本发明涉及一种钛丝的加工方法及系统。属于材料加工技术领域。
背景技术：
钛是一种银白色的过渡金属，具有重量轻、强度高、抗腐蚀能力良好等特征，其化学性质相对稳定，具有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱等优良性质。
钛丝可用于钛设备焊接、钛零部件加工的原材料，一般应用于两个方面，一是作为结构件进一步加工制作标准件、精密仪器结构件、挂件、丝网等；二是大量用于钛设备、航空航天器、军工产品、文体用品制造过程的焊接；三是超细丝直接用于控制设备的零部件用于精密仪器结构件。上述的三种用途都对钛丝的精度、表面质量等有较高要求。
技术实现要素：
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种钛丝的加工方法。
本发明还提供了上述的钛丝的加工方法所对应的加工系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种钛丝的加工方法，包括步骤：
(1)取规格为Φ10～11mm的钛坯料，使用去离子水进行预清洗，浸泡于50～70℃的酸液进行酸洗，然后漂洗、烘干；其中，酸液是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：1：2混合配制得到；
(2)第一次拉丝：放入第一真空炉中，抽真空，在3～4小时加热到900～1000℃，再保温1～2小时后自然冷却到室温，取出，接着通过第一辊模拉丝机，拉丝得到规格为Φ5～6mm的钛丝；
(3)第二次拉丝：放入第二真空炉中，抽真空，在20～30分钟加热到600～700℃，再保温8～12小时后自然冷却到室温，取出，通过第二辊模拉丝机，拉丝得到规格为Φ1～3mm的钛丝；
(4)除氢热处理：在真空条件下，将钛丝以5～10℃/分钟升温至400～450℃后保温3～4小时，然后以12～15℃/分钟升温至500～550℃后保温30～50分钟，最后以2～4℃/分钟升温至600～650℃后保温50～80分钟；
(5)退火：在真空度10～4Pa的退火炉中，加热至600～650℃，保温5～6小时，排除空气并用氩气置换，冷却至120～150℃，即得。
优选的，所述钛丝为纯钛丝。
优选的，步骤(1)中预清洗所使用的去离子水温度为45～65℃，采用流动清洗的方法，流量为30～40m3/h。
优选的，步骤(1)中漂洗是使用50～60℃的去离子水进行喷淋漂洗。
优选的，步骤(1)中烘干的具体方法是，喷吹80～110℃的热风，从而把表面残留的液体烘干。
优选的，步骤(2)中第一次拉丝前，先进行扒皮处理，以去除钛坯料表面的氧化层，扒皮厚度为0.8～1.2mm。
优选的，步骤(5)中加热速度为20～25℃/h，冷却速度为3～4℃/h。
一种钛丝的加工系统，包括依次连接的酸洗装置、第一次拉丝装置、第二次拉丝装置、除氢热处理装置和退火装置，酸洗装置包括依次连接的预清洗槽、酸洗槽、漂洗槽和烘干设备，第一次拉丝装置包括依次连接的第一真空炉和第一辊模拉丝机，第二次拉丝装置包括依次连接的第二真空炉和第二辊模拉丝机，除氢热处理装置为第三真空炉，退火装置为退火炉。
优选的，所述预清洗槽包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水。
优选的，所述酸洗槽中盛有酸液，是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：1：2混合配制得到。
优选的，所述漂洗槽的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备。
优选的，所述烘干设备为连续喷吹80～110℃热风的装置。
本发明的有益效果：
本发明的加工工艺包括酸洗、第一次拉丝、第二次拉丝、除氢热处理和退火处理五个步骤，酸洗步骤能将坯料表面的氧化皮彻底洗尽，并且未出现过酸现象；控制进行两次拉丝，先在较高温度下进行第一次拉丝，后在稍低温度下进行第二次拉丝，保证拉丝均匀性和较好的表面质量；除氢热处理步骤先使得氢元素从间隙固溶态转化为游离态，开始氢的可逆合金化转变，最后将残留的游离态氢原子排除彻底，达到较好的除氢效果，第二次升温快速升温，第三次升温缓慢升温，通过升温节奏的控制，可以保证彻底除氢，并且在除氢过程中不会损失钛丝力学性能；结合退火的特定工艺条件处理，使用氩气作为保护气体，有效防止在退火过程中发生氧化。
最后所得钛丝的抗拉强度在600MPa以上，表面光滑性好，清洗性良好。
附图说明
图1是本发明的一种钛丝的加工系统结构示意图；
其中，1为酸洗装置，2为第一次拉丝装置，3为第二次拉丝装置，4为第三真空炉，5为退火炉，6为预清洗槽，7为酸洗槽，8为漂洗槽，9为烘干设备，10为第一真空炉，11为第一辊模拉丝机，12为第二真空炉，13为第二辊模拉丝机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
如图1所示，一种钛丝的加工方法，包括步骤：
(1)取规格为Φ10mm的钛坯料，使用45℃去离子水进行预清洗(流动清洗，流量为30m3/h)，浸泡于50℃的酸液进行酸洗，然后使用50℃的去离子水进行喷淋漂洗，接着喷吹80℃的热风，从而把表面残留的液体烘干；其中，酸液是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：1：2混合配制得到；
(2)第一次拉丝：先进行扒皮处理，以去除钛坯料表面的氧化层，扒皮厚度为0.8mm；之后放入第一真空炉10中，抽真空，在3小时加热到900℃，再保温1小时后自然冷却到室温，取出，接着通过第一辊模拉丝机11，拉丝得到规格为Φ5mm的钛丝；
(3)第二次拉丝：放入第二真空炉12中，抽真空，在20分钟加热到600℃，再保温8小时后自然冷却到室温，取出，通过第二辊模拉丝机13，拉丝得到规格为Φ1mm的钛丝；
(4)除氢热处理：在真空条件下，将钛丝以5℃/分钟升温至400℃后保温3小时，然后以12℃/分钟升温至500℃后保温30分钟，最后以2℃/分钟升温至600℃后保温50分钟；
(5)退火：在真空度10Pa的退火炉5中，加热至600℃(加热速度为20℃/h)，保温5小时，排除空气并用氩气置换，冷却至120℃(冷却速度为3℃/h)，即得。
一种钛丝的加工系统，包括依次连接的酸洗装置1、第一次拉丝装置2、第二次拉丝装置3、除氢热处理装置和退火装置，酸洗装置1包括依次连接的预清洗槽6、酸洗槽7、漂洗槽8和烘干设备9，第一次拉丝装置2包括依次连接的第一真空炉10和第一辊模拉丝机11，第二次拉丝装置3包括依次连接的第二真空炉12和第二辊模拉丝机13，除氢热处理装置为第三真空炉4，退火装置为退火炉5。
其中，预清洗槽6包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水；酸洗槽7中盛有酸液，是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液混合配制得到；漂洗槽8的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备；烘干设备9为连续喷吹热风的装置。
实施例2：
如图1所示，一种钛丝的加工方法，包括步骤：
(1)取规格为Φ11mm的钛坯料，使用65℃去离子水进行预清洗(流动清洗，流量为40m3/h)，浸泡于70℃的酸液进行酸洗，然后使用60℃的去离子水进行喷淋漂洗，接着喷吹110℃的热风，从而把表面残留的液体烘干；其中，酸液是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：1：2混合配制得到；
(2)第一次拉丝：先进行扒皮处理，以去除钛坯料表面的氧化层，扒皮厚度为1.2mm；之后放入第一真空炉10中，抽真空，在4小时加热到1000℃，再保温2小时后自然冷却到室温，取出，接着通过第一辊模拉丝机11，拉丝得到规格为Φ6mm的钛丝；
(3)第二次拉丝：放入第二真空炉12中，抽真空，在30分钟加热到700℃，再保温12小时后自然冷却到室温，取出，通过第二辊模拉丝机13，拉丝得到规格为Φ3mm的钛丝；
(4)除氢热处理：在真空条件下，将钛丝以10℃/分钟升温至450℃后保温4小时，然后以15℃/分钟升温至550℃后保温50分钟，最后以4℃/分钟升温至650℃后保温80分钟；
(5)退火：在真空度4Pa的退火炉5中，加热至650℃(加热速度为25℃/h)，保温6小时，排除空气并用氩气置换，冷却至150℃(冷却速度为3～4℃/h)，即得。
一种钛丝的加工系统，包括依次连接的酸洗装置1、第一次拉丝装置2、第二次拉丝装置3、除氢热处理装置和退火装置，酸洗装置1包括依次连接的预清洗槽6、酸洗槽7、漂洗槽8和烘干设备9，第一次拉丝装置2包括依次连接的第一真空炉10和第一辊模拉丝机11，第二次拉丝装置3包括依次连接的第二真空炉12和第二辊模拉丝机13，除氢热处理装置为第三真空炉4，退火装置为退火炉5。
其中，预清洗槽6包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水；酸洗槽7中盛有酸液，是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液混合配制得到；漂洗槽8的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备；烘干设备9为连续喷吹热风的装置。
实施例3：
如图1所示，一种钛丝的加工方法，包括步骤：
(1)取规格为Φ10mm的钛坯料，使用65℃去离子水进行预清洗(流动清洗，流量为30m3/h)，浸泡于70℃的酸液进行酸洗，然后使用50℃的去离子水进行喷淋漂洗，接着喷吹110℃的热风，从而把表面残留的液体烘干；其中，酸液是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：1：2混合配制得到；
(2)第一次拉丝：先进行扒皮处理，以去除钛坯料表面的氧化层，扒皮厚度为0.8mm；之后放入第一真空炉10中，抽真空，在4小时加热到900℃，再保温2小时后自然冷却到室温，取出，接着通过第一辊模拉丝机11，拉丝得到规格为Φ5mm的钛丝；
(3)第二次拉丝：放入第二真空炉12中，抽真空，在30分钟加热到600℃，再保温12小时后自然冷却到室温，取出，通过第二辊模拉丝机13，拉丝得到规格为Φ1mm的钛丝；
(4)除氢热处理：在真空条件下，将钛丝以10℃/分钟升温至400℃后保温4小时，然后以12℃/分钟升温至550℃后保温30分钟，最后以4℃/分钟升温至600℃后保温80分钟；
(5)退火：在真空度10Pa的退火炉5中，加热至650℃(加热速度为20℃/h)，保温6小时，排除空气并用氩气置换，冷却至120℃(冷却速度为4℃/h)，即得。
一种钛丝的加工系统，包括依次连接的酸洗装置1、第一次拉丝装置2、第二次拉丝装置3、除氢热处理装置和退火装置，酸洗装置1包括依次连接的预清洗槽6、酸洗槽7、漂洗槽8和烘干设备9，第一次拉丝装置2包括依次连接的第一真空炉10和第一辊模拉丝机11，第二次拉丝装置3包括依次连接的第二真空炉12和第二辊模拉丝机13，除氢热处理装置为第三真空炉4，退火装置为退火炉5。
其中，预清洗槽6包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水；酸洗槽7中盛有酸液，是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液混合配制得到；漂洗槽8的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备；烘干设备9为连续喷吹热风的装置。
实施例4：
如图1所示，一种钛丝的加工方法，包括步骤：
(1)取规格为Φ11mm的钛坯料，使用45℃去离子水进行预清洗(流动清洗，流量为40m3/h)，浸泡于50℃的酸液进行酸洗，然后使用60℃的去离子水进行喷淋漂洗，接着喷吹80℃的热风，从而把表面残留的液体烘干；其中，酸液是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：1：2混合配制得到；
(2)第一次拉丝：先进行扒皮处理，以去除钛坯料表面的氧化层，扒皮厚度为1.2mm；之后放入第一真空炉10中，抽真空，在3小时加热到1000℃，再保温1小时后自然冷却到室温，取出，接着通过第一辊模拉丝机11，拉丝得到规格为Φ6mm的钛丝；
(3)第二次拉丝：放入第二真空炉12中，抽真空，在20分钟加热到700℃，再保温8小时后自然冷却到室温，取出，通过第二辊模拉丝机13，拉丝得到规格为Φ3mm的钛丝；
(4)除氢热处理：在真空条件下，将钛丝以5℃/分钟升温至450℃后保温3小时，然后以15℃/分钟升温至500℃后保温30～50分钟，最后以4℃/分钟升温至600℃后保温80分钟；
(5)退火：在真空度10Pa的退火炉5中，加热至650℃(加热速度为20℃/h)，保温6小时，排除空气并用氩气置换，冷却至120℃(冷却速度为4℃/h)，即得。
一种钛丝的加工系统，包括依次连接的酸洗装置1、第一次拉丝装置2、第二次拉丝装置3、除氢热处理装置和退火装置，酸洗装置1包括依次连接的预清洗槽6、酸洗槽7、漂洗槽8和烘干设备9，第一次拉丝装置2包括依次连接的第一真空炉10和第一辊模拉丝机11，第二次拉丝装置3包括依次连接的第二真空炉12和第二辊模拉丝机13，除氢热处理装置为第三真空炉4，退火装置为退火炉5。
其中，预清洗槽6包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水；酸洗槽7中盛有酸液，是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液混合配制得到；漂洗槽8的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备；烘干设备9为连续喷吹热风的装置。
实施例5：
如图1所示，一种钛丝的加工方法，包括步骤：
(1)取规格为Φ10mm的钛坯料，使用55℃去离子水进行预清洗(流动清洗，流量为35m3/h)，浸泡于60℃的酸液进行酸洗，然后使用55℃的去离子水进行喷淋漂洗，接着喷吹100℃的热风，从而把表面残留的液体烘干；其中，酸液是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：1：2混合配制得到；
(2)第一次拉丝：先进行扒皮处理，以去除钛坯料表面的氧化层，扒皮厚度为1mm；之后放入第一真空炉10中，抽真空，在3小时加热到950℃，再保温2小时后自然冷却到室温，取出，接着通过第一辊模拉丝机11，拉丝得到规格为Φ5mm的钛丝；
(3)第二次拉丝：放入第二真空炉12中，抽真空，在25分钟加热到650℃，再保温10小时后自然冷却到室温，取出，通过第二辊模拉丝机13，拉丝得到规格为Φ2mm的钛丝；
(4)除氢热处理：在真空条件下，将钛丝以8℃/分钟升温至420℃后保温3小时，然后以13℃/分钟升温至520℃后保温40分钟，最后以3℃/分钟升温至620℃后保温70分钟；
(5)退火：在真空度6Pa的退火炉5中，加热至620℃(加热速度为22℃/h)，保温5小时，排除空气并用氩气置换，冷却至140℃(冷却速度为3℃/h)，即得。
一种钛丝的加工系统，包括依次连接的酸洗装置1、第一次拉丝装置2、第二次拉丝装置3、除氢热处理装置和退火装置，酸洗装置1包括依次连接的预清洗槽6、酸洗槽7、漂洗槽8和烘干设备9，第一次拉丝装置2包括依次连接的第一真空炉10和第一辊模拉丝机11，第二次拉丝装置3包括依次连接的第二真空炉12和第二辊模拉丝机13，除氢热处理装置为第三真空炉4，退火装置为退火炉5。
其中，预清洗槽6包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水；酸洗槽7中盛有酸液，是将38w.t.％的盐酸溶液、30w.t.％的氢溴酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液混合配制得到；漂洗槽8的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备；烘干设备9为连续喷吹热风的装置。
试验例
对实施例1～5所得钛丝进行了力学性能测试，抗拉强度在600MPa以上；然后进行了表面粗糙度和清洗性测试。
表面粗糙度：测量各试验的算术平均粗糙度(Ra)和最大高度(Rz)。测量中使用表面粗糙度形状测量仪(东京精密社制サ一フコム1400D)，依据JIS B 0601：2001的方法进行测量。
清洗性：将各试验体切割得到长度2cm的试验体，进行丙酮清洗，进行质量测定后，在各试验体的表面涂布动粘度34mm2/s(温度40℃)的挤压油25μL。然后，以搅拌器搅拌加温至70℃的纯水2L，其中浸渍各试验体3分钟并取出。其后，使各试验体干燥，测定质量，根据与挤压油涂布前的质量的差，评价残留的油分量，残留油分在0.5mg/cm2以下时为清洗性良好，超过0.5mg/cm2时为清洗性差。测试结果见表1。
表1.表面状态性能
从表1可得，本发明的钛丝表面光滑性好，清洗性良好。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。