CN105862106A - 一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，包括以下步骤：S1、对钛及钛合金表面依次进行除油清洗、酸洗处理；S2、将所述钛及钛合金表面的待掩膜区域进行掩膜处理；S3、对所述钛及钛合金表面进行酸蚀处理，并将酸蚀处理后的钛及钛合金表面浸入有机溶剂中进行去掩膜处理；S4、将所述钛及钛合金表面浸入阳极溶液进行阳极着色，并进行漂洗、吹干处理，制备得到钛及钛合金表面双色膜层。本发明方法突破现有技术存在的颜色单一的缺陷，仅需采用一次阳极氧化的着色处理即可得到双色的阳极着色膜，且形成的膜层色彩艳丽，颜色丰富，抗污能力强。
Description
技术领域
本发明涉及钛及钛合金材料表面处理领域，尤其涉及一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法。
背景技术
由于钛及钛合金具有良好的机械性能、优良的耐腐蚀性能、质量轻且生物 相容性好，鉴于以上钛及钛合金的优点，近年来，钛及钛合金在各个领域均得 到了广泛的应用。例如，在航空航天方面，由于钛合金比重小、重量轻、强度 高，而应用于新一代飞机生产；在医学上，由于钛及钛合金具有高的机械性能、 良好的耐腐蚀性能以及生物惰性等特性故而引起医学工程技术、医疗器械的设 计师们及各种专业的医生们对这种新结构材料高度重视，因此钛及钛合金广泛 应用于牙齿和骨骼的种植体，以及血管内支架；在高档装饰品、首饰方面，由 于其质量轻、表面耐腐蚀性好，近年来应用的量越来越多。
当应用于医疗器械内植入产品时，如钛合金椎弓根钉、钛合金螺钉、钛合金接骨板，纯钛牙种植体等，因临床需要，不同患者及接骨部位使用钛及钛合金产品过程中，存在相同产品但规格型号不同的情况，为便于临床手术的快速准确开展，需要对不同规格的产品进行标示，因此需对钛及钛合金产品表面进行局部标识，以区分规格尺寸。钛及钛合金表面阳极着色处理，可在表面形成不同厚度的透明氧化钛薄膜，在光的干涉作用下产生不同的颜色膜层，但是目前此种方法仅限于形成单一颜色，无法在一次阳极氧化处理中形成多种颜色膜层。
因此，如何突破现有技术颜色单一的特点，在操作设备、工艺相对简单的条件下，通过一次阳极着色，即能形成双色的阳极着色膜也是业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何克服现有技术中阳极着色的颜色单一、无法在一次阳极氧化处理中形成多种颜色膜层的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，包括以下步骤：
S1、对钛及钛合金表面依次进行除油清洗、酸洗处理；
S2、将所述钛及钛合金表面的待掩膜区域进行掩膜处理；
S3、对所述钛及钛合金表面进行酸蚀处理，并将酸蚀处理后的钛及钛合金表面浸入有机溶剂中进行去掩膜处理；
S4、将所述钛及钛合金表面浸入阳极溶液进行阳极着色，并进行漂洗、吹干处理，制备得到钛及钛合金表面双色膜层。
具体地，在相同电压和阳极溶液槽液下，已掩膜区域与未掩膜区域在阳极着色处理后，即可形成两种不同颜色的膜层。
进一步地，所述步骤S1中酸洗处理后，所述钛及钛合金表面的表面粗糙度Ra为Ra≤0.8μm。
进一步地，所述步骤S1中酸洗处理采用的溶液为硝酸、氢氟酸的混合酸溶液，其中，所述硝酸与氢氟酸的体积分数比为1-5:1。
进一步地，所述步骤S1中酸洗处理的时间为5-120s。
进一步地，所述步骤S3中酸蚀处理后的钛及钛合金表面的表面粗糙度Ra为0.8μm≤Ra≤1.6μm。
进一步地，所述步骤S3中酸蚀处理采用的溶液为硫酸、硝酸、盐酸、柠檬酸和醋酸中的一种或多种的组合，其中，所述硫酸、硝酸、盐酸、柠檬酸和醋酸中的任意一种溶液的质量分数为1-40%。
进一步地，所述步骤S3中酸蚀处理的温度为40-95℃，时间为1-30min。
进一步地，所述步骤S4中阳极着色的着色电压为5-110V，阳极溶液为非氟离子溶液。
进一步地，所述步骤S2中掩膜处理的掩膜剂为高分子胶，所述高分子胶在所述步骤S3中的有机溶剂中可溶解。
进一步地，所述步骤S3中的有机溶剂不与钛及钛合金发生反应，所述有机溶剂为乙醇、丙酮和异丙醇中的一种或多种的组合，其中，所述乙醇、丙酮和异丙醇中任意一种溶剂的体积分数为1-75%。
本发明的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，具有如下有益效果：
1、本发明方法突破现有技术存在的颜色单一的缺陷，仅需采用一次阳极氧化的着色处理即可得到双色的阳极着色膜，且形成的膜层色彩艳丽，颜色丰富，抗污能力强。
2、本发明工艺方法操作设备以及工艺相对简单，溶液及条件易于维护，可实现批量生产，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明提供了一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用除油清洗剂对钛及钛合金表面进行除油清洗；
S2、采用酸洗溶液对钛及钛合金表面进行酸洗处理，酸洗处理采用的溶液为硝酸、氢氟酸的混合酸溶液，其中，所述硝酸与氢氟酸的体积分数比为1:1，在室温下酸洗处理5s后，用纯化水进行漂洗，经过上述处理后所述钛及钛合金表面的表面粗糙度Ra为Ra=0.7μm；
S3、所述钛及钛合金表面的待掩膜区域采用耐酸性的酚醛树脂进行掩膜处理；
S4、采用酸性的酸蚀溶液对掩膜处理后的钛及钛合金表面进行酸蚀处理，其中酸蚀处理采用的为硫酸、硝酸和柠檬酸构成的混合酸蚀液，其中硫酸的质量分数为30%，硝酸的质量分数为1%，柠檬酸的质量分数为5%以内，在40℃条件下酸蚀处理30min，经酸蚀处理后，纯化水漂洗，钛及钛合金表面粗糙度为Ra在0.8μm；
S5、将酸蚀处理后的钛及钛合金的整个表面浸入有机溶剂中进行去掩膜处理，其中掩膜剂为高分子胶，所述高分子胶在有机溶剂中溶解，其中有机溶剂不与钛及钛合金反应，其为乙醇和水中的混合溶液，其中乙醇的体积分数为75%，剩余为水；
S6、将去掩膜后的整个钛及钛合金表面作为阳极，浸入非氟离子的阳极溶液中，在着色电压范围为20V下，仅采用一次阳极氧化的着色处理，即可在已掩膜区域与未掩膜区域形成亮蓝色及蓝灰色的膜层，随后漂洗吹干表面，制备得到钛及钛合金表面双色膜层。
实施例二：
本发明提供了一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用除油清洗剂对钛及钛合金表面进行除油清洗；
S2、采用酸洗溶液对钛及钛合金表面进行酸洗处理，去除表面氧化膜，酸洗处理采用的溶液为硝酸、氢氟酸的混合酸溶液，其中，所述硝酸与氢氟酸的体积分数比为2:1，在室温下酸洗处理30s后，用纯化水进行漂洗，经过上述处理后所述钛及钛合金表面的表面粗糙度Ra为Ra=0.6μm；
S3、所述钛及钛合金表面的待掩膜区域采用耐酸性的酚醛树脂进行掩膜处理，对其进行保护处理；
S4、采用酸性的酸蚀溶液对掩膜处理后的钛及钛合金表面进行酸蚀处理，其中酸蚀处理采用的为硫酸、盐酸、柠檬酸和水构成的混合酸蚀液，其中硫酸的质量分数为35%，盐酸的质量分数为1%，柠檬酸的质量分数为3%以内，在60℃条件下酸蚀处理20min，经酸蚀处理后，纯化水漂洗，钛及钛合金表面粗糙度为Ra在1.0μm；
S5、将酸蚀处理后的钛及钛合金的整个表面浸入有机溶剂中进行去掩膜处理，其中掩膜剂为高分子胶，所述高分子胶在有机溶剂中溶解，其中有机溶剂不与钛及钛合金反应，其为乙醇、异丙醇和水中的混合溶液，其中乙醇的体积分数为65%，异丙醇的体积分数为1%，剩余为水；
S6、将去掩膜后的整个钛及钛合金表面作为阳极，浸入非氟离子的阳极溶液中，在着色电压范围为45V下，仅采用一次阳极氧化的着色处理，即可在已掩膜区域与未掩膜区域形成金黄色及灰色的膜层，随后漂洗吹干表面，制备得到钛及钛合金表面双色膜层。
实施例三：
本发明提供了一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用除油清洗剂对钛及钛合金表面进行除油清洗；
S2、采用酸洗溶液对钛及钛合金表面进行酸洗处理，去除表面氧化膜，酸洗处理采用的溶液为硝酸、氢氟酸的混合酸溶液，其中，所述硝酸与氢氟酸的体积分数比为3:1，在室温下酸洗处理45s后，用纯化水进行漂洗，经过上述处理后所述钛及钛合金表面的表面粗糙度Ra为Ra=0.4μm；
S3、所述钛及钛合金表面的待掩膜区域采用耐酸性的聚丙烯酸酯树脂进行掩膜处理，对其进行保护处理；
S4、采用酸性的酸蚀溶液对掩膜处理后的钛及钛合金表面进行酸蚀处理，其中酸蚀处理采用的为硫酸、硝酸、柠檬酸和水构成的混合酸蚀液，其中硫酸的质量分数为40%，硝酸的质量分数为5%，柠檬酸的质量分数为8%，在75℃条件下酸蚀处理15min，经酸蚀处理后，纯化水漂洗，钛及钛合金表面粗糙度为Ra在1.2μm；
S5、将酸蚀处理后的钛及钛合金的整个表面浸入有机溶剂中进行去掩膜处理，其中掩膜剂为高分子胶，所述高分子胶在有机溶剂中溶解，其中有机溶剂不与钛及钛合金反应，其为丙酮、异丙醇和水中的混合溶液，其中丙酮的体积分数为40%，异丙醇的体积分数为5%，剩余为水；
S6、将去掩膜后的整个钛及钛合金表面作为阳极，浸入非氟离子的阳极溶液中，在着色电压范围为60V下，仅采用一次阳极氧化的着色处理，即可在已掩膜区域与未掩膜区域形成粉红色及紫红色的膜层，随后漂洗吹干表面，制备得到钛及钛合金表面双色膜层。
实施例四：
本发明提供了一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用除油清洗剂对钛及钛合金表面进行除油清洗；
S2、采用酸洗溶液对钛及钛合金表面进行酸洗处理，去除表面氧化膜，酸洗处理采用的溶液为硝酸、氢氟酸的混合酸溶液，其中，所述硝酸与氢氟酸的体积分数比为4:1，在室温下酸洗处理60s后，用纯化水进行漂洗，经过上述处理后所述钛及钛合金表面的表面粗糙度Ra为Ra=0.4μm；
S3、所述钛及钛合金表面的待掩膜区域采用耐酸性的聚丙烯酸酯树脂进行掩膜处理，对其进行保护处理；
S4、采用酸性的酸蚀溶液对掩膜处理后的钛及钛合金表面进行酸蚀处理，其中酸蚀处理采用的为硝酸、盐酸、柠檬酸和水构成的混合酸蚀液，其中硝酸的质量分数为25%，盐酸的质量分数为1%，柠檬酸的质量分数为10%，在80℃条件下酸蚀处理10min，经酸蚀处理后，纯化水漂洗，钛及钛合金表面粗糙度为Ra在1.3μm；
S5、将酸蚀处理后的钛及钛合金的整个表面浸入有机溶剂中进行去掩膜处理，其中掩膜剂为高分子胶，所述高分子胶在有机溶剂中溶解，其中有机溶剂不与钛及钛合金反应，其为乙醇、异丙醇和水中的混合溶液，其中乙醇的体积分数为40%，异丙醇的体积分数为8%，剩余为水；
S6、将去掩膜后的整个钛及钛合金表面作为阳极，浸入非氟离子的阳极溶液中，在着色电压范围为80V下，仅采用一次阳极氧化的着色处理，即可在已掩膜区域与未掩膜区域形成紫红色及紫黑色的膜层，随后漂洗吹干表面，制备得到钛及钛合金表面双色膜层。
实施例五：
本发明提供了一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用除油清洗剂对钛及钛合金表面进行除油清洗；
S2、采用酸洗溶液对钛及钛合金表面进行酸洗处理，去除表面氧化膜，酸洗处理采用的溶液为硝酸、氢氟酸的混合酸溶液，其中，所述硝酸与氢氟酸的体积分数比为5:1，在室温下酸洗处理120s后，用纯化水进行漂洗，经过上述处理后所述钛及钛合金表面的表面粗糙度Ra为Ra=0.1μm；
S3、所述钛及钛合金表面的待掩膜区域采用耐酸性的环氧树脂进行掩膜处理，对其进行保护处理；
S4、采用酸性的酸蚀溶液对掩膜处理后的钛及钛合金表面进行酸蚀处理，其中酸蚀处理采用的为硫酸、醋酸、柠檬酸和水构成的混合酸蚀液，其中硫酸的质量分数为40%，醋酸的质量分数为5%，柠檬酸的质量分数为1%，在95℃条件下酸蚀处理1min，经酸蚀处理后，纯化水漂洗，钛及钛合金表面粗糙度为Ra在1.6μm；
S5、将酸蚀处理后的钛及钛合金的整个表面浸入有机溶剂中进行去掩膜处理，其中掩膜剂为高分子胶，所述高分子胶在有机溶剂中溶解，其中有机溶剂不与钛及钛合金反应，其为乙醇、丙酮和水中的混合溶液，其中乙醇的体积分数为40%，丙酮的体积分数为10%，剩余为水；
S6、将去掩膜后的整个钛及钛合金表面作为阳极，浸入非氟离子的阳极溶液中，在着色电压范围为110V下，仅采用一次阳极氧化的着色处理，即可在已掩膜区域与未掩膜区域形成绿色及深灰色的膜层，随后漂洗吹干表面，制备得到钛及钛合金表面双色膜层。
本发明的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，具有如下有益效果：
1、本发明方法突破现有技术存在的颜色单一的缺陷，仅需采用一次阳极氧化的着色处理即可得到双色的阳极着色膜，且形成的膜层色彩艳丽，颜色丰富，抗污能力强。
2、本发明工艺方法操作设备以及工艺相对简单，溶液及条件易于维护，可实现批量生产，具有良好的应用前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对钛及钛合金表面依次进行除油清洗、酸洗处理；
S2、将所述钛及钛合金表面的待掩膜区域进行掩膜处理；
S3、对所述钛及钛合金表面进行酸蚀处理，并将酸蚀处理后的钛及钛合金表面浸入有机溶剂中进行去掩膜处理；
S4、将所述钛及钛合金表面浸入阳极溶液进行阳极着色，并进行漂洗、吹干处理，制备得到钛及钛合金表面双色膜层。
2.根据权利要求1所述的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中酸洗处理后，所述钛及钛合金表面的表面粗糙度Ra为Ra≤0.8μm。
3.根据权利要求2所述的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中酸洗处理采用的溶液为硝酸、氢氟酸的混合酸溶液，其中，所述硝酸与氢氟酸的体积分数比为1-5:1。
4.根据权利要求3所述的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中酸洗处理的时间为5-120s。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中酸蚀处理后的钛及钛合金表面的表面粗糙度Ra为0.8μm≤Ra≤1.6μm。
6.根据权利要求5所述的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中酸蚀处理采用的溶液为硫酸、硝酸、盐酸、柠檬酸和醋酸中的一种或多种的组合，其中，所述硫酸、硝酸、盐酸、柠檬酸和醋酸中的任意一种溶液的质量分数为1-40%。
7.根据权利要求6所述的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中酸蚀处理的温度为40-95℃，时间为1-30min。
8.根据权利要求6或7所述的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中阳极着色的着色电压为5-110V，阳极溶液为非氟离子溶液。
9.根据权利要求8所述的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中掩膜处理的掩膜剂为高分子胶，所述高分子胶在所述步骤S3中的有机溶剂中可溶解。
10.根据权利要求9所述的钛及钛合金表面双色膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的有机溶剂不与钛及钛合金发生反应，所述有机溶剂为乙醇、丙酮和异丙醇中的一种或多种的组合，其中，所述乙醇、丙酮和异丙醇中任意一种溶剂的体积分数为1-75%。
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