CN1309875C - 钛合金表面氧化锆涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

钛合金表面氧化锆涂层制备方法，它涉及一种钛合金表面氧化锆涂层的制备工艺。本发明按照下述步骤进行：a、量取1～11ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入5～10g六氟合锆酸钾，得到电解液；b、将去氧化膜的钛合金置于电解液中作为正极，不锈钢板为负极，控温电解液的范围为10～40℃；c、接通双向脉冲电源，调节峰值电压范围-200～600V、正相或正负相平均电流密度为700～900 A/M2、频率为50～60Hz，恒流下通电反应10～90分钟；d、取出水洗后自然干燥或在80～100℃下烘干。本发明利用钛合金基体成分参与反应，在表面直接形成钛酸锆过渡层，提高氧化锆涂层与基体结合强度，可达到结构材料功能化的目的。

Description

钛合金表面氧化锆涂层制备方法
技术领域
本发明涉及一种钛合金表面氧化锆涂层的制备工艺。
背景技术
氧化锆具有优异的热学和力学性能，低温单斜和中温四方相之间的相变，会导致3％～5％(体积分数)左右的体积变化，常常导致微裂纹的产生，有利于材料韧性的提高；作为多孔催化薄膜主要应用于化学上氧化过程的催化反应，可以显著降低电解质的电阻、提高单电池的功率；可直接作为生物惰性涂层材料使用，在体液中不发生或发生十分微小的生化反应，能够长期稳定存在。氧化锆无论是在结构材料，还是在功能材料领域都是一种具有很大发展潜力的涂层材料。同其它陶瓷材料相比，氧化锆具有较高的强度、断裂韧性以及良好的耐磨损性。钛合金因其轻质、较高的机械性能和优良的耐蚀性，在化学工业、能源、航空、医学等领域被广泛应用。但钛合金表面硬度低、耐磨性较差，作为人工骨材料其生物相容性不理想。为此，人们对钛合金表面强化技术进行了大量研究，如等离子体喷涂、激光融覆等物理方法制备氧化锆涂层，但是该物理方法设备复杂、成本高、对基体有热影响，溶胶-凝胶等化学方法制备的氧化锆涂层存在着与基体结合不牢的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛合金表面氧化锆涂层制备方法，该方法能通过改变电解的成分，在基体金属表面直接形成氧化物陶瓷，使得氧化物既有陶瓷的高性能又保持了与基体的结合力，可达到结构材料功能化的目的。本发明按照下述步骤进行：a、量取1～11ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入5～10g六氟合锆酸钾，得到电解液；b、将去氧化膜的钛合金置于电解液中作为正极，不锈钢板为负极，控温电解液的范围为10～40℃；c、接通双向脉冲电源，调节峰值电压范围-200～600V、正相或正负相平均电流密度为700～900A/M2、频率为50～60Hz，恒流下通电反应10～90分钟；d、取出水洗后自然干燥或在80～100℃下烘干。本发明所采用的微等离子氧化是一项在阀金属表面原位生长氧化物陶瓷的新技术。它能通过改变电解的成分，在基体金属表面氧化烧结成氧化物陶瓷，使得氧化物既有陶瓷的高性能又保持了与基体的结合力，可达到结构材料功能化的目的。通过本发明既可以得到致密的氧化锆涂层，也可以得到多孔的氧化锆涂层。本发明利用钛合金基体成分参与反应，在表面直接形成钛酸锆过渡层，提高氧化锆(由单斜相和四方相组成)涂层与基体结合强度，可达到结构材料功能化的目的。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是这样实现的：a、量取1～11ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入5～10g六氟合锆酸钾，得到电解液；b、将TC4钛合金基体用氢氟酸去氧化膜水洗后置于电解液中作为正极，不锈钢板为负极，控温电解液的范围为10～40℃；c、接通双向脉冲电源，在5～10分钟内将电流密度调到规定的数值，即：峰值电压为-200～600V、正相或正负相平均电流密度为700～900A/M2、频率为50～60Hz，恒流下通电反应10～90分钟；d、取出水洗后自然干燥或在80～100℃下烘干。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，量取1ml磷酸(85％)溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入5g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应10分钟，获得陶瓷层厚度为8μm。其他工艺步骤和参数与具体实施方式一相同。本实施方式采用急冷急热的方法评价结合强度，先将电炉加热到1000℃，将试样快速置于电炉中，保温1分钟后取出立即放入10℃冷水中急冷，抗热震循环三次陶瓷层未见脱落。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，量取7ml磷酸(85％)溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入6g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应10分钟，获得陶瓷层厚度为10μm，抗热震循环十次陶瓷层未见脱落。其他工艺步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，量取11ml磷酸(85％)溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入10g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应10分钟，获得陶瓷层厚度为10μm，抗热震循环十次陶瓷层未见脱落。其他工艺步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，量取7ml磷酸(85％)溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入6g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应40分钟，获得陶瓷层厚度为48μm，抗热震循环十次陶瓷层未见脱落。其他工艺步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，量取7ml磷酸(85％)溶于1L蒸馏水，然后边搅拌边加入6g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应40分钟，获得多孔的氧化锆涂层，抗热震循环三次陶瓷层未见脱落。其他工艺步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，量取7ml磷酸(85％)溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入6g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应90分钟，获得陶瓷层厚度为117μm，抗热震循环两次陶瓷层未见脱落。其他工艺步骤和参数与具体实施方式一相同。

Claims (7)

1、钛合金表面氧化锆涂层制备方法，其特征在于它按照下述步骤进行：a、量取1～11ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入5～10g六氟合锆酸钾，得到电解液；b、将去氧化膜的钛合金置于电解液中作为正极，不锈钢板为负极，控温电解液的范围为10～40℃；c、接通双向脉冲电源，调节峰值电压范围-200～600V、正相或正负相平均电流密度为700～900A/M2、频率为50～60Hz，恒流下通电反应10～90分钟；d、取出水洗后自然干燥或在80～100℃下烘干。
2、根据权利要求1所述的钛合金表面氧化锆涂层制备方法，其特征在于量取1ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入5g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应10分钟。
3、根据权利要求1所述的钛合金表面氧化锆涂层制备方法，其特征在于量取7ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入6g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应10分钟。
4、根据权利要求1所述的钛合金表面氧化锆涂层制备方法，其特征在于量取11ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入10g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应10分钟。
5、根据权利要求1所述的钛合金表面氧化锆涂层制备方法，其特征在于量取7ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入6g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应40分钟。
6、根据权利要求1所述的钛合金表面氧化锆涂层制备方法，其特征在于量取7ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入6g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应40分钟。
7、根据权利要求1所述的钛合金表面氧化锆涂层制备方法，其特征在于量取7ml磷酸溶于蒸馏水中配成1L溶液，然后边搅拌边加入6g六氟合锆酸钾，正负相电流密度为800A/M2，恒流下通电反应90分钟。
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