CN115091888B - 一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，根据设计需求选择钛合金基体板材；根据浮雕板画的二维图、浮雕凸起高度、钛合金基体板材的属性信息生成精雕路径；基于精雕路径利用精雕设备对钛合金板材进行精雕，得到钛合金浮雕板画；采用阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分上色；本发明通过使用钛合金基体板材来加工浮雕板画，得到钛合金浮雕板画，再通过阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分进行上色，可以得到设计要求的彩色钛合金浮雕板画，且克服了铁质金属板画易生锈的问题。
Description
技术领域
本发明属于钛合金浮雕制备技术领域，尤其涉及一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法。
背景技术
传统的文字及画作基体大多采用纸质、布质及竹简材料，然而这些材料易损坏、褪色并且传承千年较为困难。文字及画作的寿命除了依赖于基体的寿命，亦受到颜料的影响。如兵马俑虽然是彩色的，但是出土后瞬间变色。因此，许多保存下来的文字及画作多以壁画、碑文的形式传承下来，而且，它们多为浮雕或阴刻结构。
以石质为基体的文字及画作一般较为笨重，且上色受颜料限制，很大程度上限制了其应用范围。进而，衍生出了金属浮雕板画，金属浮雕板画多以铜和铁为主。然而，铜制金属浮雕板画色彩单调，铁质金属浮雕板画易生锈，两者均不利于体现艺术表现力。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，以解决铜制浮雕板画色彩单调和铁质浮雕板画易生锈的问题。
本发明采用以下技术方案：一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，包括以下步骤：
根据设计需求选择钛合金基体板材；
根据浮雕板画的二维图、浮雕凸起高度、钛合金基体板材的属性信息生成精雕路径；
基于精雕路径利用精雕设备对钛合金板材进行精雕，得到钛合金浮雕板画；
采用阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分上色。
优选的，采用阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分上色包括：
对浮雕部分进行酸洗，直至浮雕部分的酸洗面形成梨皮花纹；
基于阳极氧化方法，采用蘸有酸溶液的电笔为酸洗面进行上色；其中，阳极氧化的电压为4～95V，电流密度为0.1～12A·dm-2，酸洗面的温度为10～30℃；
对上色后的酸洗面进行封闭处理，得到钛合金彩色浮雕板画。
优选的，对浮雕部分进行酸洗包括：
悬吊钛合金浮雕板画，使浮雕部分浸泡于酸溶液中。
优选的，对浮雕部分进行酸洗后还包括：
冲洗酸洗面；
对冲洗后的酸洗面进行二次酸洗，并冲洗烘干
优选的，采用蘸有酸溶液的电笔为酸洗面进行上色包括：
调整待上色的酸洗面为竖向。
优选的，第一次酸洗和第二次酸洗的酸溶液不同。
优选的，对上色后的酸洗面进行封闭处理包括：
将上色后的酸洗面浸泡在封闭溶液中，浸泡时间为20～30min；其中，封闭溶液为100℃蒸馏水，或，无机盐和有机物的混合溶液。
优选的，对钛合金板材进行精雕包括：
精雕过程中切削温度为450～750℃。
优选的，钛合金基体板材的由以下重量百分含量的成分组成：
0.0％≤Al≤8.0％，0.0％≤V≤6.0％，0.0％≤Fe≤3.0％，0.0％≤Sn≤3.0％，0.0％≤Mn≤2.0％，0.0％≤Cr≤1.0％，0.0％≤Si≤0.40％，0.0％≤O≤0.30％，余量为Ti以及不可避免的杂质元素。
优选的，钛合金基体板材的厚度为6～30mm，浮雕凸起高度为钛合金基体板材厚度的1/5～2/3。
本发明的有益效果是：本发明通过使用钛合金基体板材来加工浮雕板画，得到钛合金浮雕板画，再通过阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分进行上色，可以得到设计要求的彩色钛合金浮雕板画，且克服了铁质金属板画易生锈的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
钛及钛合金材料被称为21世纪金属，具有熔点高、密度小、无磁性、导热系数低、可塑性好、易于加工、耐腐蚀、美观等优良特性，广泛应用于航空航天、舰船、海洋装备、医疗、化工、建筑装饰等各个领域。
基于钛及钛合金材料密度小、易加工、耐腐蚀及可形成彩色氧化膜等特征，本发明采用钛合金作为板画的基体，利用精雕手段形成立体浮雕式文字及图案，后可进一步通过阳极氧化方法形成彩色氧化膜给板画上色。该发明的浮雕板画艺术表现力强，不易掉色并耐酸、碱腐蚀，可传承千年，具有较高的文化及经济价值。具体的，本发明中的浮雕板画包括人物造型、动物造型、植物造型、风景造型以及各类字体造型等。
本发明公开了一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，包括以下步骤：根据设计需求选择钛合金基体板材；根据浮雕板画的二维图、浮雕凸起高度、钛合金基体板材的属性信息生成精雕路径；基于精雕路径利用精雕设备对钛合金板材进行精雕，得到钛合金浮雕板画；采用阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分上色。
本发明通过使用钛合金基体板材来加工浮雕板画，得到钛合金浮雕板画，再通过阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分进行上色，可以得到设计要求的彩色钛合金浮雕板画，且克服了铁质金属板画易生锈的问题。
首先，选择钛合金基体板材的材料及厚度。作为一种优选的实例，钛合金基体板材的由以下重量百分含量的成分组成：0.0％≤Al≤8.0％，0.0％≤V≤6.0％，0.0％≤Fe≤3.0％，0.0％≤Sn≤3.0％，0.0％≤Mn≤2.0％，0.0％≤Cr≤1.0％，0.0％≤Si≤0.40％，0.0％≤O≤0.30％，余量为Ti以及不可避免的杂质元素。这种成分组成的钛合金材料可以影响板材的强度，进而可以影响精雕过程中的切削粘性。
关于板材的厚度，优选为6～30mm，浮雕凸起高度为钛合金基体板材厚度的1/5～2/3，具体也要根据精雕设备刀尖的大小来确定。浮雕的厚度不仅对美观性有影响，其还会影响浮雕上色时的电流密度以及上色的均匀度，所以，板材的厚度、浮雕的厚度以及板材的成分组成和阳极氧化的电参数是相互配合确定的。更为具体的，浮雕的凸起高度一般小于等于10mm。
精雕采用三轴以上精雕加工设备，选择不同规格尺寸的切削刀按照加工路径进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为高速钢或硬质合金。精雕过程中切削温度控制为450～750°，具体可以采用浇筑切削液来实现，以保证加工顺利。
二维图，即板画的二维电子图，也是板画的平面图，将其与浮雕凸起高度一起输入到精雕设备中，精雕设备会生成三维图，进而根据三维图生成精雕路径。通常为了保证精雕准确定，板画的二维电子图的分辨率不低于300dpi。
在一个实施例中，采用阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分上色包括：对浮雕部分进行酸洗，直至浮雕部分的酸洗面形成梨皮花纹；基于阳极氧化方法，采用蘸有酸溶液的电笔为酸洗面进行上色；其中，阳极氧化的电压为4～95V，电流密度为0.1～12A·dm-2，酸洗面的温度为10～30℃；对上色后的酸洗面进行封闭处理，得到钛合金彩色浮雕板画。
另外，在酸洗前需要将钛合金浮雕板画置于丙酮溶液中处理2～10min，清洗油污，清洗后取出用蒸馏水冲净，再风干或烘干。由于只需要对浮雕部分进行上色，所以酸洗也仅需要对浮雕部分。
本实施例中，准备好酸洗池，然后将钛合金浮雕倒挂起来，使其浮雕部分朝下，在缓慢将其放入酸洗液中浸泡2～8min，应注意钛合金基体不能接触到酸洗液，在该过程中观察酸洗面是否出现梨皮花纹，如果出现则表明酸洗完成，取出钛合金浮雕板画用蒸馏水快速冲洗。
在该实施例中，对浮雕部分进行酸洗包括：悬吊钛合金浮雕板画，使浮雕部分浸泡于酸溶液中。具体的，对浮雕部分进行酸洗后还包括：冲洗酸洗面；对冲洗后的酸洗面进行二次酸洗，并冲洗烘干。更为具体的，第一次酸洗和第二次酸洗的酸溶液不同。
在该实施例中，二次酸洗的目的是清除第一次酸洗后酸洗表面形成的粉状污物，所以，二次酸洗实用氢氟酸与过氧化氢水溶液，取出后用蒸馏水快速冲洗，完全烘干再进行下一步处理。
在一个具体的实现方式中，采用蘸有酸溶液的电笔为酸洗面进行上色包括：调整待上色的酸洗面为竖向。
具体的，酸洗完成后采用高精度直流稳压电源进行阳极氧化，将电笔蘸上特制溶液(如100～200g/L的磷酸、20～80g/L的有机酸或5g/L的草酸等)。
作为一种具体的实现方式，对上色后的酸洗面进行封闭处理包括：将上色后的酸洗面浸泡在封闭溶液中，浸泡时间为20～30min；其中，封闭溶液为100℃的蒸馏水，或，无机盐和有机物的混合溶液。无机盐指5～20g/L的乙酸钙，或Ce盐，有机溶剂指三乙醇胺。
本发明的钛合金浮雕板画比传统的铁基/铜基浮雕板画更耐腐蚀且颜色鲜艳，有很高的收藏及文化价值，且钛合金浮雕板画采用精雕的方法，精细化程度更高，处理画作的细节化程度更佳，更能发挥出原来板画的艺术张力及表现力。而且，本发明的钛合金浮雕板画选用的钛合金材料广泛，可使用市面上多数牌号的钛合金，此外还可采用钛合金废料进行再回收加工利用，节约成本和资源。总之，本发明的操作简单、材料渠道广泛、艺术及文化价值较高，易于实现产品及文化推广。
实施例1：
本实施例制备一副120mm*300mm*12mm规格钛合金原色浮雕板画，浮雕凸起高度为基板厚度的1/3，约4mm。选择TA1作为基板，尺寸约为130mm*310mm*12mm。根据板画的二维电子图及浮雕高度制定三维图，建立精雕路径。精雕采用三轴精雕CNC加工中心进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为高钒高速钢，切削温度为450～550℃(由于切削温度难掌握，所以该实施例中的温度是在该范围内波动)，切削过程浇注切削液。将板画整体至于丙酮溶液中处理10min，清洗油污，后取出用蒸馏水冲净烘干，得到钛合金原色浮雕板画。
实施例2：
本实施例制备一副120mm*300mm*12mm规格钛合金金色浮雕板画，浮雕凸起高度为基板厚度的1/3，约4mm。选择TC4钛合金作为基板，尺寸约为130mm*310mm*12mm。根据板画的二维电子图及浮雕高度制定三维图建立精雕路径。精雕采用三轴精雕CNC加工中心进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为高钒高速钢，切削温度为450～550℃(由于切削温度难掌握，所以该实施例中的温度是在该范围内波动)，切削过程浇注切削液。将板画整体至于丙酮溶液中处理6min，清洗油污，后取出用蒸馏水冲净烘干。
将浮雕凸出的位置进行酸洗，将板画倒挂，控制浮雕凸出位置浸泡于酸溶液处理8min，形成梨皮花纹，后用蒸馏水快速冲洗，后将板画二次酸洗，清除一次酸洗形成的粉状污物，使用的溶液为氢氟酸与过氧化氢水溶液。取出后用蒸馏水快速冲洗板画，完全烘干进行下一步处理。
采用高精度直流稳压电源进行阳极氧化，将电笔蘸上特制溶液对字进行上色，调节电压40V，温度25℃，电流密度12A·dm-2。该步骤特制溶液成分为磷酸、醋酸和草酸混合液。将形成的彩色板画进行封闭处理30min(封闭处理是为了将形成的氧化膜多孔结构进行封闭，防止粘指纹)，封闭溶液为100℃的蒸馏水(30min)，。最终获得钛合金金色浮雕板画。
实施例3：
本实施例制备一副120mm*300mm*12mm规格钛合金黑色浮雕板画，浮雕凸起高度为基板厚度的1/3，约4mm。选择TC4钛合金作为基板，尺寸约为130mm*310mm*12mm。根据板画的二维电子图及浮雕高度制定三维图建立精雕路径。精雕采用三轴精雕CNC加工中心进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为硬质合金，切削温度为550～650℃(由于切削温度难掌握，所以该实施例中的温度是在该范围内波动)，切削过程浇注切削液。将板画整体至于丙酮溶液中处理2min，清洗油污，后取出用蒸馏水冲净烘干。
将浮雕凸出的位置进行酸洗，将板画倒挂，控制浮雕凸出位置浸泡于酸溶液处理4min，形成梨皮花纹，后用蒸馏水快速冲洗，后将板画进行二次酸洗，清除一次酸洗形成的粉状污物，使用的溶液为氢氟酸与过氧化氢水溶液。取出后用蒸馏水快速冲洗板画，完全烘干进行下一步处理。
采用高精度直流稳压电源进行阳极氧化，将电笔蘸上特制溶液对字进行上色，调节电压95V，温度25℃，电流密度0.15A·dm-2。该步骤特制溶液成分为重铬酸、硫酸锰和硫酸铵混合液。将形成的彩色板画进行封闭处理20min，封闭溶液为Ce盐和三乙醇胺的混合溶液(20min)。最终获得钛合金黑色浮雕板。
实施例4：
本实施例制备一副120mm*300mm*8mm规格钛合金咖色浮雕板画，浮雕凸起高度为基板厚度的1/4，约2mm。选择Ti-5Al-2.5Fe合金作为基板，尺寸约为130mm*310mm*8mm。根据板画的二维电子图及浮雕高度制定三维图建立精雕路径。精雕采用三轴精雕CNC加工中心进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为硬质合金，切削温度为650～750℃(由于切削温度难掌握，所以该实施例中的温度是在该范围内波动)，切削过程浇注切削液。将板画整体至于丙酮溶液中处理6min，清洗油污，后取出用蒸馏水冲净烘干。
将浮雕凸出的位置进行酸洗，将板画倒挂，控制浮雕凸出位置浸泡于酸溶液处理8min，形成梨皮花纹，后用蒸馏水快速冲洗，后将板画二次酸洗，清除一次酸洗形成的粉状污物，使用的溶液为氢氟酸与过氧化氢水溶液。取出后用蒸馏水快速冲洗板画，完全烘干进行下一步处理。
采用高精度直流稳压电源进行阳极氧化，将电笔蘸上特制溶液对字进行上色，调节电压4V，温度25℃。该步骤特制溶液成分为磷酸、醋酸和草酸混合液。将形成的彩色板画进行封闭处理30min(封闭处理是为了将形成的氧化膜多孔结构进行封闭，防止粘指纹)，封闭溶液为无机盐和有机物的混合溶液，为乙酸钙和三乙醇胺混合溶液，最终获得钛合金咖色浮雕板画。
Claims (7)
1.一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据设计需求选择钛合金基体板材；所述钛合金基体板材的由以下重量百分含量的成分组成：
0.0%≤Al≤8.0%，0.0%≤V≤6.0%，0.0%≤Fe≤3.0%，0.0%≤Sn≤3.0%，0.0%≤Mn≤2.0%，0.0%≤Cr≤1.0%，0.0%≤Si≤0.40%，0.0%≤O≤0.30%，余量为Ti以及不可避免的杂质元素；
根据浮雕板画的二维图、浮雕凸起高度、钛合金基体板材的属性信息生成精雕路径；
基于所述精雕路径利用精雕设备对所述钛合金基体板材进行精雕，得到钛合金浮雕板画；精雕采用三轴以上精雕加工设备，选择不同规格尺寸的切削刀按照加工路径进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为硬质合金；
采用阳极氧化法为所述钛合金浮雕板画的浮雕部分上色；
所述钛合金基体板材的厚度为6~30mm，所述浮雕凸起高度为所述钛合金基体板材厚度的1/5~2/3；
采用阳极氧化法为所述钛合金浮雕板画的浮雕部分上色包括：
对所述浮雕部分进行酸洗，直至所述浮雕部分的酸洗面形成梨皮花纹；
基于阳极氧化法，采用蘸有酸溶液的电笔为所述酸洗面进行上色；其中，阳极氧化的电压为4~95V，电流密度为0.1~12A·dm-2，酸洗面的温度为10~30℃；
对上色后的所述酸洗面进行封闭处理，得到钛合金彩色浮雕板画。
2.如权利要求1所述的一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，其特征在于，对所述浮雕部分进行酸洗包括：
悬吊所述钛合金浮雕板画，使所述浮雕部分浸泡于酸溶液中。
3.如权利要求2所述的一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，其特征在于，对所述浮雕部分进行酸洗后还包括：
冲洗所述酸洗面；
对冲洗后的酸洗面进行二次酸洗，并冲洗烘干。
4.如权利要求3所述的一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，其特征在于，采用蘸有酸溶液的电笔为所述酸洗面进行上色包括：
调整待上色的所述酸洗面为竖向。
5.如权利要求3或4所述的一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，其特征在于，第一次酸洗和第二次酸洗的酸溶液不同。
6.如权利要求1所述的一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，其特征在于，对上色后的所述酸洗面进行封闭处理包括：
将上色后的所述酸洗面浸泡在封闭溶液中，浸泡时间为20~30min；其中，所述封闭溶液为100℃蒸馏水，或，无机盐和有机物的混合溶液。
7.如权利要求2-4任一所述的一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，其特征在于，对所述钛合金基体板材进行精雕包括：
所述精雕过程中切削温度为450~750℃。
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| JPH0944094A (ja) * | 1995-08-03 | 1997-02-14 | Horie:Kk | エンブレム及びその製造方法 |
| CN109532309A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-29 | 深圳市金宝盈文化股份有限公司 | 一种浮雕金属彩印版画的制作方法 |
| CN113246648A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-08-13 | 宝鸡市福立特工贸有限责任公司 | 一种钛金属板画及其制造工艺 |
| CN113684517A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-11-23 | 西安赛特思捷金属制品有限公司 | 一种基于阳极氧化的钛板画制备方法 |
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2022
- 2022-07-11 CN CN202210811373.1A patent/CN115091888B/zh active Active
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| Title |
|---|
| 钛及其合金阳极氧化着色技术;封勇;;机电元件(04);期刊第25页右侧第6行至第27页右侧第1行，图1-2 * |
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