CN102808209B - 铌及铌合金表面氧化着色的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可在铌及铌合金表面获得具有不同色彩效果的阳极氧化膜层的工艺方法。其特点是采用阳极氧化的方法来使得铌及铌合金表面生成不同色泽的光亮氧化膜。其工作原理是将铌或铌合金板以及不锈钢板放入配置的电解液中，铌或铌合金充当阳极，不锈钢板作为阴极，通过施加不同值的电压，产生电化学反应，在铌或铌合金表面生成不同厚度的氧化膜，通过光学效应，使其产生不同色泽。本工艺具有步骤少，操作简单，易于维护。着色的阳极氧化膜表面硬度高，结合力和耐蚀性能好，色泽光亮，均匀无杂色等优点。
Description
技术领域
本发明涉及合金表面着色工艺的技术领域，具体地说是一种用于铌及铌合金表面阳极氧化着色的方法。
背景技术
铌及铌合金属难熔金属，其熔点高，并且具有高温下的高比强度。同钨合金和钼合金相比，铌及铌合金塑性好，加工和焊接性能优良，因而能制成薄板和外形复杂的零件，可用作航天和航空工业的热防护和结构材料。铌和某些铌合金在大多数化学介质中具有优良的耐蚀性能，可用作化工、纺织等部门的耐蚀零件。然而，铌及铌合金随着温度的升高,在空气中氧化现象严重，会形成Nb2O5的粉状氧化膜不断剥落，使得材料发生破裂氧化，影响了该种材料的应用。从目前来看，只能依靠高温抗氧化涂层来进行保护，从涂层制备技术来看，和钛及钛合金表面处理技术类似，但在激光融覆表面处理、表面沉积涂层、热扩散、表面纳米化等技术成熟和应用效果上来看，和钛及钛合金表面处理技术都没有达到工业化生产的要求（表面技术，2001，30（2）：33～34），而对于铌及铌合金，阳极氧化技术更是一个全新的领域，国内外尚未见报到。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的铌及铌合金表面氧化着色的方法，它可克服现有技术中铌及铌合金随着温度的升高,在空气中氧化现象严重，会形成Nb2O5的粉状氧化膜不断剥落，使得材料发生破裂氧化，影响了该种材料的应用的一些不足。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：铌及铌合金表面氧化着色的方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：a、将铌或铌合金坯饼放入碱洗溶液中进行碱洗，取出后用水进行第一次漂洗；b、处理后的铌或铌合金坯饼放入酸洗溶液中进行表面活化，取出后用水进行第二次漂洗；c、将经过碱洗和酸洗处理的铌或铌合金坯饼放入阳极氧化着色溶液中进行着色处理，取出后用水进行第三次漂洗，获得带有色泽的阳极氧化膜层；d、将阳极氧化着色的铌或铌合金坯饼放入90～100℃的去离子水中进行封闭处理；e、将封闭处理后的铌及铌合金坯饼进行烘干处理，包装入库。
使用时，本发明的铌及铌合金表面阳极氧化处理技术是一种工艺简单、氧化膜性能良好的技术，各步骤操作简单，易于维护，通过设定不同的电压值，控制最终电流密度值来获得不同色泽的阳极氧化膜，着色的阳极氧化膜色泽光亮，均匀无杂色，具有良好的视觉效果，氧化膜更加致密稳定，而阳极氧化膜本身具有良好结合力和耐蚀性，通过挂具设计可实施批量化连续操作，具有较好的实际应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明所述的方法包括如下步骤：a、将铌或铌合金坯饼放入碱洗溶液中进行碱洗，取出后用水进行第一次漂洗；b、处理后的铌或铌合金坯饼放入酸洗溶液中进行表面活化，取出后用水进行第二次漂洗；c、将经过碱洗和酸洗处理的铌或铌合金坯饼放入阳极氧化着色溶液中进行着色处理，取出后用水进行第三次漂洗，获得带有色泽的阳极氧化膜层；d、将阳极氧化着色的铌或铌合金坯饼放入90～100℃的去离子水中进行封闭处理；e、将封闭处理后的铌及铌合金坯饼进行烘干处理，包装入库。
a步骤中，在超声波条件下进行碱洗，超声波清洗频率为25kHz，碱洗时温度为60～80℃，碱洗时间为15～30min，碱洗溶液中包含有质量百分比为1.5～2％的碳酸钠、2～2.5％的磷酸钠和1.5～2％的硅酸钠，余量为去离子水，上述各成分的质量百分比之和为100%，漂洗时间为1～4min。b步骤中，所述的酸洗溶液中包含有质量百分比为18～20％的硫酸溶液、6～10％的硝酸溶液和8～12％的氢氟酸溶液，余量为去离子水，上述各成分的质量百分比之和为100%，上述配方中，硫酸溶液的浓度为98％，硝酸溶液的浓度为70％，氢氟酸溶液的浓度为40％，表面活化时间为30～60s，漂洗时间为1～4min。c步骤中，在10～30℃，电流密度5～10A.dm-2,电压5～120V的条件下，将铌或铌合金坯饼放入阳极氧化着色溶液中进行5～10min的着色处理，取出后用水进行第三次漂洗，阳极氧化着色溶液由质量百分比为75～85％的去离子水、10～15％的磷酸和5～10％的草酸组成（即阳极氧化着色溶液由去离子水由磷酸100～150g.L-1和草酸50～100 g.L-1组成），取出后用水进行漂洗，漂洗时间为1～4min。d步骤中，封闭处理时间为15～30min。e步骤中，烘干温度为100～120℃，烘干处理时间为15～30min。
实施例1
1）将铌坯饼进行碱洗，具体过程如下：首先室温下，在去离子水溶液中（1L）依次加入碳酸钠（15g）、磷酸钠（20g）、硅酸钠（15g）制成碱洗溶液，待溶解完全后加热至70℃，将加工成直径为25mm的工业纯铌样品放入碱洗溶液持续超声波搅拌，处理15min后取出。室温下，将碱洗后的铌坯饼放入流动的去离子水中清洗2min后取出。
2）酸洗，室温下，在去离子水溶液中（500mL）依次加入浓度为98％的硫酸（90mL）、氢氟酸（45mL）和硝酸（35mL）制成酸洗溶液，将经过碱洗处理后的铌坯饼放入此酸洗溶液中处理60s后取出。室温下，将碱洗后的铌放入流动的去离子水中清洗2min后取出。
3）阳极氧化着色，20℃下，在去离子水溶液中（700mL）搅拌下依次加入磷酸（100mL），草酸（80mL），待溶解完全后，最后加入去离子水至1L制成阳极氧化着色溶液。将经上述处理后的铌坯饼放入此溶液中，以不锈钢作为阴极，圆形样品作为阳极，升压至10V后恒压，处理15min后取出，室温下，将阳极氧化后的铌放入流动的去离子水中清洗2min后取出。
4）封闭，将阳极氧化着色的铌放入100℃的去离子水中，封闭处理15min。
5）烘干，最后将经上述处理的铌放入120℃烘箱中烘干15min后取出。
以下给出实施例1中所得阳极氧化膜的性能
1、阳极氧化膜结合性能：
按国家标准GB5270－85中的划痕法测定镀层与基体的结合力合格
2、阳极氧化膜其他性能：
色泽 深蓝
厚度（μm） 2
硬度（HV） 161.6
实施例2
1）将铌坯饼进行碱洗，具体过程如下：首先室温下，在去离子水溶液中（1L）依次加入碳酸钠（15g）、磷酸钠（20g）、硅酸钠（15g）制成碱洗溶液，待溶解完全后加热至60℃，将加工成直径为25mm的工业纯铌样品放入碱洗溶液持续超声波搅拌，处理30min后取出。室温下，将碱洗后的铌坯饼放入流动的去离子水中清洗3min后取出。
2）酸洗，室温下，在去离子水溶液中（500mL）依次加入浓度为98％的硫酸（90mL）、氢氟酸（45mL）和硝酸（35mL）制成酸洗溶液，将经过碱洗处理后的铌坯饼放入此酸洗溶液中处理45s后取出。室温下，将碱洗后的铌放入流动的去离子水中清洗2min后取出。
3）阳极氧化着色，30℃下，在去离子水溶液中（700mL）搅拌下依次加入磷酸（120mL），草酸（100mL），待溶解完全后，最后加入去离子水至1L制成阳极氧化着色溶液。将经上述处理后的铌放入此溶液中，以不锈钢作为阴极，圆形样品作为阳极，升压至85V后恒压，处理5min后取出。室温下，将阳极氧化后的铌放入流动的去离子水中清洗2min后取出。
4）封闭，将阳极氧化着色的铌放入90℃的去离子水中，封闭处理30min。
5）烘干，最后将经上述处理的铌放入120℃烘箱中烘干30min后取出。
以下给出实施例2中所得阳极氧化膜的性能
1、阳极氧化膜结合性能：
按国家标准GB5270－85中的划痕法测定镀层与基体的结合力合格。
2、阳极氧化膜其他性能：
色泽 深绿/紫红
厚度（μm） 5
硬度（HV） 175.5
Claims (6)
1.铌及铌合金表面氧化着色的方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：a、将铌或铌合金坯饼放入碱洗溶液中进行碱洗，取出后用水进行第一次漂洗；b、处理后的铌或铌合金坯饼放入酸洗溶液中进行表面活化，取出后用水进行第二次漂洗；c、在10～30℃，电流密度5～10A·dm-2,电压5～120V的条件下，将经过碱洗和酸洗处理的铌或铌合金坯饼放入阳极氧化着色溶液中进行5～10min的着色处理，取出后用水进行第三次漂洗，获得带有色泽的阳极氧化膜层，所述的阳极氧化着色溶液由质量百分比为75～85％的去离子水、10～15％的磷酸和5～10％的草酸组成；d、将阳极氧化着色的铌或铌合金坯饼放入90～100℃的去离子水中进行封闭处理；e、将封闭处理后的铌及铌合金坯饼进行烘干处理，包装入库。
2.根据权利要求1所述的铌及铌合金表面氧化着色的方法，其特征在于：a步骤中，在超声波条件下进行碱洗，超声波清洗频率为25kHz，碱洗时温度为60～80℃，碱洗时间为15～30min，碱洗溶液中包含有质量百分比为1.5～2％的碳酸钠、2～2.5％的磷酸钠和1.5～2％的硅酸钠，余量为去离子水，上述各成分的质量百分比之和为100%。
3.根据权利要求1所述的铌及铌合金表面氧化着色的方法，其特征在于：b步骤中，表面活化时间为30～60s，所述的酸洗溶液中包含有质量百分比为18～20％的硫酸溶液、6～10％的硝酸溶液和8～12％的氢氟酸溶液，余量为去离子水，上述各成分的质量百分比之和为100%，上述配方中，硫酸溶液的浓度为98％，硝酸溶液的浓度为70％，氢氟酸溶液的浓度为40％。
4.根据权利要求1所述的铌及铌合金表面氧化着色的方法，其特征在于：d步骤中，封闭处理时间为15～30min。
5.根据权利要求1所述的铌及铌合金表面氧化着色的方法，其特征在于：e步骤中，烘干温度为100～120℃，烘干处理时间为15～30min。
6.根据权利要求1所述的铌及铌合金表面氧化着色的方法，其特征在于：第一、第二和第三次漂洗均采用流动的去离子水进行漂洗，漂洗时间为1-4min。
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