CN113337876A

CN113337876A - 电解抛光液以及镍钛合金的电解抛光方法

Info

Publication number: CN113337876A
Application number: CN202110434545.3A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2021-09-03

Abstract

本发明提供一种电解抛光液以及镍钛合金的电解抛光方法，所述电解抛光液包括以下组分：硫酸、草酸、醇和水，其中，硫酸的体积分数为2‑10％，草酸的体积分数为70‑85％，醇的体积分数为8‑15％，余量为水。将上述电解抛光液置于电解槽中，待抛光镍钛合金作为电解槽的阳极，使待抛光部分浸没于电解抛光液中，实现对待抛光部分的抛光处理。本发明的电解抛光液原料便宜易得、制备简单、成本低、易于存储，并且该电解抛光液可以在室温下使用，进一步降低了抛光成本，本发明应用于镍钛合金的电解抛光方法，可以提高材料表面平整度的同时进一步提高镍钛合金的耐腐蚀性。

Description

电解抛光液以及镍钛合金的电解抛光方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种电解抛光液以及镍钛合金的电解抛光方法。

背景技术

镍钛合金是一种具有形状记忆效应和超弹性的新型功能材料，同时因其具备良好的生物相容性，在生物医用领域得以广泛应用。传统的镍钛合金制备方法如熔铸法，制备难度大、收得率低、生产成本高。选择性激光熔化(SLM)选用激光作为能量源，按照三维切片模型中规划好的路径在镍、钛金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的镍、钛金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的镍钛合金，该技术克服传统技术制造带来的困扰，能直接成型出力学性能良好的镍钛合金，拓展了镍钛合金的应用。

但采用选择性激光熔化(SLM)技术制造出的镍钛合金表面普遍存在粘粉等现象，导致其表面粗糙度极高，不能直接应用于对合金表面要求高的镍钛合金医用植入物，因此对采用选择性激光熔化(SLM)技术制备的镍钛合金试样进行表面抛光十分必要。

传统的表面抛光方法主要有机械抛光、化学抛光、电解抛光等，其中，电解抛光是一种非接触、无损伤的加工过程，主要是以待抛光工件作为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到除去工件表面粘粉和增大光亮度的效果，避免了机械抛光造成的表面损失。电解抛光过程中，既不产生加工热，也不产生被加工材料的内应力，在降低合金表面粗糙度的同时还可以产生边界清晰的表面，避免了化学抛光存在的抛光速度慢等缺点。因此，相对于其他抛光工艺而言，电解抛光具有生产效率高、设备成本低等优点，逐渐成为研究热点。然而，现有的电解抛光工艺中，所用电解抛光液对镍钛合金的抛光效果仍然有待提高。

发明内容

本发明提供一种电解抛光液以及镍钛合金的电解抛光方法，对镍钛合金具有良好的电解抛光效果，能够有效解决现有技术存在的缺陷。

本发明的一方面，提供一种电解抛光液，包括以下组分：硫酸、草酸、醇和水，其中，硫酸的体积分数为2-10％，草酸的体积分数为70-85％，醇的体积分数为8-15％，余量为水。

本发明提供的电解抛光液，其中醇包括甲醇、乙醇和丙三醇中的至少一种。

本发明的另一方面，提供一种镍钛合金的电解抛光方法，包括：将上述电解抛光液置于电解槽中；将待抛光镍钛合金作为电解槽的阳极，并使待抛光镍钛合金的待抛光部分浸没于电解抛光液中，然后进行电解抛光处理，实现对上述待抛光镍钛合金的待抛光部分的抛光处理。

进一步地，上述电解槽具有阴极，阴极包含耐电解抛光液腐蚀的导电材料。

进一步地，电解槽具有阴极，阴极与阳极的距离为10-30mm。

进一步地，电解抛光处理的条件为：温度为20-40℃，电压为40-55V，时间为10-20分钟，在上述条件进行电解抛光能够进一步提高抛光效果及效率。

进一步地，在上述镍钛合金进行电解抛光处理前，对待抛光的镍钛合金进行表面预清洁处理。

进一步地，预清洁处理包括采用清洁剂对镍钛合金进行表面处理的过程，清洁剂包括脱脂剂、乙醇、丙酮中的至少一种。

进一步地，预清洁处理包括采用清洁剂对镍钛合金进行超声清洗的过程。

进一步地，经过电解抛光处理后，采用醇类溶剂对经抛光处理后的镍钛合金进行超声清洗。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的电解抛光液以及镍钛合金的电解抛光方法，能够有效提高对镍钛合金的抛光效果，使抛光处理后的镍钛合金表面更为平整，尤其可使其作为对镍钛合金表面光滑平整度要求高的医用植入物；同时，相对于现有的电解抛光液，本发明的电解抛光液在能够达到对镍钛合金良好抛光效果的同时，进一步提高镍钛合金的耐腐蚀性，降低镍离子离失问题；此外，本发明的电解抛光液原料便宜易得、制备简单、成本低、易于存储、毒性小，并且该电解抛光液可以在室温下使用，进一步降低了抛光成本，采用该电解抛光液的抛光过程还具有稳定性好、抛光效率高、适用大批量镍钛合金样品的抛光处理等优点，对于实际产业化应用具有重要意义。

附图说明

图1的(a)为实施例1中的待抛光镍钛合金样品(抛光前)的XZ面(即样品的侧面)的电镜图；图1的(b)为实施例1中的电解抛光后镍钛合金样品XZ面的电镜图；图1的(c)为实施例1中的待抛光镍钛合金样品(抛光前)XZ面的激光共聚焦图；图1的(d)为实施例1中的电解抛光后镍钛合金样品XZ面的激光共聚焦图；

图2的(a)为实施例1中的待抛光镍钛合金样品(抛光前)的XY面(即样品的顶面)的电镜图；图2的(b)为电解抛光后镍钛合金样品XY面的电镜图；图2的(c)为待抛光镍钛合金样品(抛光前)XY面的激光共聚焦图；图2的(d)为电解抛光后镍钛合金样品XY面的激光共聚焦图；

图3为本发明实施例1中镍钛合金抛光过程中的镍钛合金XZ面的粗糙度随时间变化关系图；

图4的(a)为对比例2的待抛光镍钛合金样品(抛光前)的XZ面(即样品的侧面)的电镜图；图4的(b)为对比例2的电解抛光后镍钛合金样品XZ面的电镜图；图4的(c)(d)为对比例2的电解抛光后镍钛合金样品XZ面的激光共聚焦图。

具体实施方式

以下所列举具体实施方式只是对本发明的原理和特征进行描述，所举实例仅用于解释本发明，并非限定本发明的范围。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

为使本领域技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图对本发明作进一步地详细说明。

本发明的电解抛光液，包括以下组分：硫酸、草酸、醇和水，其中，硫酸的体积分数为2-10％，草酸的体积分数为70-85％，醇的体积分数为8-15％，余量为水。

本发明的电解抛光液针对镍钛合金的抛光处理设计，在上述组成体系下，能够提高对镍钛合金的抛光效果，具体表现在，不仅能够消除镍钛合金表面的粘粉等现象，而且抛光过程更为缓和、稳定，不易产生过抛等现象。

上述电解抛光液中，醇的引入使整个体系更为缓和，对于电解抛光液对镍钛合金的电解抛光效果具有重要影响，根据本发明的进一步研究，在一些实施例中，醇可以包括甲醇、乙醇和丙三醇中的至少一种。

本发明提供的镍钛合金的电解抛光方法包括：将上述电解抛光液置于电解槽中；将待抛光镍钛合金作为电解槽的阳极，并使待抛光镍钛合金的待抛光部分浸没于电解抛光液中，然后进行电解抛光处理，实现对述待抛光镍钛合金的待抛光部分的抛光处理。

根据本发明的一实施方式，电解槽具有阴极，阴极包含耐电解抛光液腐蚀的导电材料。具体来说，该阴极是由耐电解抛光液腐蚀的导电材料制备而成，其结构可以是本领域常规电解液的阴极结构，对此不作特别限制。采用耐电解抛光液腐蚀的导电材料作为电解槽的阴极，更利于电解抛光过程的进行，提高抛光效率，同时利于提高电解槽的使用寿命。

根据本发明的一实施方式，电解槽具有阴极，阴极与阳极的距离为10-30mm，例如10mm、12mm、15mm、18mm、20mm、22mm、25mm、28mm、30mm或其中的任意两者组成的范围。如果电解槽阴阳两极之间的距离太近(小于10mm)，电流密度高，过程不稳定，容易形成过抛，会导致镍钛合金的质量损失严重以及表面凹坑等现象。如果电解槽阴阳两极之间的距离太远(大于30mm)，电流密度低，电解抛光效果不显著，因此，控制电解槽中阴极与阳极的距离为10-30mm，更利于提高对镍钛合金的抛光效果。

根据本发明的一实施方式，电解抛光处理的条件为：温度为20-40℃，电压为40-55V，时间为10-20分钟，该条件不仅能够提高对镍钛合金的抛光效果，而且条件缓和不苛刻。具体在电解抛光过程中，可以对电解抛光液保持搅拌，以利于电解抛光液与阳极接触，提高对镍钛合金的抛光效率；其中，搅拌例如是磁搅拌。

在一些实施例中，上述抛光过程还可以包括：对待抛光的镍钛合金进行表面预清洁处理后，再将其作为电解槽的阳极进行电解抛光处理。镍钛合金表面一般会存在油污等杂质，通过对其进行预清洁处理，更利于后续的电解抛光处理，提高电解抛光过程的效率。

具体地，在一些实施例中，预清洁处理包括采用清洁剂对镍钛合金进行表面处理的过程，清洁剂包括脱脂剂、乙醇、丙酮中的至少一种。镍钛合金表面很容易沾染污迹，该预清洁过程能够有效除去镍钛合金表面的油污等杂质。

根据本发明的一实施方式，预清洁处理包括采用清洁剂对镍钛合金进行超声清洗的过程，有利于进一步提高对镍钛合金的清洁效率。

根据本发明的一实施方式，电解抛光过程完成后，采用醇类溶剂对经抛光处理后的镍钛合金进行超声清洗的过程，超声清洗完成后，即得到抛光处理后的镍钛合金产品，具体实施时，在超声清洗完成后，可以向镍钛合金产品在50～80℃烘干，烘干后的镍钛合金产品一般表面光亮、光滑平整，可以通过真空封装等方式密封保存。

本发明提供的电解抛光液以及电解抛光方法，能够有效提高对镍钛合金的抛光效果，使抛光处理后的镍钛合金表面更为平整，尤其可使其作为对镍钛合金表面光滑平整度要求高的医用植入物；同时，相对于现有的电解抛光液，本发明的电解抛光液在能够达到对镍钛合金良好抛光效果的同时，还进一步提高镍钛合金的耐腐蚀性，降低镍钛合金中镍离子离失等风险；此外，本发明的电解抛光液原料便宜易得、制备简单、成本低、易于存储、毒性小，并且该电解抛光液可以在室温下使用，进一步降低了抛光成本，采用该电解抛光液的抛光过程还具有稳定性好、抛光效率高、适用大批量镍钛合金样品的抛光处理等优点，对于实际产业化应用具有重要意义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，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做出创造性劳动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。

下面通过具体实施例和对比例对本发明作进一步的说明。如无特别说明，下述所使用到的试剂、材料以及仪器均为常规试剂、常规材料以及常规仪器，均可商购获得，所涉及的试剂、材料也可通过常规合成方法合成获得。以下实施例中，所用待抛光镍钛合金是通过选择性激光熔化技术制得。

实施例1

(1)电解抛光液组成：硫酸、草酸、醇和水，其中，硫酸的体积分数为5％，草酸的体积分数为82％，醇的体积分数为12％，余量为水。

(2)按照如下过程镍钛合金进行电解抛光

将上述电解抛光液置于电解槽中；

采用丙酮和乙醇对抛光镍钛合金样品进行超声清洗，以除去其表面的油污等杂质，然后置于电解槽中作为电解槽的阳极，并使其待抛光部分浸没于电解抛光液中，采用耐该电解抛光液腐蚀的导电材料制成电解槽的阴极。阴极与阳极的距离为10-30mm，温度为20-40℃，电压为40-55V，时间为10-20分钟条件下对待抛光镍钛合金作进行电解抛光处理，抛光处理完成后，采用乙醇进行超声清洗，即完成对镍钛合金待抛光部分的抛光处理，得到抛光后镍钛合金产品。

从图1的(a)可以看到，待抛光镍钛合金样品(抛光前)的XZ面存在金属粘粉，粗糙度大；经20min电解抛光处理后，得到的抛光后镍钛合金的XZ面光滑平整(见图1的(b))；从图1的(c)可以看到，待抛光镍钛合金样品(抛光前)表面粗糙度Sa为9.90μm，而经20min电解抛光处理后，得到的抛光后镍钛合金的XZ面的粗糙度降为0.05μm(见图1的(d))。

从图2的(a)可以看出，待抛光镍钛合金样品(抛光前)XY面强烈依赖于选择性激光熔化的技术参数，能明显看到呈67°的激光轨迹。经20min电解抛光处理后，得到的抛光后镍钛合金XY面光滑平整(见图2的(b))；从图2的(c)可以看到，待抛光镍钛合金样品(抛光前)XY面，表面粗糙度Sa为1.31μm，而经20min电解抛光处理后，得到的抛光后镍钛合金表面粗糙度降为0.04μm(见图2的(d))。

由图3可知，电解抛光过程中，镍钛合金样品S面粗糙度Sa在前4min内迅速下降，镍钛合金样品表面粘粉逐渐溶解。电解抛光4min后，镍钛合金XZ面的部分粘粉颗粒被消除，但仍能观察到一些凸起结构。当抛光时间为20min时，样品表面达到光滑平整，表面粗糙度降到最小值。由此可见，本实施例对镍钛合金具有较高的抛光效率，在20min左右即可使得镍钛合金表面的粗糙度基本接近0，即基本完全消除镍钛合金样品表面的粘粉等影响镍钛合金表面光滑度的结构，达到对镍钛合金样品优异的抛光效果。

对比例1

(1)电解抛光液组成：硝酸、次氯酸、醇和水，其中，硝酸的体积分数为5％，次氯酸的体积分数为82％，醇的体积分数为12％，余量为水。

(2)按照如下过程镍钛合金进行电解抛光

将上述电解抛光液置于电解槽中；

对比例2

(1)电解抛光液组成：硫酸、草酸、醇和水，其中，硫酸的体积分数为40％，草酸的体积分数为40％，醇的体积分数为10％，余量为水。

(2)按照如下过程镍钛合金进行电解抛光

将上述电解抛光液置于电解槽中；

从图4的(a)可以看到，在对比例1电解抛光液下抛光后镍钛合金的XZ面未得到平整光亮的表面，表面粗糙度较高；从图4的(c)可以看到，在对比例1电解抛光液下抛光的镍钛合金样品表面粗糙度Sa为0.618μm。在对比例2电解抛光液的处理下，由于硫酸体积分数占比过大，具有强腐蚀性，抛光后样品表面出现极多凹坑与划痕(见图4的(b))；在对比例2电解抛光液下抛光的镍钛合金XZ面，因为表面有凹坑，得到的抛光后镍钛合金表面最大谷深Sv极高，数值为79.927μm(见图4的(d))。

综上所述，使用实施例1电解抛光液，在阴极与阳极的距离为10-30mm，温度为20-40℃，电压为40-55V，时间为10-20分钟条件下，可以得到较为平整光亮的表面，表面粗糙度较低，相对于对比例1和对比例2，实施例1对镍钛合金具有显著的抛光效果。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例以及试验验证。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种电解抛光液，其特征在于，包括以下组分：硫酸、草酸、醇和水，其中，硫酸的体积分数为2-10％，草酸的体积分数为70-85％，醇的体积分数为8-15％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的电解抛光液，其特征在于，所述醇包括甲醇、乙醇和丙三醇中的至少一种。

3.一种镍钛合金的电解抛光方法，其特征在于，包括：

将权利要求1或2所述的电解抛光液置于电解槽中；

将待抛光镍钛合金作为所述电解槽的阳极，并使所述待抛光镍钛合金的待抛光部分浸没于所述电解抛光液中，然后进行电解抛光处理，实现对所述待抛光镍钛合金的待抛光部分的抛光处理。

4.根据权利要求3所述的电解抛光方法，其特征在于，所述电解槽具有阴极，所述阴极包含耐所述电解抛光液腐蚀的导电材料。

5.根据权利要求3所述的电解抛光方法，其特征在于，所述电解槽具有阴极，所述阴极与所述阳极的距离为10-30mm。

6.根据权利要求3所述的电解抛光方法，其特征在于，所述电解抛光处理的条件为：温度为20-40℃，电压为40-55V，时间为10-20分钟。

7.根据权利要求3所述的电解抛光方法，其特征在于，还包括：对待抛光的镍钛合金进行表面预清洁处理后，再将其作为所述电解槽的阳极进行所述电解抛光处理。

8.根据权利要求7所述的电解抛光方法，其特征在于，所述预清洁处理包括采用清洁剂对所述镍钛合金进行表面处理的过程，所述清洁剂包括脱脂剂、乙醇、丙酮中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的电解抛光方法，其特征在于，所述预清洁处理包括采用所述清洁剂对所述镍钛合金进行超声清洗的过程。

10.根据权利要求3所述的电解抛光方法，其特征在于，还包括：采用醇类溶剂对经所述抛光处理后的镍钛合金进行超声清洗的过程。