CN109371445A

CN109371445A - 一种历史建筑物用的钛建材的制作方法

Info

Publication number: CN109371445A
Application number: CN201811515123.3A
Authority: CN
Inventors: 王尧; 鲁毅; 张卫刚; 任怀智; 卢金武
Original assignee: Xi'an Zhuang Xinxin Mstar Technology Ltd
Current assignee: Xi'an Zhuang Xinxin Mstar Technology Ltd
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2019-02-22

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，包括：步骤一：裁剪钛板，并进行表面机械抛光及第一次除油处理；步骤二：在钛板上加工连接孔或连接结构，并弯折、压纹、酸蚀形成型；步骤三：将钛板放入电解槽的电解液中，接通电源进行电化学反应生成氧化膜多孔层，取出钛板并清洗表面的电解液；步骤四：依据步骤四中氧化膜光照后呈现的颜色配置着色液，将钛板在过氧化氢水溶液中煮沸着色并封孔；步骤五：用去离子水清洗钛板表面着色液。使用本发明制作的钛板建造的历史建筑物具有延长使用寿命、降低维护检修成本、减少作业人员的工作强度、颜色稳定的特点。

Description

一种历史建筑物用的钛建材的制作方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种历史建筑物用的钛建材的制作方法。

背景技术

宫殿、坛庙、佛阁、寺观等式历史建筑物是需要保护的一种文化财产，现有的宫殿、坛庙、佛阁、寺观等历史建筑物具有如黄、绿、蓝、紫、黑、白、红的色彩，有的色调鲜明，对比强烈，有的色调和谐，纯朴淡雅，历史建筑物的重建或者翻修一般采用铜材、琉璃瓦、木材等建造，但随着大气、酸雨等自然环境的恶化，在酸雨或者其他异常天气下，用铜材、琉璃瓦、木材等建设的建筑物表面被腐蚀或者破坏，使建筑物寿命缩短，甚至影响建筑物内部其他文化财产的损坏。

近年，在沿海地区用钛板作为建筑物的屋顶和墙壁得到广泛的应用，钛板具有抗腐蚀性、耐热性、轻便型的特点，能够应用于宫殿、坛庙、佛阁、寺观等式历史建筑物的建设。但是，钛板建造的建筑物长期暴露在空气中，因大气、酸雨等自然环境的影响，建筑物的表面会发生变化，光照射下会显现出暗金颜色或者其他杂乱无章的颜色，这是由于钛表面在大气中被氧化生成了一次透明的氧化膜，钛板表面的氧化膜在光的干涉下会显现出不同的颜色，影响建筑物的原有的色彩。

因此，需要对现有的宫殿、坛庙、佛阁、寺观等式历史建筑物翻修或者建设的建材予以改进，在保证建筑物原有的色彩的基础上，防止建筑物被大气、酸雨等自然环境损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于宫殿、坛庙、佛阁、寺观等式历史建筑物翻修或者建设的钛建材的施工方法，用以延长建筑物的使用寿命、缩短建筑物的成本。

实现发明目的的技术方案如下：一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，包括：

步骤一：裁剪钛板，并进行表面机械抛光及第一次除油处理；

步骤二：在钛板上加工连接孔或连接结构，并弯折、压纹、酸蚀形成型；

步骤三：将钛板放入电解槽的电解液中，接通电源进行电解反应生成氧化膜多孔层，取出钛板并清洗表面的电解液；

步骤四：钛板在不同的电压下电解反应后会在钛板表面产生不同厚度的氧化膜，氧化膜在光照下会呈现不同的颜色，为了避免氧化膜与着色剂互相影响导致建筑物设计的颜色发生变化。依据步骤三中氧化膜光照后呈现的颜色配置着色液，将钛板在过氧化氢水溶液中煮沸着色并封孔；

步骤五：用去离子水清洗钛板表面着色液。

作为本发明的进一步改进，钛板在加工连接部位，且根据建筑物外形设计要求进行弯折变形、压纹、酸蚀时，会使用润滑油液和产生成薄的不稳定的氧化层。为了防止在电解时，钛板表面的油液和氧化层对钛板表面氧化膜的影响，在步骤三中，钛板电解反应前还包括对钛板进行第二次除油处理的步骤。

作为本发明的进一步改进，步骤三中，电压超过110v时，电解时会灼伤钛板表面形成的氧化膜，且在10～110V的电解电压下，钛板表面会形成棕色系列、蓝色系列、红色系列、绿色系列的氧化膜，因此电解反应中电源电压为10～110V。电源接通时，进行电化学反应，在钛板表面生成二氧化钛和一氧化钛，同时钛板表面的少量的二氧化钛被电解液中的酸溶解；电源断开时，进行化学反应，进一步使钛板表面的二氧化钛被电解液中的酸溶产生多个小孔；在电解反应的过程(包括电化学反应和化学反应)中，电源接通时间为10～30min，使氧化膜的厚度及小孔的深度不断的增加；电源断开时间为5～10min，电源断开时进行化学反应，使钛板表面的氧化层中的二氧化钛被溶解，使钛板表面的氧化膜形成多孔层。

作为本发明的进一步改进，步骤三中，电解反应的电解液为氢氟酸、磷酸、硫酸、草酸、高锰酸钾中的一种或几种。

作为本发明的进一步改进，步骤四中，为便于着色剂在钛板表面多孔层氧化膜的小孔内沉积，着色剂选为饱和脂溶性着色剂，脂溶性着色剂配置时悬浮在溶液中，且饱和脂溶性着色剂也不会与溶液中的过氧化氢氢反应，导致着色剂失效。

作为本发明的进一步改进，着色液浓度为30～50％，高浓度的着色液能够使在着色时着色剂快速的沉积到氧化膜内的小孔中，完成着色过程。

作为本发明的进一步改进，步骤四中，过氧化氢氢溶液浓度为0.5～3.0％，0.5～3.0％的过氧化氢氢溶液使钛板表面氧化膜中的一氧化钛被氧化稳定的二氧化钛，在钛板表面被氧化的同时，沉积在钛板表面多孔层中小孔内的着色剂被封闭在氧化膜内，完成钛板的着色。

与现有技术相比，本发明型的有益效果是：

1.选用钛板作为历史建筑的翻修及建造，可避免因长期与大气接触，被酸雨、风沙等腐蚀和破坏，增加历史建筑物的使用寿命，降低历史建筑物的维护检修成本，减少作业人员的工作强度及安全隐患。

2.历史建筑物作为人们旅游参观的景点，作为对历史财产的一种保护，本应保持其原有的色彩，不因随外界环境(白天黑夜、阴雨天、晴天等各种天气)的变化而变化。采用着色剂对钛板进行着色，可避免在钛板表面生成氧化膜使钛板在光照下才能呈现颜色的问题。

3.通过将着色剂密封到钛板表面氧化膜的小孔内，使着色剂稳定均匀地涂覆在钛板氧化膜内，且钛板表面的二氧化钛薄膜不会被酸雨腐蚀，可避免着色剂暴露在空气中使建筑物的颜色发生变化。

具体实施方式

下面所示的各实施方式对发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例1：

在本实施方式中，一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，包括以下步骤：

步骤一：裁剪厚度为1.0cm的钛板，并进行表面机械抛光及用丙酮和酒精对钛板进行除油处理；

步骤二：在钛板上加工连接孔，将钛板弯折成宫殿的开闭式圆顶形状，并用酸蚀或者雕刻出形状；

步骤三：将钛板放入电解槽的电解液中，电解液为1.0％氢氟酸和3.0％磷酸的混合溶液，接通55±2v的电源，先进行电化学反应20min，在钛板表面生成二氧化钛和一氧化钛，同时钛板表面的少量的二氧化钛被电解液中的酸溶解；电源断开时，进行化学反应5min，使钛板表面的二氧化钛被电解液中的酸溶产生多个小孔，形成使钛板表面的氧化膜形成多孔层。然后迅速将钛板取出并清洗表面的电解液；

步骤四：步骤三中在55±2v电压下电解反应后产生的氧化膜在光照下呈现红色，氧化膜光照后呈现的颜色配置相同的35.0％的红色脂溶性着色液。将钛板在0.6％的过氧化氢水溶液中煮沸10min着色并封孔，完成钛板的着色。

步骤五：用去离子水清洗钛板表面着色液，自然晾干得着色后的钛板建材。

实施例2：

步骤一：裁剪厚度为2.5cm的钛板，并进行表面机械抛光及用酒精和丙酮溶液对钛板进行第一次除油处理；

步骤二：在钛板上加工扣合的连接结构，将钛板弯折成博物馆的板式形状，并将钛板表面酸蚀或者雕刻出瓦楞状；

步骤三：电解反应前用丙酮对钛板进行第二次除油处理的步骤。

步骤四：将钛板放入电解槽的电解液中，电解液为1.5％的硫酸和1.0％磷酸的混合溶液，接通90±1v的电源，先进行电化学反应10min，在钛板表面生成二氧化钛和一氧化钛，同时钛板表面的少量的二氧化钛被电解液中的酸溶解；电源断开时，进行化学反应10min，使钛板表面的二氧化钛被电解液中的酸溶产生多个小孔，形成使钛板表面的氧化膜形成多孔层。然后迅速将钛板取出并清洗表面的电解液；

步骤五：步骤四中在90±1v电压下电解反应后产生的氧化膜在光照下呈现绿色，氧化膜光照后呈现的颜色配置相同的40.0％的深蓝色脂溶性着色液。将钛板在1.0％的过氧化氢水溶液中煮沸15min着色并封孔，完成钛板的着色。

步骤六：用去离子水清洗钛板表面着色液，自然晾干得着色后的钛板建材。

实施例3：

步骤一：裁剪厚度为3.0cm的钛板，并进行表面机械抛光及用丙酮溶液对钛板进行第一次除油处理；

步骤二：在钛板上加工扣合的连接结构及连接孔，形成墙壁的板式形状，并将钛板表面酸蚀出花纹；

步骤三：电解反应前用酒精对钛板进行第二次除油处理的步骤。

步骤四：将钛板放入电解槽的电解液中，电解液为4.0％的草酸、1.0％磷酸、0.5％硫酸的混合溶液，接通10±1v的电源，先进行电化学反应13min，在钛板表面生成二氧化钛和一氧化钛，同时钛板表面的少量的二氧化钛被电解液中的酸溶解；电源断开时，进行化学反应7min，使钛板表面的二氧化钛被电解液中的酸溶产生多个小孔，形成使钛板表面的氧化膜形成多孔层。然后迅速将钛板取出并清洗表面的电解液；

步骤五：步骤四中在10±1v电压下电解反应后产生的氧化膜在光照下呈现棕色，氧化膜光照后呈现的颜色配置相同的45.0％的棕色脂溶性着色液。将钛板在2.5％的过氧化氢水溶液中煮沸20min着色并封孔，完成钛板的着色。

本发明的原理是：

1.首先钛板着色前，现将钛板裁剪、变形、雕刻等形成历史建筑物的设计形状；其次，再在电解液中在钛板表面电解形成多孔的一氧化钛氧化膜；最后，用含有着色剂的过氧化氢溶液对多孔的一氧化钛氧化膜着色，并经一氧化钛氧化成稳定的二氧化钛将着色剂密封到氧化膜的小孔中，完成了对钛板的着色。

2.钛板电解时电压与氧化膜对应颜色：

电压	10	20	30	40	50	60
							颜色	棕色	紫蓝色	深蓝色	淡蓝色	红黄色	玫瑰红
电压	70	80	90	100	110
							颜色	蓝紫色	黄绿色	绿色	淡绿色	灰绿色

3.钛板电解反应的反应式为：

H₂O-2e→O^2-+2H⁺

Ti+2e→Ti²⁺+Ti⁴⁺

Ti⁴⁺+2O^2-→TiO₂

Ti²⁺+O^2-→TiO

4.钛板着色反应的反应式为：

TiO+H₂O₂→TiO₂₊H₂O。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤四：依据步骤三中氧化膜光照后呈现的颜色配置着色液，将钛板在过氧化氢水溶液中煮沸着色并封孔；

步骤五：用去离子水清洗钛板表面着色液。

2.根据权利要求1所述的一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，其特征在于：步骤三中，所述钛板电解反应前还包括对所述钛板进行第二次除油处理的步骤。

3.根据权利要求2所述的一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，其特征在于：步骤三中，所述电解反应中电源电压为10~110V，电源接通时间为10~30min，电源断开时间为5~10min。

4.根据权利要求3所述的一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，其特征在于：步骤三中，所述电解反应的电解液为氢氟酸、磷酸、硫酸、草酸、高锰酸钾中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，其特征在于：步骤四中，着色剂为脂溶性着色剂。

6.根据权利要求5所述的一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，其特征在于：所述着色液浓度为30~50%。

7. 根据权利要求1所述的一种历史建筑物用的钛建材的制作方法，其特征在于：步骤四中，所述过氧化氢氢溶液浓度为0.5~3.0%。