CN106011972A - 一种磷酸体系钛合金阳极氧化的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷酸体系钛合金阳极氧化的处理方法，属于钛合金表面改性与防护技术领域。在H3PO4溶液中加入甲基磺酸，通过加热到50~60℃保温1.5~2小时的活化处理，形成磷酸体系的阳极氧化溶液，在一定的阳极氧化工艺条件下，通过控制阳极氧化的加载电压和处理时间，在钛合金表面形成不同厚度的氧化膜，并经过稳定化处理，形成了具有不同颜色的钛合金表面。本发明工艺步骤少，操作简单，着色的阳极氧化膜性能良好，色泽均匀光亮稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属的表面处理方法，特别是涉及一种钛合金阳极氧化的着色的方法，属于钛合金表面改性与防护技术领域。
背景技术
钛合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀强的特点广泛应用于航空航天，化工、生物医学等领域。近二十年来，世界各国都加强了对钛合金表而处理技术的研究，采用阳极氧化工艺在钛合金表而制备TiO2以提高钦含金的耐磨性、耐蚀性及生物相容性成为当前领域内研究的热点之一。
对于钛合金阳极氧化技术的研究，欧美发达国家、日本和中国等国家研究的比较早。钛合金的阳极氧化可以在不同的电解质中进行，常用的电解种类有铬酸和铬酸盐电解液，磷酸盐电解液，草酸盐电解液，硫酸及硫酸盐电解液，氟化物电解液，碱性硅硼酸电解液等。研究表明，钛及钛合金的阳极氧化可以在其表面生成几百纳米至几千纳米厚度的氧化膜，氧化膜的主要成分是氧化钛，由这种成分构成的薄膜状物质是透明的，能强烈的反射和折射光线呈现出色泽。氧化膜的厚度随电压的变化而变化，电压升高，膜厚也随之增大，并呈现出不同的色彩。这样，既改善了表面特性，也变得美观，起到了很好地装饰作用。
虽然阳极氧化有诸多优点，但钛合金阳极氧化电解液成分较为复杂，工艺过程较多，因而容易造成阳极氧化膜色彩不均、容易褪色变色、膜层耐磨性差等问题。本发明提出一种磷酸体系钛合金阳极氧化的处理方法，不仅操作简单而且做出的产品稳定性极好，为高质量膜层的制备提供了有效的途径。
发明内容
本发明的目的是在磷酸体系中，通过甲基磺酸的作用，在一定的工艺条件下，促进钛合金表面氧化膜的形成，通过控制阳极氧化的加载电压和处理时间，形成不同厚度的氧化膜，并经过稳定化处理，形成了具有不同颜色的钛合金表面。
本发明所述磷酸体系钛合金阳极氧化的处理方法，在磷酸体系下制备不同颜色的氧化膜，对钛合金表面起到着色、防护和改变表面性能的作用，具体包括以下步骤：
（1）将钛合金板材经表面去油污处理后，在氢氟酸和硝酸溶液中进行电解抛光处理，然后清洗、干燥；
（2）将甲基磺酸加入到质量百分比浓度为5~10％的H3PO4溶液中得到混合溶液，在混合溶液中甲基磺酸的浓度为10~20mol/L；然后将混合溶液加热到50~60℃保温1.5~2小时，冷却至室温得到阳极氧化溶液；
（3）以步骤（1）处理后的钛合金板为阳极，石墨为阴极，放置到步骤（2）得到的阳极氧化溶液中，接通电源，加压到15~110V，持续1~3分钟，进行阳极氧化处理；
（4）将阳极氧化处理后钛合金试样，迅速放入75~80℃的去离子水中，保温10~20分钟，取出后，放入105~115℃干燥箱中进行热处理，在钛合金表面获得稳定的氧化膜。
优选的，本发明步骤（1）中的电解抛光液中HF的质量百分比为1~5%，HNO3的质量百分比为2~8%。
优选的，本发明步骤（1）中所述电解抛光过程中，以钛合金为阴极，石墨板为阳极，阴极和阳极的面积比为1:2~3，两极间距为3~6cm；电压为2~3V，持续时间为3~5分钟。
优选的，本发明步骤（3）中的阳极氧化过程中，阴阳极的面积比为2~3:1，两板间距3~7cm。
本发明的有益效果：本发明的优点在于，操作简单，成本低廉，通过控制不同的电压可以获得不同的阳极氧化膜层，色泽光亮，均匀，稳定性高，并且大大提高了其耐蚀性，具有很好地装饰效果。
附图说明
图1实施例1制备得到的氧化膜表面形貌。
图2实施例3制备得到的氧化膜表面形貌。
具体实施方式
以下结合具体实施方式，对本发明做进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
（1）将50×10mm的矩形TC4（厚度为0.2mm）先后置于丙酮及氢氧化钠溶液中去油污处理10分钟，取出后用蒸馏水清洗、烘干；将6ml HF（市售）和3ml的HNO3（市售）加入到300ml的去离子水配置成电解抛光液（电解抛光液中HF的质量百分比为1%，HNO3的质量百分比为8%。）中进行电解抛光处理，迅速用去离子水清洗，然后在乙醇溶液中进行超声波清洗10min，然后在50℃的干燥箱中烘干；其中，电解抛光过程中，以TC4为阴极，石墨板为阳极，阴极和阳极的面积比为1:2，两极间距为3cm；电压为2V，持续时间为3分钟；
（2）甲基磺酸加入到质量百分比浓度为5％的H3PO4溶液中，充分搅拌，得到混合溶液，在混合溶液中甲基磺酸的浓度为10mol/L；然后将混合溶液加热到50℃在磁力搅拌器上搅拌保温1.5小时，冷却至室温得到阳极氧化溶液；
（3）以步骤（1）处理后的TC4板为阳极，石墨为阴极，放置到步骤（2）得到的阳极氧化溶液中，接通电源，加压到15V，持续3分钟，进行阳极氧化处理；其中，阴阳极积比为2:1，两板间距3cm。
（4）将阳极氧化处理后TC4试样，迅速放入75℃的去离子水中，保温10分钟，取出后，放入105℃干燥箱中进行热处理，在TC4表面获得金色的稳定的氧化膜。
图1为本实施例阳极氧化后TC4的表面形貌图；氧化膜层厚度为209.34nm，表面较为均匀。
实施例2
（1）将50×50mm的矩形TC4（厚度为0.2mm）先后置于丙酮及氢氧化钠溶液中去油污处理10分钟，取出后用蒸馏水清洗、烘干；将9ml HF（市售）和18ml的HNO3（市售）加入到300ml的去离子水配置成电解抛光液（电解抛光液中HF的质量百分比为5%，HNO3的质量百分比为2%。）中进行电解抛光处理，迅速用去离子水清洗，然后在乙醇溶液中进行超声波清洗10min，然后在50℃的干燥箱中烘干；其中，电解抛光过程中，以TC4为阴极，石墨板为阳极，阴极和阳极的面积比为1:3，两极间距为6cm；电压为3V，持续时间为5分钟；
（2）甲基磺酸加入到质量百分比浓度为10％的H3PO4溶液中，充分搅拌，得到混合溶液，在混合溶液中甲基磺酸的浓度为20mol/L；然后将混合溶液加热到60℃在磁力搅拌器上搅拌保温2小时，冷却至室温得到阳极氧化溶液；
（3）以步骤（1）处理后的TC4板为阳极，石墨为阴极，放置到步骤（2）得到的阳极氧化溶液中，接通电源，加压到110V，持续1分钟，进行阳极氧化处理；其中，阴阳极积比为3:1，两板间距7cm。
（4）将阳极氧化处理后TC4试样，迅速放入80℃的去离子水中，保温20分钟，取出后，放入115℃干燥箱中进行热处理15分钟，在TC4表面获得粉红色的稳定的氧化膜。
实施例3
（1）将50×10mm的矩形TC4（厚度为0.2mm）先后置于丙酮及氢氧化钠溶液中去油污处理10分钟，取出后用蒸馏水清洗、烘干；将6ml HF（市售）和10ml的HNO3（市售）加入到300ml的去离子水配置成电解抛光液（电解抛光液中HF的质量百分比为3%，HNO3的质量百分比为3%。）中进行电解抛光处理，迅速用去离子水清洗，然后在乙醇溶液中进行超声波清洗10min，然后在50℃的干燥箱中烘干；其中，电解抛光过程中，以TC4为阴极，石墨板为阳极，阴极和阳极的面积比为1:3，两极间距为5cm；电压为2.5V，持续时间为4分钟；
（2）甲基磺酸加入到质量百分比浓度为8％的H3PO4溶液中，充分搅拌，得到混合溶液，在混合溶液中甲基磺酸的浓度为15mol/L；然后将混合溶液加热到50℃在磁力搅拌器上搅拌保温1.5小时，冷却至室温得到阳极氧化溶液；
（3）以步骤（1）处理后的TC4板为阳极，石墨为阴极，放置到步骤（2）得到的阳极氧化溶液中，接通电源，加压到41V，持续3分钟，进行阳极氧化处理；其中，阴阳极积比为3:1，两板间距5cm。
（4）将阳极氧化处理后TC4试样，迅速放入80℃的去离子水中，保温15分钟，取出后，放入110℃干燥箱中进行热处理15分钟，在TC4表面获得浅蓝色的稳定的氧化膜。
图2为本实施例阳极氧化后TC4的表面形貌图；氧化膜层厚度为258.85nm，表面较为均匀。
Claims (4)
1.一种磷酸体系钛合金阳极氧化的处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将钛合金板材经表面去油污处理后，在电解抛光液中进行电解抛光处理，然后清洗、干燥，其中，电解抛光液为氢氟酸和硝酸的混合溶液；
（2）将甲基磺酸加入到质量百分比浓度为5~10％的H3PO4溶液中得到混合溶液，在混合溶液中甲基磺酸的浓度为10~20mol/L；然后将混合溶液加热到50~60℃保温1.5~2小时，冷却至室温得到阳极氧化溶液；
（3）以步骤（1）处理后的钛合金板为阳极，石墨为阴极，放置到步骤（2）得到的阳极氧化溶液中，接通电源，加压到15~110V，持续1~3分钟，进行阳极氧化处理；
（4）将阳极氧化处理后钛合金试样，迅速放入75~80℃的去离子水中，保温10~20分钟，取出后，放入105~115℃干燥箱中进行热处理，在钛合金表面获得稳定的氧化膜。
2.根据权利要求1所述磷酸体系钛合金阳极氧化的处理方法，其特征在于：步骤（1）中的电解抛光液中HF的质量百分比为1~5%，HNO3的质量百分比为2~8%。
3.根据权利要求1所述磷酸体系钛合金阳极氧化的处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述电解抛光过程中，以钛合金为阴极，石墨板为阳极，阴极和阳极的面积比为1:2~3，两极间距为3~6cm；电压为2~3V，持续时间为3~5分钟。
4.根据权利要求1所述磷酸体系钛合金阳极氧化的处理方法，其特征在于：步骤（3）中的阳极氧化过程中，阴阳极的面积比为2~3:1，两板间距3~7cm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161012 |