CN113337866A - 一种彩色钛合金冷冻块的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，该方法包括：一、将钛合金棒材加工成钛合金块体；二、表面抛光得到表面光亮的钛合金冷冻块；三、酸洗处理后冲洗并烘干；四、将钛合金冷冻块作为阳极，以不锈钢作为阴极，选择弱碱性电解液采用脉冲氧化电源进行阳极氧化，在钛合金冷冻块表面形成带有颜色的膜层；五、超声清洗并吹干后得到彩色钛合金冷冻块。本发明将钛合金棒材加工成块体后，依次经抛光、酸洗活化与清洗后采用弱碱性电解液进行阳极氧化，使得阳极的钛合金冷冻块表面经氧化形成氧化膜膜层，通过控制脉冲氧化电源的电压和氧化时间，控制氧化膜膜层的厚度产生不同的光的干涉效应而呈现出各种色彩，得到彩色钛合金冷冻块。
Description
技术领域
本发明属于钛合金制品技术领域，具体涉及一种彩色钛合金冷冻块的制备方法。
背景技术
日常生活中人们经常将冰块置于酒中以达到冰镇效果，随着冰块的不断融化酒的口感会受到影响，冰块也容易带入细菌不利于人体健康。不锈钢冷冻块可实现2小时快速冷冻，不串味不稀释，而且属于抗菌材质可循环使用。目前市面上所用的不锈钢冷冻块均采用无缝焊接镜面抛光工艺，表面光滑且无细菌附着，耐腐蚀、可消毒、易清洗。随着社会的发展和人民物质生活的日益丰富，人们对外观的要求逐步提高，对彩色金属冷冻块的需求也开始增加，但此类不锈钢冷冻块均为金属色，在表面制备彩色膜层的方法主要有刷镀、喷涂，难以制备出符合食品安全级的彩色不锈钢冰块。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种彩色钛合金冷冻块的制备方法。该方法将钛合金棒材加工成块体后，依次经抛光、酸洗活化与清洗后采用弱碱性电解液进行阳极氧化，使得阳极的钛合金冷冻块表面经氧化形成氧化膜膜层，通过控制并调节脉冲氧化电源的电压和氧化时间，控制氧化膜膜层的厚度产生不同的光的干涉效应，从而使表面呈现出各种色彩，得到彩色钛合金冷冻块。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、机械加工：将钛合金棒材经机械加工成钛合金块体；
步骤二、抛光：对步骤一中得到的钛合金块体进行表面抛光以去除表面凸起，得到表面光亮的钛合金冷冻块；
步骤三、酸洗活化与清洗：将步骤二中得到的表面光亮的钛合金冷冻块放入酸洗液中，在室温条件下进行酸洗处理，然后采用去离子水冲洗并烘干；
步骤四、阳极氧化：在两电极体系中，将步骤三中经烘干后的钛合金冷冻块作为阳极，以不锈钢作为阴极，选择弱碱性电解液，采用脉冲氧化电源进行阳极氧化，在钛合金冷冻块表面形成带有颜色的膜层，得到具有膜层的钛合金冷冻块；
步骤五、后处理：将步骤四中得到的具有膜层的钛合金冷冻块依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗5min～10min，吹干后得到彩色钛合金冷冻块。
本发明将钛合金棒材依次经机械加工、抛光、酸洗活化与清洗、阳极氧化和后处理，得到彩色钛合金冷冻块，由于钛及钛合金的化学性能稳定，具有无毒性与较高的比热容，对大部分化学介质都有极好的耐腐蚀性能，本发明选择钛合金作为冷冻块的材质，有效保证其快速冷冻的性能，满足了冷冻块的使用要求。本发明先将钛合金棒材经机械加工得到钛合金块体，进而控制了彩色钛合金冷冻块的形状和尺寸，以保证其快速冷冻性能，满足其使用场合需要，其中钛合金棒材包括TA、TB、TC系所有牌号，然后经表面抛光获得表面光亮的钛合金冷冻块，减少了细菌或杂物的附着，且易于清洗，外表面美观；再经酸洗活化与清洗，一方面进一步去除钛合金冷冻块表面的氧化物等杂质，另一方面有效活化钛合金冷冻块基体，有利于后期阳极氧化的进行；再选择弱无铬、无氟、无磷的弱碱性电解液进行阳极氧化，使得阳极的钛合金冷冻块表面经氧化形成氧化膜膜层，有效降低了阳极氧化的电压，增强了氧化膜膜层与钛合金冷冻块表面的结合力，同时通过控制并调节脉冲氧化电源的电压和氧化时间，控制氧化膜膜层的厚度，由于氧化膜厚度不同会产生不同的光的干涉效应，从而使表面呈现出各种色彩，得到彩色钛合金冷冻块，且由于阳极氧化逐层沉积形成氧化膜，氧化膜与钛合金冷冻块表面的结合力强，且膜层厚度均匀，使得彩色钛合金冷冻块的表面色彩均匀鲜艳，不易脱落，具有优良的耐蚀性和生物安全性，使用寿命得到延长。
上述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金块体为方块、异形块或球体，且方块、异形块的边长和球体的直径为1cm～5cm。本发明通过制备不同块体形状的钛合金块体，进而得到不同块体形状的彩色钛合金冷冻块，同时结合控制钛合金块体的尺寸，有效保证了产物彩色钛合金冷冻块的冷却效果，满足了不同使用场合的需求。
上述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤二中所述表面抛光依次采用麻轮或者羊毛轮、抛光粗布轮或者细羊毛轮、棉布轮进行。优选采用机械抛光的方式避免了使用含有侵蚀剂的抛光液，进而避免了引入有害成分，提高了彩色钛合金冷冻块的使用安全性。
上述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤三中所述酸洗液由硝酸、氢氟酸和去离子水按照3:2:20的质量比混合而成，所述酸洗处理的时间为2s～8s。该优选组成的酸洗液和酸洗处理时间不仅具有良好的清洗效果，且有效活化钛合金冷冻块表面，有利于后续阳极氧化的顺利进行。
上述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤四中所述弱碱性电解液中含有氢氧化钠或氢氧化钾，以及氯化钠；所述弱碱性电解液中氢氧化钠或氢氧化钾的含量为0.5g/L～10g/L，氯化钠的含量为5g/L～40g/L。该无铬、无氟、无磷的弱碱性电解液满足了阳极氧化的使用要求，且具有低成本、环保性、重复利用性的优点。
上述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤四中所述阳极氧化的电压为14V～90V，时间为2min～10min。本发明通过控制阳极氧化的电压和时间，以控制氧化膜的厚度，进而得到多种颜色鲜艳均匀的彩色冷冻块，同时满足冷冻冰镇与美观的要求。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明将钛合金棒材加工成块体后，依次经抛光、酸洗活化与清洗后采用弱碱性电解液进行阳极氧化，使得阳极的钛合金冷冻块表面经氧化形成氧化膜膜层，通过控制并调节脉冲氧化电源的电压和氧化时间，控制氧化膜膜层的厚度产生不同的光的干涉效应，从而使表面呈现出各种色彩，得到彩色钛合金冷冻块。
2、本发明采用阳极氧化在钛合金冷冻块表面制备得到的氧化膜膜层厚度均匀可控，从而钛合金冷冻块的表面色彩均匀鲜艳，具有优良的生物安全性。
3、本发明采用无铬、无氟、无磷的弱碱性电解液作为电解液，降低了阳极氧化的电压，符合低成本、环保性、重复利用性的要求。
4、本发明优选的弱碱性电解液中制备的氧化膜膜层具有优异的耐磨性和耐蚀性，且与钛合金冷冻块表面的结合力良好，不易脱落，同时满足了冷冻冰镇、美观性及实用性的要求。
5、本发明选择高比热容的钛合金作为冷冻块的材质，有效保证其快速冷冻的性能，满足了冷冻块的使用要求。
6、本发明的制备方法适用于TA、TB、TC系所有钛合金牌号，扩大了本发明的适用范围。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、机械加工：将TC4钛合金棒材经机械加工成边长为1cm的钛合金方块；
步骤二、抛光：对步骤一中得到的钛合金块体进行表面抛光以去除表面凸起，得到表面高亮度的钛合金冷冻块；
所述表面抛光的具体过程为：(1)粗抛：采用钛合金专用的麻轮或者羊毛轮以及专用的永发光钛蜡进行抛光，达到钛合金冷冻块表面光滑；(2)中抛：采用钛合金专用的抛光粗布轮或者细羊毛轮以及钛合金专用永发光中抛光蜡进行抛光，去除粗抛光留下的纹路，使得钛合金冷冻块表面呈现光亮度；(3)精抛：采用钛合金专用的棉布轮以及钛合金专用的永发光精抛蜡进行抛光，获得表面高亮度的钛合金冷冻块；
步骤三、酸洗活化与清洗：将步骤二中得到的表面高亮度的钛合金冷冻块放入酸洗液中，在室温条件下进行酸洗处理，然后采用去离子水冲洗干净并烘干；所述酸洗液由硝酸、氢氟酸和去离子水按照3:2:20的质量比混合而成，所述酸洗处理的时间为2s；
步骤四、阳极氧化：在两电极体系中，将步骤三中经烘干后的钛合金冷冻块作为阳极，以不锈钢作为阴极，选择弱碱性电解液，采用脉冲氧化电源进行阳极氧化，阳极氧化的电压为14V～16V，时间为2min，在钛合金冷冻块表面形成带有古铜色的膜层，得到具有膜层的钛合金冷冻块；所述弱碱性电解液中含有5g/L的氯化钠和0.5g/L氢氧化钠；
步骤五、后处理：将步骤四中得到的具有膜层的钛合金冷冻块依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗5min，吹干后得到古铜色钛合金冷冻块。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、机械加工：将TB9钛合金棒材经机械加工成边长为3cm的钛合金八面体块；
步骤二、抛光：对步骤一中得到的钛合金八面体块进行表面抛光以去除表面凸起，得到表面高亮度的钛合金冷冻块；
所述表面抛光的具体过程为：(1)粗抛：采用钛合金专用的麻轮或者羊毛轮以及专用的永发光钛蜡进行抛光，达到钛合金冷冻块表面光滑；(2)中抛：采用钛合金专用的抛光粗布轮或者细羊毛轮以及钛合金专用永发光中抛光蜡进行抛光，去除粗抛光留下的纹路，使得钛合金冷冻块表面呈现光亮度；(3)精抛：采用钛合金专用的棉布轮以及钛合金专用的永发光精抛蜡进行抛光，获得表面高亮度的钛合金冷冻块；
步骤三、酸洗活化与清洗：将步骤二中得到的表面高亮度的钛合金冷冻块放入酸洗液中，在室温条件下进行酸洗处理，然后采用去离子水冲洗干净并烘干；所述酸洗液由硝酸、氢氟酸和去离子水按照3:2:20的质量比混合而成，所述酸洗处理的时间为5s；
步骤四、阳极氧化：在两电极体系中，将步骤三中经烘干后的钛合金冷冻块作为阳极，以不锈钢作为阴极，选择弱碱性电解液，采用脉冲氧化电源进行阳极氧化，阳极氧化的电压为35V～37V，时间为5min，在钛合金冷冻块表面形成带有黄色的膜层，得到具有膜层的钛合金冷冻块；所述弱碱性电解液中含有20g/L的氯化钠和5g/L氢氧化钠；
步骤五、后处理：将步骤四中得到的具有膜层的钛合金冷冻块依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，吹干后得到黄色钛合金冷冻块。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、机械加工：将TC6钛合金棒材经机械加工成边长为3cm的钛合金八面体块；
步骤二、抛光：对步骤一中得到的钛合金八面体块进行表面抛光以去除表面凸起，得到表面高亮度的钛合金冷冻块；
所述表面抛光的具体过程为：(1)粗抛：采用钛合金专用的麻轮或者羊毛轮以及专用的永发光钛蜡进行抛光，达到钛合金冷冻块表面光滑；(2)中抛：采用钛合金专用的抛光粗布轮或者细羊毛轮以及钛合金专用永发光中抛光蜡进行抛光，去除粗抛光留下的纹路，使得钛合金冷冻块表面呈现光亮度；(3)精抛：采用钛合金专用的棉布轮以及钛合金专用的永发光精抛蜡进行抛光，获得表面高亮度的钛合金冷冻块；
步骤三、酸洗活化与清洗：将步骤二中得到的表面高亮度的钛合金冷冻块放入酸洗液中，在室温条件下进行酸洗处理，然后采用去离子水冲洗干净并烘干；所述酸洗液由硝酸、氢氟酸和去离子水按照3:2:20的质量比混合而成，所述酸洗处理的时间为6s；
步骤四、阳极氧化：在两电极体系中，将步骤三中经烘干后的钛合金冷冻块作为阳极，以不锈钢作为阴极，选择弱碱性电解液，采用脉冲氧化电源进行阳极氧化，阳极氧化的电压为55V～58V，时间为3min，在钛合金冷冻块表面形成带有紫色的膜层，得到具有膜层的钛合金冷冻块；所述弱碱性电解液中含有20g/L的氯化钠和0.5g/L氢氧化钾；
步骤五、后处理：将步骤四中得到的具有膜层的钛合金冷冻块依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，吹干后得到紫色钛合金冷冻块。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、机械加工：将TA2钛合金棒材经机械加工成直径为5cm的钛合金球体；
步骤二、抛光：对步骤一中得到的钛合金块体进行表面抛光以去除表面凸起，得到表面高亮度的钛合金冷冻块；
所述表面抛光的具体过程为：(1)粗抛：采用钛合金专用的麻轮或者羊毛轮以及专用的永发光钛蜡进行抛光，达到钛合金冷冻块表面光滑；(2)中抛：采用钛合金专用的抛光粗布轮或者细羊毛轮以及钛合金专用永发光中抛光蜡进行抛光，去除粗抛光留下的纹路，使得钛合金冷冻块表面呈现光亮度；(3)精抛：采用钛合金专用的棉布轮以及钛合金专用的永发光精抛蜡进行抛光，获得表面高亮度的钛合金冷冻块；
步骤三、酸洗活化与清洗：将步骤二中得到的表面高亮度的钛合金冷冻块放入酸洗液中，在室温条件下进行酸洗处理，然后采用去离子水冲洗干净并烘干；所述酸洗液由硝酸、氢氟酸和去离子水按照3:2:20的质量比混合而成，所述酸洗处理的时间为8s；
步骤四、阳极氧化：在两电极体系中，将步骤三中经烘干后的钛合金冷冻块作为阳极，以不锈钢作为阴极，选择弱碱性电解液，采用脉冲氧化电源进行阳极氧化，阳极氧化的电压为88V～90V，时间为10min，在钛合金冷冻块表面形成带有粉色的膜层，得到具有粉色的钛合金冷冻块；所述弱碱性电解液中含有40g/L的氯化钠和10g/L氢氧化钾；
步骤五、后处理：将步骤四中得到的具有膜层的钛合金冷冻块依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗5min，吹干后得到粉色钛合金冷冻块。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、机械加工：将钛合金棒材经机械加工成钛合金块体；
步骤二、抛光：对步骤一中得到的钛合金块体进行表面抛光以去除表面凸起，得到表面光亮的钛合金冷冻块；
步骤三、酸洗活化与清洗：将步骤二中得到的表面光亮的钛合金冷冻块放入酸洗液中，在室温条件下进行酸洗处理，然后采用去离子水冲洗并烘干；
步骤四、阳极氧化：在两电极体系中，将步骤三中经烘干后的钛合金冷冻块作为阳极，以不锈钢作为阴极，选择弱碱性电解液，采用脉冲氧化电源进行阳极氧化，在钛合金冷冻块表面形成带有颜色的膜层，得到具有膜层的钛合金冷冻块；
步骤五、后处理：将步骤四中得到的具有膜层的钛合金冷冻块依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗5min～10min，吹干后得到彩色钛合金冷冻块。
2.根据权利要求1所述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金块体为方块、异形块或球体，且方块、异形块的边长和球体的直径为1cm～5cm。
3.根据权利要求1所述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤二中所述表面抛光依次采用麻轮或者羊毛轮、抛光粗布轮或者细羊毛轮、棉布轮进行。
4.根据权利要求1所述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤三中所述酸洗液由硝酸、氢氟酸和去离子水按照3:2:20的质量比混合而成，所述酸洗处理的时间为2s～8s。
5.根据权利要求1所述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤四中所述弱碱性电解液中含有氢氧化钠或氢氧化钾，以及氯化钠；所述弱碱性电解液中氢氧化钠或氢氧化钾的含量为0.5g/L～10g/L，氯化钠的含量为5g/L～40g/L。
6.根据权利要求1所述的一种彩色钛合金冷冻块的制备方法，其特征在于，步骤四中所述阳极氧化的电压为14V～90V，时间为2min～10min。
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