CN102534744A

CN102534744A - 医用钛合金抛光液及抛光方法

Info

Publication number: CN102534744A
Application number: CN2012100655095A
Authority: CN
Inventors: 周广宏; 丁红燕; 周长培; 章跃; 夏木建; 朱雨富; 林岳宾
Original assignee: Huaiyin Institute of Technology
Current assignee: Huaiyin Institute of Technology
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了医用钛合金抛光液及抛光方法，该抛光液包括高氯酸、甲醇、乙二醇和光亮剂，每升抛光液中高氯酸50～100ml、甲醇500～550ml、乙二醇350～450ml、光亮剂2～10g；抛光方法是：首先将钛合金进行简单机械抛光，然后进行电化学抛光；所述电化学抛光的电解液为上述的抛光液。本发明属于表面处理领域，针对医用钛合金使用前的抛光处理，所涉及的钛合金抛光液不含氢氟酸，不会产生对人体健康不利的挥发物质及强烈刺激性气味，电化学抛光相较于传统的机械抛光和化学抛光，经电化学抛光处理的钛合金表面光亮平整，无划痕或纹路，且对不规则件的抛光也可达到镜面效果。

Description

医用钛合金抛光液及抛光方法

技术领域

本发明涉及一种医用钛合金抛光液及抛光方法，具体是指医用钛合金的抛光预处理。

背景技术

由于钛合金具有较高的力学强度和耐腐蚀性能，较低的弹性模量和密度，以及出色的生物相容性，被广泛应用于制作临床用的人工骨、关节、牙等各种植入物及矫形物等。钛合金的耐腐蚀性随其表面光洁度的提高而降低，其中平滑表面和微观粗糙表面具有良好的耐蚀性和较低的离子释放率。因此，对医用钛合金进行适当的表面光整处理，可增加钛合金植入物的耐蚀性，降低金属离子的释放率。

常用的医用钛合金抛光方法可分为三种：机械抛光、化学抛光和电化学抛光。

机械抛光是指靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光件的凸部而得到平滑面的抛光方法，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主，特殊零件如回转体表面，可使用转台等辅助工具，但机械抛光产生的划痕很难去除，并且样品表面留有残余应力。

化学抛光即酸腐蚀，是指让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面。所采用的化学介质一般为氢氟酸（HF）或含氟离子（F^-）的酸性溶液。由于对钛合金基体进行化学抛光处理时会发生剧烈反应，F^-与Ti⁴⁺离子的络合物很稳定，能够紧密吸附在钛合金的表面，使钛合金基体与空气隔绝，因此，钛合金基体表面也无法生成钝化膜。经化学抛光后的钛合金表面暗淡，无明显抛光效果，而且HF是一种高毒物质，极易挥发到空气中。

电化学抛光是基于金属阳极电化学溶解原理使金属表面逐渐到达微观平整的加工方法。与机械抛光相比，电化学抛光可大大减少抛光件内部和表面的残余应力，其抛光后的光洁度与平整度比机械抛光更好。

现有技术中公开了一种含有高氯酸、高氯酸钠、乳酸、无水乙醇的钛合金抛光液【于美、徐永振、李松梅等，北京科技大学学报，钛合金的环保电化学抛光工艺，2009，31(1):68-73】。但使用上述抛光液对医用钛合金进行电化学抛光发现：钛合金基体表面容易生成氧化膜，氧化膜硬度高，抛光难度大，而且表面易产生抛光纹路，难以到达镜面的效果。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种医用钛合金抛光液及抛光方法，解决现有的钛合金抛光液抛光后会在医用钛合金表面产生抛光纹路难以得到镜面效果的缺陷，采用本发明的钛合金抛光液及抛光方法对医用钛合金进行处理后不产生纹路，可以得到镜面效果。

本发明的技术解决方案是：该抛光液包括高氯酸、甲醇、乙二醇和光亮剂，每升抛光液中高氯酸50～100ml、甲醇500～550ml、乙二醇350～450ml、光亮剂2～10g。

其中，所述光亮剂为糖精钠、明胶、硬脂酸钠、苯骈三氮唑中的一种。

其中，所述的医用钛合金包括：纯Ti、Ti-Ni、Ti-Al-V和Ti-Al-Mo合金。

医用钛合金的抛光方法是：首先将钛合金进行简单机械抛光，然后进行电化学抛光；所述电化学抛光的电解液为权利要求1所述的抛光液。

其中，所述电化学抛光是将待抛光的医用钛合金作为阳极，不锈钢作为阴极进行电化学抛光，电化学抛光的温度为0～10℃，电流密度为100～120A/dm²，抛光时间为30～40s。

其中，所述阴极与阳极表面积之比（1～4）：1。

本发明具有以下优点：

1、所用的抛光液和抛光方法克服了现有的电化学抛光液和抛光方法难度大、容易产生抛光纹路、难以到达镜面效果的弊端，容易抛光，不产生纹路，达镜面的效果。

2、本发明中选用强电解质的高氯酸，使电流密度较高，阳极溶解较快，抛光时间较短，能达到迅速抛光的目的；当高氯酸含量小50 ml/L，抛光速度慢，试样边缘被抛光，内部暗淡，抛光得到的镜面效果差；当高氯酸含量大于100 ml/L 时，抛光速度过快，抛光时间不易掌握，试样表面出现少许腐蚀坑，表面不平整，抛光效果差。

3、本发明中选用的甲醇的主要作用是作为溶剂，使钛合金试样与抛光液中的高氯酸根离子平稳的发生反应，并使高氯酸与钛合金的反应产物及时脱落。

4、本发明中选用的乙二醇的主要作用改变抛光液的黏度，当乙二醇含量过大时，抛光液黏度大，电解传质过程慢，阳极溶解速率低，溶解下来的离子不能很快的扩散，难以形成有效的抛光，达不到好的抛光效果；而乙二醇含量小时，抛光液黏度小，电解传质快，抛光电流大，阳极溶解过快，抛光后试样表面不平整，抛光质量差。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：对尺寸为20mm×20mm×5 mm的医用纯钛进行抛光处理

（1）砂纸打磨并除油：选用600#、800#、1000#、1200#的SiC砂纸将试样打磨，去除材料表面的毛刺、氧化层，减小表面粗糙度，提高镜面效果，再将试样放置在乙醇或丙酮溶液中进行超声清洗；

（2）电化学抛光：由高氯酸50 ml、甲醇450 ml、乙二醇500 ml、糖精钠5 g充分混合均匀，配成1 L抛光液；

将清洗好的医用纯钛试样与直流稳流电源的正极相连，不锈钢板与直流稳流的负极相连，放入含有上述电化学抛光液的电解槽中进行电化学抛光处理，待处理的医用纯钛为阳极，不锈钢板为阴极，纯钛样品与不锈钢板表面积之比为1：1，抛光温度为10 ℃，电流密度100 A/ dm²，处理时间30 s；将经电化学抛光处理后的医用纯钛用无水乙醇超声清洗5min后取出，晾干，达到表面平整光亮的镜面效果。

实施例2：对尺寸为20mm×20mm×5 mm的医用NiTi合金进行抛光处理

（1）砂纸打磨并除油：选用600#、800#、1000#、1200#的SiC砂纸将医用NiTi合金试样打磨，去除材料表面的毛刺、氧化层，减小表面粗糙度，提高镜面效果，再将试样放置在乙醇或丙酮溶液中进行超声清洗；

（2）电化学抛光：由高氯酸70 ml、甲醇525 ml、乙二醇405 ml、明胶2 g充分混合均匀，配成1 L抛光液；

将清洗好的医用NiTi合金试样与直流稳流电源的正极相连，不锈钢板与直流稳流的负极相连，放入含有上述电化学抛光液的电解槽中进行电化学抛光处理，待处理的医用NiTi合金为阳极，不锈钢板为阴极，医用NiTi合金与不锈钢板表面积之比为1：2，抛光温度为5 ℃，电流密度105 A/ dm²，处理时间35 s；将经电化学抛光处理后的医用NiTi合金用无水乙醇超声清洗5min后取出，晾干，达到表面平整光亮的镜面效果。

实施例3：对尺寸为20mm×20mm×5 mm的医用TC4合金进行抛光处理

（1）砂纸打磨并除油：选用600#、800#、1000#、1200#的SiC砂纸将医用TC4合金试样打磨，去除材料表面的毛刺、氧化层，减小表面粗糙度，提高镜面效果；再将试样放置在乙醇或丙酮溶液中进行超声清洗；

（2）电化学抛光：由高氯酸85 ml、甲醇525 ml、乙二醇390 ml、硬脂酸钠6g充分混合均匀，配成1 L抛光液；将清洗好的医用TC4合金试样与直流稳流电源的正极相连，不锈钢板与直流稳流的负极相连，放入含有上述电化学抛光液的电解槽中进行电化学抛光处理，待处理的医用TC4合金为阳极，不锈钢板为阴极，医用TC4合金样品与不锈钢板表面积之比为1：3，抛光温度为2℃，电流密度110 A/ dm²，处理时间35 s；将经电化学抛光处理后的医用TC4合金用无水乙醇超声清洗5min后取出，晾干，达到表面平整光亮的镜面效果。

实施例4：对尺寸为20mm×20mm×5 mm的医用TC11合金进行抛光处理

（1）砂纸打磨并除油：选用600#、800#、1000#、1200#的SiC砂纸将医用TC11合金试样打磨，去除材料表面的毛刺、氧化层，减小表面粗糙度，提高镜面效果，再将试样放置在乙醇或丙酮溶液中进行超声清洗；

（2）电化学抛光：由高氯酸100 ml、甲醇550 ml、乙二醇350 ml、苯骈三氮唑10g充分混合均匀，配成1 L抛光液；将清洗好的医用TC11合金试样与直流稳流电源的正极相连，不锈钢板与直流稳流的负极相连，放入含有上述电化学抛光液的电解槽中进行电化学抛光处理，待处理的医用TC11合金为阳极，不锈钢板为阴极，医用TC11合金样品与不锈钢板表面积之比为1：4，抛光温度为0℃，电流密度120 A/ dm²，处理时间40 s；将经电化学抛光处理后的医用TC11合金用无水乙醇超声清洗5min后取出，晾干，达到表面平整光亮的镜面效果。

本发明的所述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，还可在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举，而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。

Claims

1. 医用钛合金抛光液，其特征在于：该抛光液包括高氯酸、甲醇、乙二醇和光亮剂，每升抛光液中高氯酸50～100ml、甲醇500～550ml、乙二醇350～450ml、光亮剂2～10g。

2. 根据权利要求1所述的医用钛合金抛光液，其特征在于：所述光亮剂为糖精钠、明胶、硬脂酸钠、苯骈三氮唑中的一种。

3. 根据权利要求1所述的医用钛合金抛光液，其特征在于：所述的医用钛合金包括：纯Ti、Ti-Ni、Ti-Al-V和Ti-Al-Mo合金。

4. 医用钛合金的抛光方法，其特征在于：首先将钛合金进行简单机械抛光，然后进行电化学抛光；所述电化学抛光的电解液为权利要求1所述的抛光液。

5. 根据权利要求4所述的医用钛合金的抛光方法，其特征在于：所述电化学抛光是将待抛光的医用钛合金作为阳极，不锈钢作为阴极进行电化学抛光，电化学抛光的温度为0～10℃，电流密度为100～120A/dm²，抛光时间为30～40s。

6. 根据权利要求5所述的医用钛合金的抛光方法，其特征在于：所述阴极与阳极表面积之比（1～4）：1。