基于数值模拟的激光刻型-化铣腐蚀液设计

【作者】 禹泽茏； 张昭；

【机构】 大连理工大学力学与航空航天学院；

【摘要】 在复杂薄壁构件的刻型-化铣加工中,化学铣切作为一种非接触式腐蚀加工技术,能够高效实现钛合金的微米级减薄与异形结构成型。研究钛在硝酸-氢氟酸混合介质中的腐蚀行为对于提升化学铣切加工效率与力学性能具有重要意义。针对现有化学铣切工艺中酸比例调控不足导致的腐蚀速率波动、吸氢诱发氢脆等问题,本研究通过分子动力学模拟^[1-2],基于ReaxFF力场构建钛-混酸界面动态模型,量化腐蚀过程中钛原子扩散系数、吸氢数目与生成气体数目,揭示了钛在硝酸-氢氟酸混合介质中腐蚀反应的动态微观机制。同时,在钛板表面进行腐蚀试验研究HF-HNO₃混合酸不同配比浓度及腐蚀时间对于腐蚀反应的影响,采用失重法和化学分析法测量试样质量损失和吸氢情况以及腐蚀速率,通过扫描电镜和能谱分析^[3-4]观察金属表面的腐蚀形貌以及腐蚀前后样品的表面元素分布,旨在建立"酸配比-腐蚀动力学-力学性能"定量关联模型,为抗腐蚀结构设计提供理论支撑。研究发现,实验结果与模拟结果基本一致,氢氟酸比例升高降低了钛原子的扩散速率,HF-HNO₃混合酸不同配比浓度对钛板的腐蚀速率有明显影响。本研究为钛基材料在航空航天薄壁构件的"腐蚀-力学"协同设计提供了跨尺度优化策略,推动化学铣切工艺向高精度、低氢脆方向发展。更多还原