为在板材表面出现一片片形状类似积水坑状的痕迹。这种现象以纯钛板较为明显，尤其是在经过压矫形后。其表现为白色印迹，尤以板材边部较为明显，且酸、碱洗后不易消除。其形成原因是在板材成垛退火时，表面氧化不均，碱酸洗后表面腐蚀程度不一所导致。

2）第二类情况可分为2种：第1种情况为出厂之前，板材在酸洗过程中因框内板材间贴合太过紧密，致使酸洗后该处的残酸不能彻底冲洗干净，造成该部位始终处于弱酸状态，从而使得板材继续氧化发蓝。即形成前面所说的“酸斑”。

第2种情况为出厂之后，若水洗后弱酸未冲洗干净，虽然烘干较为彻底，成品包装时表面色差基本一致，但产品供给客户后，板材经较长时间放置，仍有发蓝的“酸斑”出现（见图3）。尤其在我国南方地区，由于空气湿度较大，这种现象经常出现。其原因也是残酸未冲洗干净的部分始终处于弱酸状态下，使得板材继续氧化发蓝。这种现象可以称为板面“返潮”。

通过以上的分析可以看出，板材表面出现“酸斑”现象应主要与碱、酸洗工序有关。

“酸斑”及污染层厚度的测量为了分析“酸斑”现象对产品质量的影响，对表面存在“酸斑”的板材进行“酸斑”及污染层厚度测量。结果表明“酸斑”本身在板材表面上并无明显厚度。所谓的“酸斑”污染对板材组织、力学性能及弯曲性能没有显著影响，仅仅是表面外观品像下降。

防止酸斑出现的措施1）加强对板材生产工艺过程的控制。酸洗后务必要冲洗干净，加强对出厂板材表面检查，发现问题及时处理烘干。

2）板材表面再处理。由于出厂板材已经碱、酸处理，所以返回的板材仅需作弱酸处理即可。用弱酸短时浸泡后出槽。在白化时务必做到片与片之间完全隔离，并且注意在酸洗后要冲洗干净，保证板材表面不再留有残酸并充分烘干，这种问题即可解决。3）砂光处理。作为一种机械处理方法，通过专用砂光设备或人工操作对未出厂或表面有“酸斑”的板材进行磨削，也可达到板材表面色差的一致。

4）鉴于有些“酸斑”是在用户存放过程中受潮造成，尤以南方湿热地区或雨水较多的地区较为常见，建议用户注意板材的存放环境2。

本词条内容贡献者为:

梁志宏 - 副教授 - 中国农业大学