CN103060862B - 钛涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛涂层及其制备方法，是以如下方法制备得到的：以基板为阴极，钛板为阳极，以含有K2TiF6的共晶盐为熔盐；在惰性气体保护下升温至710-750℃，于250-600mA/cm2恒电流下反应0.5-2小时。所述K2TiF6在所述共晶盐中的重量百分含量为14-16%；按摩尔百分含量计，所述共晶盐的组成为：NaCl49-51%、KCl49-51%；或NaCl40-41%、KCl50-51%、NaF9-10%。采用便宜易得、易于贮存和运输的NaCl-KCl-K2TiF6或NaCl-KCl-NaF-K2TiF6为熔盐，反应腐蚀性小；反应迅速，沉积效率高；所用设备简单，成本低廉，操作容易；得到的钛涂层致密性好，纯度高且与基体结合紧密。

Description

钛涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及表面处理领域，特别是涉及熔盐电沉积钛涂层及其制备方法。
背景技术
钛密度小、重量轻、强度高、容易加工、具金属光泽，钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半。现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。被美誉为“太空金属”。钛没有磁性，用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。钛的耐热性很好，熔点高达1668℃。钛最重要的性能之一就是具有良好的抗腐蚀能力，不受大气和海水的影响。在常温下，不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀，只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用，就连最凶猛的酸——王水，也不能腐蚀它。钛被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。高的成本使得钛金属的发展和利用受到阻碍，尤其在民用上。事实上，在很多情况下，只要在基体金属表面涂覆上一薄层的钛层就能起到良好的保护作用。
现有的在基体表面镀钛是采用等离子体物理溅射气相沉积技术，将钛等离子化，以铁或不锈钢为基体，在基体上直接沉积一层钛薄膜。但是这种方法需要特殊的等离子化设备，并且要求钛的纯度较高，因此生产成本较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种设备简单、成本低廉的钛涂层及其制备方法。
一种钛涂层的制备方法，包括以下步骤：
以基板为阴极，钛板为阳极，以含有K2TiF6的共晶盐为熔盐；在惰性气体保护下升温至710-750℃，于250-600mA/cm2恒电流下反应0.5-2小时，即在基板上得到钛涂层；所述K2TiF6在所述共晶盐中的重量百分含量为14-16%；按摩尔百分含量计，所述共晶盐的组成为：NaCl49-51%、KCl49-51%；或所述共晶盐的组成为：NaCl40-41%、KCl50-51%、NaF9-10%。
共晶盐的选取主要是依据盐的共晶反应，根据共晶反应的成分和温度来选取的，这样能降低熔盐的熔点和操作温度，如纯NaCl的熔点为800℃，纯KCl为770℃，K2TiF6为780℃，但当共晶为NaCl-KCl-K2TiF6时，其操作温度可以降到750℃以下。相较于仅由NaCl和KCl组成的共晶盐，增加了NaF的共晶盐能使熔盐的熔点降低，操作温度可以降低一些，更加方便，但氟化物的腐蚀性比氯化物强，价格也较高，但其用量少，总体来说用以上两种盐和三种盐效果相当。
在其中一个实施例中，所述K2TiF6在所述共晶盐中的重量百分含量为15%。
在其中一个实施例中，按摩尔百分含量计，所述共晶盐的组成为NaCl50%和KCl50%。此时，反应条件优选为：在惰性气体保护下升温至750℃，于500mA/cm2恒电流下反应1小时。
在其中一个实施例中，按摩尔百分含量计，所述共晶盐的组成为：40.25%NaCl、50.5%KCl和9.25%NaF。此时，反应条件优选为：在惰性气体保护下升温至710℃，于500mA/cm2恒电流下反应1小时。
在其中一个实施例中，还设有参比电极，所述参比电极为镍电极或Ag/AgCl电极；所述基板为不锈钢板。
本发明还提供了上述制备方法制备得到的钛涂层。所述钛涂层的厚度为1-8μm。
上述钛涂层的制备方法，采用NaCl-KCl-K2TiF6或NaCl-KCl-NaF-K2TiF6为熔盐，所述熔盐为价格低廉的固体，容易购买、贮存和运输，挥发性小，反应腐蚀性小；以纯钛板做阳极，采用熔盐电沉积的方式制备钛涂层，反应迅速，沉积效率高；所用设备简单，成本低廉，操作容易。所述制备方法得到的钛涂层致密性好，纯度高且与基体结合紧密。
附图说明
图1为本发明实施例1的钛涂层的表面形貌图、截面扫描电镜图和X射线衍射图；
图2为本发明实施例2的钛涂层的表面形貌图、截面扫描电镜图和X射线衍射图；
图3为本发明实施例3的钛涂层的截面扫描电镜图和X射线衍射图；
图4为本发明实施例4的钛涂层的截面扫描电镜图和X射线衍射图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。
实施例1
一种钛涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、采用线切割将304不锈钢材线切割成片状试样，并经研磨、清洗及干燥处理。
2、将Fe-Cr丝点焊至试样的一端作为电极引线，电沉积采用三电极体系，即以不锈钢板试样为阴极，钛板为阳极，镍电极为参比电极。
3、以二元共晶的49mol%NaCl-51mol%KCl为共晶盐，并添加K2TiF6，所述K2TiF6的添加量为共晶盐质量的16%。
4、将上述配好的含有K2TiF6的共晶盐放入石墨坩埚中，在氩气的保护下升温到750℃，采用普林斯顿PAR2273电化学工作站进行恒电流沉积，外加250mA/cm2恒电流下反应1小时，即在304不锈钢上生成一层钛涂层。
所述钛涂层的厚度为7-8μm。
由图1可以看出，本实施例采用熔盐电沉积的方法在不锈钢基体上制备得到的钛涂层比较致密连续，与不锈钢基体结合较好。
实施例2
一种钛涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、采用线切割将304不锈钢板材线切割成片状试样，并经研磨、清洗及干燥处理。
2、将Fe-Cr丝点焊至试样的一端作为电极引线，电沉积采用三电极体系，即以不锈钢板试样为阴极，钛板作为阳极，镍电极为参比电极。
3、以二元共晶的51mol%NaCl-49mol%KCl为共晶盐，并添加K2TiF6，所述K2TiF6的添加量为共晶盐质量的14%。
4、将上述配好的含有K2TiF6的共晶盐放入石墨坩埚中，在氩气的保护下升温到750℃。采用普林斯顿PAR2273电化学工作站进行恒电流沉积。外加300mA/cm2恒电流下反应1小时，即在304不锈钢上生成一层钛涂层。
所述钛涂层的厚度为1.8~4μm。
由图2可以看出，本实施例采用熔盐电沉积的方法在不锈钢基体上制备得到的钛涂层比较致密连续，与不锈钢基体结合较好。
实施例3
一种钛涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、采用线切割将304不锈钢材线切割成片状试样，并经研磨、清洗及干燥处理。
2、将Fe-Cr丝点焊至试样的一端作为电极引线，电沉积采用三电极体系，即以不锈钢板试样为阴极，钛板为阳极，Ag/AgCl电极为参比电极。
3、以三元共晶的40.25mol%NaCl-50.5mol%KCl-9.25mol%NaF为共晶盐，并添加K2TiF6，所述K2TiF6的添加量为共晶盐质量的15%。
4、将上述配好的含有K2TiF6的共晶盐放入石墨坩埚中，在氩气的保护下升温到710℃。采用CorrTest电化学工作站进行恒电流沉积。外加500mA/cm2恒电流下反应1小时，即在304不锈钢上生成一层钛涂层。
所述钛涂层的厚度为4-5μm。
由图3可以看出，本实施例采用熔盐电沉积的方法在不锈钢基体上制备得到的钛涂层最致密连续，与不锈钢基体结合最紧密。
实施例4
一种钛涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、采用线切割将304不锈钢材线切割成片状试样，并经研磨、清洗及干燥处理。
2、将Fe-Cr丝点焊至试样的一端作为电极引线，电沉积采用三电极体系，即以不锈钢板试样为阴极，钛板为阳极，Ag/AgCl电极为参比电极。
3、以二元共晶的50mol%NaCl-50mol%KCl为共晶盐，并添加K2TiF6，所述K2TiF6的添加量为共晶盐质量的15%。
4、将上述配好的含有K2TiF6的共晶盐放入石墨坩埚中，在氩气的保护下升温到750℃。采用CorrTest电化学工作站进行恒电流沉积。外加500mA/cm2恒电流下反应1小时，即在304不锈钢上生成一层钛涂层。
所述钛涂层的厚度为6-7μm。
由图4可以看出，本实施例采用熔盐电沉积的方法在不锈钢基体上制备得到的钛涂层最致密连续，与不锈钢基体结合最好。
实施例5
一种钛涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、采用线切割将304不锈钢材线切割成片状试样，并经研磨、清洗及干燥处理。
2、将Fe-Cr丝点焊至试样的一端作为电极引线，电沉积以不锈钢板试样为阴极，钛板作为阳极。
3、以二元共晶的50mol%NaCl-50mol%KCl为共晶盐，并添加K2TiF6，所述K2TiF6的添加量为共晶盐质量的15%。
4、将上述配好的含有K2TiF6的共晶盐放入石墨坩埚中，在氩气的保护下升温到750℃。采用DH1719-2电化学工作站进行恒电流沉积。外加600mA/cm2恒电流下反应0.5小时，即在304不锈钢上生成一层钛涂层。
所述钛涂层的厚度为4-6μm。
所述钛涂层的截面扫描电镜图和X射线衍射图与实施例1的钛涂层类似。
实施例6
一种钛涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、采用线切割将304不锈钢材线切割成片状试样，并经研磨、清洗及干燥处理。
2、将Fe-Cr丝点焊至试样的一端作为电极引线，电沉积以不锈钢板试样为阴极，钛板作为阳极。
3、以二元共晶的50mol%NaCl-50mol%KCl为共晶盐，并添加K2TiF6，所述K2TiF6的添加量为共晶盐质量的15%。
4、将上述配好的含有K2TiF6的共晶盐放入石墨坩埚中，在氩气的保护下升温到750℃。采用DH1719-2电化学工作站进行恒电流沉积。外加250mA/cm2恒电流下反应2小时，即在304不锈钢上生成一层钛涂层。
所述钛涂层的厚度为1-4μm。
所述钛涂层的截面扫描电镜图和X射线衍射图与实施例1的钛涂层类似。
实施例7
一种钛涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、采用线切割将304不锈钢材线切割成片状试样，并经研磨、清洗及干燥处理。
2、将Fe-Cr丝点焊至试样的一端作为电极引线，电沉积采用三电极体系，即以不锈钢板试样为阴极，钛板为阳极，Ag/AgCl电极为参比电极。
3、以三元共晶的40mol%NaCl-50mol%KCl-10mol%NaF为共晶盐，并添加K2TiF6，所述K2TiF6的添加量为共晶盐质量的16%。
4、将上述配好的含有K2TiF6的共晶盐放入石墨坩埚中，在氩气的保护下升温到710℃。采用CorrTest电化学工作站进行恒电流沉积。外加250mA/cm2恒电流下反应2小时，即在304不锈钢上生成一层钛涂层。
所述钛涂层的厚度为2-5μm。
所述钛涂层的截面扫描电镜图和X射线衍射图与实施例1的钛涂层类似。
综上，实施例3和4制备得到的钛涂层效果最好，得到的钛涂层厚度均匀、纯度最高、致密性好且与不锈钢试样结合最紧密。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种钛涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以基板为阴极，钛板为阳极，以含有K2TiF6的共晶盐为熔盐，其中，所述基板为不锈钢板；
所述K2TiF6在所述共晶盐中的重量百分含量为14-16％；按摩尔百分含量计，所述共晶盐的组成为：NaCl 49-51％、KCl 49-51％，反应条件为：在惰性气体保护下升温至750℃，于500mA/cm2恒电流下反应1小时，即在基板上得到钛涂层；或所述共晶盐的组成为：NaCl 40-41％、KCl 50-51％、NaF 9-10％，反应条件为：在惰性气体保护下升温至710℃，于500mA/cm2恒电流下反应1小时，即在基板上得到钛涂层。
2.根据权利要求1所述的钛涂层的制备方法，其特征在于，所述K2TiF6在所述共晶盐中的重量百分含量为15％。
3.根据权利要求1所述的钛涂层的制备方法，其特征在于，所述共晶盐的组成为：NaCl 50％、KCl 50％。
4.根据权利要求1所述的钛涂层的制备方法，其特征在于，所述共晶盐的组成为：NaCl 40.25％、KCl 50.5％、NaF 9.25％。
5.根据权利要求1所述的钛涂层的制备方法，其特征在于，还设有参比电极，所述参比电极为镍电极或Ag/AgCl电极。
6.权利要求1-5任一所述的制备方法制备得到的钛涂层。
7.根据权利要求6所述的钛涂层，其特征在于，所述钛涂层的厚度为1-8μm。
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