CN105369340A

CN105369340A - 一种钛合金抛光方法

Info

Publication number: CN105369340A
Application number: CN201510772548.2A
Authority: CN
Inventors: 唐靖岚
Original assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-03-02

Abstract

本发明公开了一种钛合金抛光方法，该方法为电化学抛光，其特征在于通过调整电源参数、抛光温度和抛光液配方等参数，提高钛合金的抛光质量，包括：砂纸打磨—化学除油—水洗—酸洗—丙酮超声波清洗—电解抛光—酸洗—中和—烘干。电源电压为10—25v，电流密度为0.5—4A/cm²，极间距2—3cm。电化学抛光的抛光液配方为：高氯酸40—70ml/L，冰醋酸30—50ml/L，少量光亮剂A，甲醇280ml/L，抛光温度40—70度，抛光液流速30—50mm/s，电解时间1min—5min。该方法是钛合金的表面光洁度得到明显提升，表面粗糙度降低，达到23nm，并且可以明显提高钛合金的耐腐蚀性，具有很高的应用价值。

Description

一种钛合金抛光方法

技术领域

本发明涉及一种钛合金抛光方法。

背景技术

常用的表面涂层处理方法有：表面镀钽、表面陶瓷涂层、表面生物活性涂层等。

(1)表面镀钽

成艳采用多弧离子镀技术在NiTi合金板材上镀钽，目的是在提高x光可见性的同时，进一步提高抗腐蚀性能，抑制Ni离子溶出，改善生物相容性。SEM和XPS分析表明，采用多弧离子镀技术能够在NiTi合金表面沉积钽，但在NiTi合金基体和纯钽镀层之间存在很薄的过渡层。当把镀钽NiTi合金暴露与空气中时，钽表面自然氧化生成厚度约为10nm的钝化膜，该钝化膜的成分从外至内以此为高价钽的氧化物和低价钽的氧化物混合物。NiTi合金的X光照片表明，未镀钽的NiTi合金支架在x光片下最暗，随着沉积时间的增加，镀钽支架的X光影像变得越来越亮，说明通过多弧离子镀法在NiTi合金表面镀钽可以提高NiTi合金的X光可见性。

(2)表面陶瓷涂层

刘敬肖等采用溶胶.凝胶法制备了含磷TiO₂薄膜。经过500度热处理1h的含磷TiO₂薄膜为非晶态，薄膜表面粗糙度小，膜层较平滑均匀.薄膜与NiTi合金基体具有较好的界面结合强度，但随涂膜层数增加，界面结合强度有所下降。电化学腐蚀和体外生物活性测试表明，含磷Ti02薄膜可作为NiTi基体的表面保护层，使其抗腐蚀性显著提高，并且在模拟体液中诱导Ca，P沉积的能力较强，具有一定的生物活性。

(3)生物活性涂层

张征林等选用NiTi基形状记忆合金做基材，表面真空气相沉积C型聚对二甲苯膜，并制成网状血管内支架，植入动物血管内进行动物实验和生物相容性研究。结果表明，等离子体处理时间小于3Min的NiTi基C型聚对二甲苯膜引进极性基团，明显降低材料与水和已二醇的接触角，改善材料润湿性能，提高该材料的表面张力，同时血液相容性好。在狗的腹部动脉血管植入5个月无异常组织增生，也没有血栓阻塞现象。扫描电镜下可见支架内壁有一层光滑的血管内膜衬，血管腔通畅无阻。血管支架内膜分光分析照片表明其内膜是捧列整齐的内皮细胞；且血管内膜具有正常的肌层和弹力纤维层。

NiTi合金从铸锭到最终丝材、板材或管材，必须绨过热加工过程如热锻、热轧、热挤、热拉拔、热处理等。在这些过程中一般没有保护气氛，加热的NiTi合金表面与空气接触自然会发生氧化。对于NiTi合金加工制备出的最终产品而言，不论利用其形状记忆效应还是超弹性特性，都不可避免地需要定型处理，最佳热处理的温度在400～600℃之闯。显然没有真空保护气氛，构件表面将发生氧化。此外，NiTi合金器械还需要消毒处理，有些消毒方法也会引起表面氧化，甚至消毒好的器械还会面临储存问题。如果裸露在空气中，在室温环境下也会自发吸附氧形成氧化层。

表面机械处理可采用喷沙、旋转工具研磨和超声研磨等方法。机械处理是一个渐进的加工过程，完成最终的磨光处理工序后即可达到去除表面的氧化层、确保公差尺寸、使元件表面具有高光泽度的目的。NiTi合金的机械加工性能较差，采用机械加工法加工NiTi工件比较困难。同时该方法受工件的形状限制也较多，对于形状复杂的工件、线材、薄板和细小的工件，用机械加工难以实现，而且机械加工后在工件表面会形成一层冷作硬化的变形层，磨削时还会在表层夹杂一些抛光磨料，从而降低其力学、腐蚀等性能指标。通常，机械处理会在最终热处理之前进行，机械处理后的最终热处理不但可以调节合金的机械和记忆性能，还可以消除机加工后的表面冷作硬化层，提高元件的疲劳寿命。

表面清洗

常用的表面清洗方法有化学酸洗、超声清洗、氩离子溅射清洗等。NiTi合金的酸洗液主要采用HF混合水溶液。其目的是对表面进行物理清洁，去除表面划痕、表面应力层和氧化层，并滤去镍元素。硝酸洗液在清洗NiTi合金之后呈现的绿色源于滤去的Ni离子。Shabalovskaya等发现，铸造NiTi合金或喷砂处理NiTi合金经HF+硝酸洗后表面的Ni以元素状态存在，而黑色氧化表面NiTi合金经硝酸洗后表面的Ni仍以氧化物的离子态存在，表明丝材在拉拔过程中的多次空气退火形成很厚的氧化层。Sonoda等阴利用俄歇电子波谱分析了直接超声清洗和用面纱蘸着丙酮擦拭后再超声清洗对经过金刚石研磨和研磨油混合机械研磨的NiTi合金试样表面元素含量。发现前者比后者含有大量的碳，表明直接超声清洗无法去除表面金刚石研磨膏和研磨油。

表面激光改性

激光熔化表面(LMS)是一种简单的改善材料表面腐蚀抗力而不影响基体性能的方法。激光熔化表面处理时，被吸收的能量能够瞬间传递到晶格，快速熔化表面层；激光撤除时，亚表层的金属能够让熔化的表层快冷，实现细化表层晶粒，保证表层化学成分的均匀性，去除夹杂物和可能的亚稳相。利用Nd-YAG激光器进行激光气体氮化(LGN)NiTi合金.方法是利用激光透过充满氮气的密闭室的玻璃窗对NiTi合金试样的表面进行熔化，实现在NiTi合金的表面形成均匀致密的TiN层。结果表明，在NiTi合金表面形成的TiN层检测不到Ni元素的成分信息，而且在Hanks’溶液的浸泡实验表明，镍离子的释放速度被显著降低。

由于电化学抛光及钝化处理在不锈钢和钴铬合金医学制品的广泛成功使用，使得生产厂商认为电化学抛光也是NiTi合金表面钝化的第一选择。Trigell利用NDC公司的技术对NiTi合金进行电化学抛光，并与其它表面处理试样相比，AFM表明电化学抛光样品的表面粗糙度低于机械抛光样品，但高于清洗样品.XPS分析表明，电化学抛光样品的表面：表面TiO₂/Ni最高，且表面的Ni以元素形式存在的量最少.Trepmer等以NDC公司的镍钛合金为试样，对比了电化学抛光和机械抛光对表面性能的影响。其具体抛光方法也未提及。结果表明，机械抛光样品表面光滑但有划痕，电化学抛光样品的表面更均匀些。测得电化学抛光的表面粗糙度为6nm，电化学抛光试样为8nm。

电化学抛光又称电解抛光，是指在一定的外加电压下，将直流电流通过电解池使金属工件在电解液中发生阳极溶解，从而整平金属表面并使之产生光泽的加工过程。电化学抛光是金属溶解的一个独特过程，阳极溶解时在大多数情况下可以获得良好的抛光质量，但是由于金属电化学抛光的阳极溶解过程相当复杂，它受到如金属的表面性质、金相组织的均匀性、电解液的成分、电解质溶液的温度、操作的电流密度及槽压高低等因素的影响.所有这些因素的变化都直接关系到抛光效果和质量的好坏。而且由于阳极溶解的不均匀性，有时会出现被加工表面比原来状况更糟的情形，有时也可能出现无光泽，或者出现麻点、局部腐蚀等状况。

影响电化学抛光的质量是多方面的，也是很复杂的.主要有以下几个方面的因素：

(1)阳阴极材料参数：被抛光阳极金属成分越复杂、晶粒越粗大、原始表面越粗糙，其抛光性能越差；而阴极材料则根据阳极材料的不同可分别选择石墨、不锈钢、钛合金、铅等。

(2)电化学抛光液参数：对抛光过程起着决定性的作用，其成分(包括整平剂、光亮剂等添加剂)、浓度、使用温度、预处理与否、搅拌、流速等等都在很大程度上影响着抛光质量。

(3)电参数：电压、电流密度、阴阳极形状、阴阳极间距等。

(4)抛光时问：时间过短，金属处于溶解状态，不能生成阳极钝化膜，等于阳极表面受腐蚀，虽可起一定的整平作用，但无金属光泽.而时间过长容易造成过钝化腐蚀。

上述的各种方法参数，如电解液温度、操作电流密度、抛光时间，甚至溶液的搅拌等对阳极表面抛光质量都有影响作用，需要通过实验确定最佳的参数。他们之间又是相互制约或相互促进的。因此，最好的方法是在确定电化学抛光溶液的成分及配比之后，用正交法在该电解液中实验，评定上述方法参数变化对抛光质量的影响程度，最终选取最佳的方法操作参数，以获取良好的产品抛光质量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种钛合金抛光方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种钛合金抛光方法，该方法为电化学抛光，其特征在于通过调整电源参数、抛光温度和抛光液配方等参数，提高钛合金的抛光质量，包括：砂纸打磨——化学除油——水洗——酸洗——丙酮超声波清洗——电解抛光——酸洗——中和——烘干。电源电压为10——25v，电流密度为0.5——4A/cm²，极间距2——3cm。电化学抛光的抛光液配方为：高氯酸40——70ml/L，冰醋酸30——50ml/L，少量光亮剂A，甲醇280ml/L，抛光温度40——70度，抛光液流速30——50mm/s，电解时间1min——5min。

具体实施方式

实施例1

一种钛合金抛光方法，该方法为电化学抛光，其特征在于通过调整电源参数、抛光温度和抛光液配方等参数，提高钛合金的抛光质量，包括：砂纸打磨——化学除油——水洗——酸洗——丙酮超声波清洗——电解抛光——酸洗——中和——烘干。钛合金为TC4，电源电压为10v，电流密度为0.7A/cm²，极间距2cm。电化学抛光的抛光液配方为：高氯酸45ml/L，冰醋酸30ml/L，少量光亮剂A，甲醇280ml/L，抛光温度45度，抛光液流速30mm/s，电解时间1min，电化学抛光后，表面粗糙度为22nm，并且耐磨性得到明显提高。

实施例2

一种钛合金抛光方法，该方法为电化学抛光，其特征在于通过调整电源参数、抛光温度和抛光液配方等参数，提高钛合金的抛光质量，包括：砂纸打磨——化学除油——水洗——酸洗——丙酮超声波清洗——电解抛光——酸洗——中和——烘干。钛合金为TA10，电源电压为15v，电流密度为1.2A/cm²，极间距1.3cm。电化学抛光的抛光液配方为：高氯酸57ml/L，冰醋酸50ml/L，少量光亮剂A，甲醇280ml/L，抛光温度58度，抛光液流速45mm/s，电解时间2.5min，电化学抛光后，耐腐蚀性和耐磨性得到明显提高。

Claims

1.一种钛合金抛光方法，该方法为电化学抛光，其特征在于通过调整电源参数、抛光温度和抛光液配方等参数，提高钛合金的抛光质量，包括：砂纸打磨——化学除油——水洗——酸洗——丙酮超声波清洗——电解抛光——酸洗——中和——烘干。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电源电压为10——25v，电流密度为0.5——4A/cm²，极间距2——3cm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电化学抛光的抛光液配方为：高氯酸40——70ml/L，冰醋酸30——50ml/L，少量光亮剂A，甲醇280ml/L，抛光温度40——70度，抛光液流速30——50mm/s，电解时间1min——5min。