CN114507863B - 一种钛材的表面处理方法及高温贮氢钛材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛材的表面处理方法及高温贮氢钛材，涉及表面处理技术领域。发明人创造性地采用无机强酸和氟化物的配合对钛材进行酸洗，发现经过酸洗之后钛材的100℃以上的高温贮氢性能非常优异，具有非常好的工业应用价值，有利于进一步扩宽钛材的应用范围。

Description

一种钛材的表面处理方法及高温贮氢钛材
技术领域
本发明涉及表面处理技术领域，具体而言，涉及一种钛材的表面处理方法及高温贮氢钛材。
背景技术
金属钛具有良好的贮氢特性，已经在通讯、航天、军事等领域得到广泛的应用。由于金属钛表面易钝化，通常的商品钛材必须进行表面处理，以去除表面的钝化层，这样钛材才具有吸氢性能。
目前，表面处理方法为表面机械打磨和氢氟酸酸洗。由于金属钛的表面钝化膜的致密度很高，通过表面机械打磨的方式很难将表面钝化膜去除。而氢氟酸酸洗后，虽然表面钝化膜能够得到去除，这种处理方法易形成氟化钛膜附着在材料表面。
更为重要的是，这两种方法都降低了钛材的贮氢性能，特别是严重降低了100℃以上的高温贮氢性能，这很大程度上影响了钛材的综合性能，限制了钛材的应用范围。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛材的表面处理方法，旨在提升钛材的高温贮氢性能，特别是100℃以上的高温贮氢性能。
本发明的另一目的在于提供一种高温贮氢钛材，其具有非常好的100℃以上的高温贮氢性能。
本发明是这样实现的：
本发明实施例提供一种钛材的表面处理方法，采用无机强酸和氟化物形成的混合溶液对钛材进行酸洗。
本发明实施例还提供一种高温贮氢钛材，其通过上述表面处理方法制备而得。
本发明具有以下有益效果：发明人创造性地采用无机强酸和氟化物的配合对钛材进行酸洗，发现经过酸洗之后钛材的100℃以上的高温贮氢性能非常优异，具有非常好的工业应用价值，有利于进一步扩宽钛材的应用范围。
需要补充的是，传统的酸洗方法如采用氢氟酸酸洗之后，钛材100℃以上的高温贮氢性能非常不理想，这可能是由于氢氟酸酸洗之后易形成氟化钛膜附着在材料表面。
本发明还提出的一种高温贮氢钛材，其通过无机强酸和氟化物的配合对钛材进行酸洗制备而得，具有非常好的高温贮氢性能，适合于在高温条件下得到广泛应用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明一种钛材的表面处理方法，包括如下步骤：
S1、前处理
在将钛材进行酸洗之前，进行表面去油，以去除表面沾染的油性物质，提升表面处理的效果。
具体地，表面去油是采用有机溶剂进行超声清洗，利用有机溶剂将表面的油性物质溶解以得到充分去除。
在一些实施例中，有机溶剂选自丙酮和环己烷中的至少一种；更优选为丙酮。以上几种有机溶剂均能够有效地去除钛材表面的油性物质，起到表面清洁的效果。
进一步地，超声清洗时间大于或等于10min，以使钛材表面的油性物质得到充分地去除。
需要补充的是，在进行表面去油之前，对钛材进行表面检查，目测商品钛材表面为均匀的灰色，否则机加去除有异常的部位。
在其他实施例中，也可以不进行前处理的步骤，若钛材本身具有清洁的表面，则无需去油。
S2、酸洗
发明人创造性地采用无机强酸和氟化物形成的混合溶液对钛材进行酸洗，并且发现酸洗之后钛材的100℃以上的高温贮氢性能非常优异，具有非常好的工业应用价值。
进一步地，酸洗是在30-90℃的温度条件下处理2-5min。优选地，酸洗温度为50-70℃。通过进一步控制酸洗的温度和时间，有利于将钛材表面的钝化膜充分地去除，保证钛材的高温贮氢性能。
具体地，酸洗温度可以为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃等，也可以为上述数值之间的任意值。
具体地，酸洗时间可以为2min、3min、4min、5min等，也可以为上述数值之间的任意值。
进一步地，氟化物选自氟化钠和氟化钾中的至少一种，这两种氟化物均能够用于酸洗，经酸洗之后能够显著改善钛材的高温贮氢性能。
进一步地，无机强酸选自盐酸和硫酸中的至少一种；优选为硫酸。硫酸和氟化物配合对钛材进行酸洗，可以显著改善钛材的高温贮氢性能，特别是100℃以上的高温贮氢性能。
进一步地，混合溶液是由无机强酸、氟化物和水混合而得，无机强酸、氟化物和水的用量比为5-100mL:5-100g:20-100mL。优选地，无机强酸、氟化物和水的用量比为40-60mL:40-60g:50-80mL。通过进一步控制氟化物和无机强酸的用量，以使酸洗之后的钛材能够达到更好的高温贮氢性能。
具体地，无机强酸、氟化物和水的用量比可以为5mL:5g:20mL、10mL:10g:30mL、80mL:80g:100mL、80mL:90g:100mL、100mL:100g:100mL、40mL:40g:50mL、60mL:60g:80mL等。
具体地，无机强酸是以市购的浓酸为原料，如浓硫酸。
S3、后处理
在酸洗之后，进行清洗并干燥，以去除钛材表面的酸液，得到干燥的钛材。
在一些实施例中，清洗是分别采用水和酒精进行洗涤，以提升清洗效果，在干燥过程中水分和酒精都能够得到去除，不会在钛材表面引入杂质。
在其他实施例中，也可以不进行后处理的步骤，但这一定程度上会有少量酸液残留，不利于后续对钛材的利用。
本发明实施例还提出一种高温贮氢钛材，其通过上述表面处理方法制备而得，该钛材具备非常好的高温贮氢性能，在100℃的条件下贮氢性能仍然十分优异。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提出一种钛材的表面处理方法，包括如下步骤：
(1)商品钛材表面检查。目测商品钛材表面为均匀的灰色，否则机加去除有异常的部位。
(2)表面去油。将钛材置于丙酮液体中，超声去油10分钟，取出吹干。
(3)配制酸洗液。配方比例控制硫酸：氟化钠：水＝(5mL)：(5g)：(20mL)，按配方依次量(称)取浓硫酸、氟化钠、去离子水，玻棒搅拌溶解完全。
(4)酸洗。将上述溶液加热至60℃，然后放入商品钛材，反应5min，反应时进行适当搅拌。
(5)后处理。酸洗完毕后，去离子水清洗，酒精脱水、干燥。
实施例2
本实施例提出一种钛材的表面处理方法，包括如下步骤：
(1)商品钛材表面检查。目测商品钛材表面为均匀的灰色，否则机加去除有异常的部位。
(2)表面去油。将钛材置于丙酮液体中，超声去油15分钟，取出吹干。
(3)配制酸洗液。配方比例控制硫酸：氟化钠：水＝(100mL)：(100g)：(100mL)，按配方依次量(称)取浓硫酸、氟化钠、去离子水，玻棒搅拌溶解完全。
(4)酸洗。将上述溶液加热至30℃，然后放入商品钛材，反应5min，反应时进行适当搅拌。
(5)后处理。酸洗完毕后，去离子水清洗，酒精脱水、干燥。
实施例3
本实施例提出一种钛材的表面处理方法，与实施例1不同之处仅在于：控制硫酸：氟化钠：水＝(40mL)：(40g)：(50mL)。
实施例4
本实施例提出一种钛材的表面处理方法，与实施例1不同之处仅在于：控制硫酸：氟化钠：水＝(60mL)：(60g)：(80mL)。
对比例1
本对比例提出一种钛材的表面处理方法，与实施例1不同之处仅在于：酸洗液采用氢氟酸和水混合而得，氢氟酸和水的用量比为1:4。
对比例2
本对比例提出一种钛材的表面处理方法，与实施例1不同之处仅在于：控制硫酸：氟化钠：水＝(5mL)：(5g)：(10mL)。
对比例3
本对比例提出一种钛材的表面处理方法，与实施例1不同之处仅在于：控制硫酸：氟化钠：水＝(5mL)：(5g)：(150mL)。
对比例4
本对比例提出一种钛材的表面处理方法，与实施例1不同之处仅在于：将氟化钠替换为氯化钠。
试验例1
测试实施例1-4和对比例1-3中处理之后钛材的100℃条件下的高温贮氢性能，并以未经处理的钛材作为对比，测试方法参照GB/T33291-2016，初始条件：充气压力15Pa。
结果显示：未经处理的钛材吸气量为0，实施例1-4中处理后的钛材的吸气量为1.5×10-4mmol/g、2×10-4mmol/g、7×10-4mmol/g、4×10-4mmol/g；对比例1-4中处理后的钛材的吸气量为0mmol/g、1×10-6mmol/g、0.5×10-6mmol/g、0mmol/g。
综上所述，本发明提供的钛材的表面处理方法，采用无机强酸和氟化物形成的混合溶液对钛材进行酸洗。发明人发现经过酸洗之后钛材的100℃以上的高温贮氢性能非常优异，具有非常好的工业应用价值。
而传统的酸洗方法如采用氢氟酸酸洗之后，钛材100℃以上的高温贮氢性能非常不理想，这可能是由于氢氟酸酸洗之后易形成氟化钛膜附着在材料表面。
与现有技术相比，本发明的处理方法具备以下优点：(1)高温贮氢性能大大提高，本发明处理后，商品钛材的高温贮氢性能大大提高，不合格率小于1％；(2)效率高。与现有技术相比较，本发明的处理效率高，时间短，一次成功。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种钛材的表面处理方法，其特征在于，采用无机强酸和氟化物形成的混合溶液对钛材进行酸洗；
所述氟化物选自氟化钠和氟化钾中的至少一种；
所述无机强酸选自盐酸和硫酸中的至少一种；
所述混合溶液是由无机强酸、氟化物和水混合而得；
所述无机强酸、所述氟化物和所述水的用量比为5mL：5g：20mL、100mL：100g：100mL、40mL：40g：50mL或60mL：60g：80mL。
2.根据权利要求1所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，所述酸洗是在30-90℃的温度条件下处理2-5min。
3.根据权利要求2所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，酸洗温度为50-70℃。
4.根据权利要求2所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，所述酸洗是将钛材浸泡在所述混合溶液中。
5.根据权利要求1所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，所述无机强酸为硫酸。
6.根据权利要求1所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，在将所述钛材进行酸洗之前，进行表面去油。
7.根据权利要求6所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，所述表面去油是采用有机溶剂进行超声清洗。
8.根据权利要求7所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，所述有机溶剂选自丙酮和环己烷中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮。
10.根据权利要求7所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，超声清洗时间大于或等于10min。
11.根据权利要求1所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，在酸洗之后，进行清洗并干燥。
12.根据权利要求11所述的钛材的表面处理方法，其特征在于，所述清洗是分别采用水和酒精进行洗涤。
13.一种高温贮氢钛材，其特征在于，其通过权利要求1-12中任一项所述的表面处理方法制备而得。
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