CN109972193A - 一种镍钛合金管电解抛光的抛光液及方法 - Google Patents

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李志永
孙晓宇
宋秀丽
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    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
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    • C25F3/22—Polishing of heavy metals
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Abstract

本发明属于表面工程技术和生物材料领域，具体涉及一种镍钛合金管电解抛光的抛光液及方法。将氯化钠、乙二醇按照58.5g/L的配比配置溶液Ⅰ；将溶液Ⅰ与无水乙醇混合，配置成含无水乙醇体积分数为0~35%/L的电解抛光液。具体抛光流程为：500#砂纸打磨进行预处理—丙酮超声清洗—吹干—电解抛光—丙酮超声清洗—密封保存。抛光方法为：电压V=14~25v、抛光时间t=10~50min、阴阳间距d=15~30mm、抛光液温度T=15~25℃，抛光液搅拌速度700~900r/min。电解抛光后镍钛合金管表面粗糙度大幅降低，表面粗糙度值在30~35nm之间，表面平整均匀、光亮如镜。该抛光方法解决了电解液存在安全隐患及后续处理复杂的问题，具有安全环保、工艺简单、表面质量好等优点，应用前景广阔。

Description

一种镍钛合金管电解抛光的抛光液及方法
技术领域
本发明属于表面工程技术和生物材料领域，具体涉及一种镍钛合金管电解抛光的抛光液及方法。
背景技术
镍钛合金是由近乎等原子量的镍和钛元素组成的形状记忆合金，低温下呈马氏体，高温下呈奥氏体，两种晶相之间的转换使得镍钛合金具有独特的热形状记忆特性和超弹性。镍钛合金自问世以来，因其优异性能已在生物医疗、航空航天、传感器、机器人等行业得到了广泛应用。作为植入类医疗材料，必须对其表面进行抛光处理，以获得良好的抗蚀性和生物兼容性。
常见的镍钛合金表面处理工艺有锻压、热轧、热氧化、等离子注入（注入氮、氧、碳元素等）、磨削、化学抛光、电解抛光等，相较而言，电解抛光是一种非常有效的改善精密微细金属器件表面微观形貌，降低粗糙度的工艺方法。其基本工艺原理是利用阳极在电解液中所产生的电化学溶解现象，使阳极上的微观凸起部分发生选择性溶解以形成平滑光洁的表面。
在镍钛合金的电解抛光技术中，刘欣杰、许晓静等分别使用了以浓磷酸-浓硫酸、冰醋酸-高氯酸为主要成分的抛光液对镍钛合金进行抛光处理。Fushimi使用硫酸-甲醇混合电解液研究镍钛合金的工艺参数对镍钛合金抛光后的表面粗糙度的影响规律。已公布的抛光液主要类型为酸-酸体系或酸-醇体系。由于强酸都存在很强的腐蚀性，甚至如高氯酸、硝酸等储存不当易发生爆炸，这给工作人员带来安全隐患，而且抛光完的酸性电解液需要进行中和，后续处理环节复杂，容易造成环境污染。
在已公布的镍钛合金的电解抛光技术中，电解抛光水平很难将镍钛合金表面粗糙度降低至50nm以内，良好的粗糙度是提高生物相容性的必要保证。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种安全环保、操作简单、温度要求低、抛光质量优良的电解抛光液及操作方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：将氯化钠、乙二醇按照58.5g/L的配比配置溶液Ⅰ；将溶液Ⅰ与无水乙醇混合，配置成含无水乙醇体积分数为0~35%/L的电解抛光液。
进一步的，在所述的电解抛光液中，一种镍钛合金管电解抛光方法，包括如下步骤：
（1）用500#砂纸打磨镍钛合金管，进行预处理；
（2）将打磨后的镍钛合金管放置丙酮中，进行超声清洗3—5min；
（3）将清洗后的镍钛合金管吹干；
（4）采用电解抛光液对镍钛合金管进行电解抛光；
（5）对抛光后的镍钛合金管放置丙酮中，进行超声清洗3—5min；
（6）密封保存。
进一步的，所述的电解抛光工艺参数如下：电压V=14~25v、抛光时间t=10~50min、阴阳间距d=15~30mm、抛光液温度T=15~25℃，抛光液搅拌速度700~900r/min。
进一步的，所述镍钛合金管中，镍的质量分数为49.0%-57.0%，钛的质量分数为43.0%-51.0%，余量为微量元素，所述的微量元素为氧、碳、钨、硅、钌、钯、锡中的任意一种或者两种以上元素的组合。
进一步的，所述镍钛合金管的外径为2~4mm，壁厚为100~300μm。
进一步的，所述镍钛合金管，适用于植入类医疗器械。
本发明具有以下优点：
1.本发明解决了电解液存在安全隐患及后续处理复杂的问题，具有工艺简单、安全环保、表面质量好等优点，电解抛光后镍钛合金管表面粗糙度大幅降低，表面粗糙度值在30~35nm之间，表面平整均匀、光亮如镜。
2. 本发明电解抛光液内导电阴离子主要成分为Cl－，电解液内的无水乙醇、乙二醇及从空气中吸附的少量水在电解时，可以除去镍钛合金管表面的氧化层，在电化学抛光过程中可以加强导电性，镍钛合金溶解的Ti4+与氯化钠中的Cl－生成TiCl4覆盖在工件表面形成一层粘稠的粘性膜。
3.本发明中电解抛光液的添加剂为无水乙醇，是一种极性物质，可以溶解氯化镍，并溶解部分氯化钛，保持氯化钛层的适当厚度。同时，无水乙醇的粘度低于乙二醇，无水乙醇的加入，可以降低抛光液的粘度，改善抛光质量。
附图说明
图1为镍钛合金抛光前、抛光后的SEM图像，图中a为抛光前，b为抛光后。
图2为电解抛光后的镍钛合金管表面粗糙度分析。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明做进一步描述说明：
对尺寸外径φ2.6mm，壁厚0.2mm，长13mm的镍钛合金管（Ni55.23% Ti44.77%）进行电解抛光处理；
（1）将氯化钠、乙二醇按照58.5g/L的配比配置溶液Ⅰ；将溶液Ⅰ与无水乙醇混合，配置成含无水乙醇体积分数为0~35%/L的电解抛光液。
（2）镍钛合金管试件采用500#砂纸打磨，打磨后的试件放入丙酮内超声清洗3min后吹干备用。
在室温下，将清洗好的镍钛合金管试件同直流电源正极相连，314不锈钢环为阴极同直流电源负极相连，两极完全浸入盛有上述抛光液的电解池中，接通直流电源进行电解抛光加工，电压V=14~25v、抛光时间t=10~50min、阴阳间距d=15~30mm、抛光液搅拌速度700~900r/min。电解抛光后的镍钛合金管试件在丙酮中超声清洗3min，并吹干用铝箔保存，可达到平整光亮的电化学抛光效果。
本发明的所述的实例仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，还可在上述说明的基础上做出其他不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举，而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电解抛光液，其特征在于：将氯化钠、乙二醇按照58.5g/L的配比配置溶液Ⅰ；将溶液Ⅰ与无水乙醇混合，配置成含无水乙醇体积分数为0~35%/L的电解抛光液。
2.一种镍钛合金管电解抛光方法，利用权利要求1所述的电解抛光液，其特征在于包括如下步骤：
（1）用500#砂纸打磨镍钛合金管，进行预处理；
（2）将打磨后的镍钛合金管放置丙酮中，进行超声清洗3—5min；
（3）将清洗后的镍钛合金管吹干；
（4）采用电解抛光液对镍钛合金管进行电解抛光；
（5）对抛光后的镍钛合金管放置丙酮中，进行超声清洗3—5min；
（6）密封保存。
3.根据权利要求2所述的镍钛合金管电解抛光方法，其特征在于：第（4）步中，电解抛光的工艺参数如下：电压V=14~25v、抛光时间t=10~50min、阴阳极间距d=15~30mm、抛光液温度T=15~25℃、抛光液搅拌速度700~900r/min。
4.根据权利要求2所述的镍钛合金管电解抛光方法，其特征在于：所述镍钛合金管中，镍的质量分数为49 .0%-57.0%，钛的质量分数为43.0%-51 .0%，余量为微量元素，所述的微量元素为氧、碳、钨、硅、钌、钯、锡中的任意一种或者两种以上元素的组合。
5.根据权利要求2所述的镍钛合金管电解抛光方法，其特征在于：所述镍钛合金管的外径为2~4mm，壁厚为100~300μm。
6.根据权利要求2所述的抛光方法，其特征在于：所述镍钛合金管，适用于植入类医疗器械。
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