CN1590598A - 钛合金制品的脉冲电化学光整加工方法 - Google Patents

钛合金制品的脉冲电化学光整加工方法 Download PDF

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Abstract

一种钛合金制品的脉冲电化学光整加工方法，是将钛合金制品依次进行碱洗除油、漂洗，酸洗液酸洗、漂洗，抛光液脉冲电化学抛光、漂洗和干燥处理；经过这种方法处理的钛合金材料，其生物相容性、耐腐蚀性及表面粗糙度和亮度大大提高，产品广泛用做医用钛合金制品以及飞机发动机叶片、滤网，使用性能得到显著的提高。

Description

钛合金制品的脉冲电化学光整加工方法
技术领域
本发明涉及金属电化学光整加工领域，特别是钛合金制品的脉冲电化学光整加工技术。
背景技术
由于钛合金的切削性能差，表面易氧化，国内外目前通常采用精锻、真空精铸、冷(热)镦等非机械加工方法对其进行成形加工，并采用电镀、化学镀、热扩散、热喷涂、高能束表面合金化、离子注入、机械抛光等方法进行表面光整加工和表面改性处理。上述方法或者工艺复杂、影响因素多、难以掌握，或者易产生氢脆、裂纹、表面粗糙等缺陷；或者成本高、设备投入大。近年来，国内外有关学者的主要注意力集中在医用钛合金植入物及器械的多聚物涂层耐腐蚀性能方面，如英国的M.thoma、D.D.Macdonald、美国的R.W.Staehlie、LeyensC、法国的Vanliere J.W等人，中国上海第二医科大学、沈阳军区总医院、北京航空材料研究院等单位。国内上海冶金研究所与华山医院、中山医科大学与广州有色金属研究院、宝鸡有色金属研究院等单位的实验研究结果均表明：经过电化学抛光处理的钛合金制品其耐腐蚀性比较好。但有关钛合金脉冲电化学抛光研究的资料与报道却鲜见。钛合金电化学光整加工属于国际上新兴的高技术含量的表面加工技术。在国内，90年代中期，合肥工业大学朱树敏教授采用以甲酰胺为基的非水电解液对钛合金进行直流电抛光，获得了较好的效果，引起国内外电加工行业的极大重视，并把注意力转移到该方向的研究上来，但由于非水电解液价格昂贵，目前尚未用于生产实际中。而采用脉冲电化学抛光技术对钛合金进行光整加工，以期提高钛合金制品的耐腐蚀性并改善其表面粗糙度，现国内外尚未见相关资料报道。脉冲电化学抛光工艺是基于金属电化学阳极溶解机理来实现金属表面光整加工的，目前在国内外已广泛应用于航空航天、国防、五金、建筑装饰、医疗卫生及厨房设备制造等行业，加工对象主要为不锈钢、铜、铝及其合金、低碳合金钢等材料。根据对国内市场外的调查统计结果显示，美国医疗行业每年所用钛合金等金属植入物达200万件以上，其费用约2亿美元；我国每年仅医疗行业所生产和使用的经过表面光整加工和处理的钛合金植入物及器械总产值达数亿元人民币，加工费用上亿元，如果加上航空航天、轻工、电子、化工等行业的用量，市场对经过表面光整加工和处理的钛合金材料及其制品的总需求量是相当可观的。可见，成本低、生产工艺简单、投入少、效率高、加工质量好的钛合金制件表面脉冲电化学光整加工工艺，具有极为广泛的应用前景，应用于生产实际中，必将产生巨大的社会效益与经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的脉冲电化学光整加工方法，对钛合金制品，特别是医用钛合金制品如医用钛合金植入物和医用器械，进行表面光整加工，使钛合金制品的耐腐蚀性、表面粗糙度、亮度和使用性能得到显著改善和提高，以达到扩大钛合金材料及其制品的应用范围、提高其使用价值，推动国内医疗制品和医疗器械制造业、厨房设备、化工、食品等行业迅速发展的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种钛合金制品的脉冲电化学光整加工方法，其特征在于将钛合金制品依次进行碱洗除油、漂洗，酸洗液酸洗、漂洗，脉冲电化学抛光、漂洗和干燥处理；其中酸洗和脉冲电化学抛光加工工艺参数为：
酸洗温度                 室温
酸洗时间                  30-120秒
阳极                      表面粗糙值Ra＝1.6-3.2μm的钛合金
阳极                      组成为1Cr18Ni9Ti的不锈钢
脉冲峰值电流密度iD       3-18A/cm2
极间距δ                                      5-30mm
极间电压V                 10-40V
脉冲电流波形              矩形波
脉冲宽度tg               50-10ms
脉冲占空比tp/tj        1-1/8
电解抛光温度T             55-60℃
电解抛光时间              1-3min。
在这种钛合金制品的脉冲电化学光整加工方法中，酸洗液的体积百分组成为：36％的HCl 80-95％，40％的HF 5-20％；抛光液的重量百分组成为：10-25％NaNO3，55-65％HCONH3，10-32％无机组分A，3％光亮剂B；其中无机组分A为H3NO3S、KI、KSCN中的一种或两种以上混合物；光亮剂B为硫脲、糖精和丁炔二醇中的一种或两种以上混合物。利用本发明方法处理的钛合金材料组成为Ti-6Al-4V，它可以是临床用钛合金网、人工骨、人工关节、人造牙、各种矫形物、人工心脏瓣膜支架、血管套吻合物、脑止血夹、心血管支架等植入物或手术器械、医疗器械和人工假肢等医用钛合金制品，也可以是飞机发动机叶片、滤网等设备部件。
利用本发明提供的脉冲电化学光整加工方法来加工钛合金制品，具有成本低、生产工艺简单、投入少、效率高等优点。加工成的医用钛合金制品，在保持强度、硬度、配合精度不变的情况下，其生物相容性、导入性、可植入性、耐腐蚀性及表面粗糙度(Ra 0.23μm)和亮度大大提高；产品附加值提高0.3-0.5倍；使用寿命提高0.5-1.0倍。加工成的飞机发动机叶片、滤网等钛合金件的使用性能和寿命都有很大程度的提高。
以下用实施例对本发明做进一步的描述。
具体实施方式
实施例1：将精锻成的临床用钛合金网、人工骨、人工关节、人造牙、各种矫形物、人工心脏瓣膜支架、血管套吻合物、脑止血夹、心血管支架等植入物或手术器械、医疗器械和人工假肢等医用钛合金制品，首先经过碱洗除油、清水漂洗后，在体积百分组成为：36％的HCl 80％，40％的HF 20％的酸洗液中，于室温下酸洗30-120秒后，用清水充分漂洗。然后放入抛光液中进行脉冲电化学抛光，其中抛光液的重量百分组成为：10％NaNO3，55％HCONH3，32％无机组分A，3％光亮剂B；其中无机组分A为H3NO3S、KI、KSCN中的一种或两种以上混合物，光亮剂B为糖精和丁炔二醇的等重量混合物。脉冲电化学抛光加工工艺参数为：
阳极                     表面粗糙值Ra＝1.6-3.2μm的钛合金
阳极                     组成为1Cr18Ni9Ti的不锈钢
脉冲峰值电流密度iD      3-18A/cm2
极间距δ                                    5-30mm
极间电压V                10-40V
脉冲电流波形             矩形波
脉冲宽度tg              50-10ms
脉冲占空比tp/tj       1-1/8
电解抛光温度T            55-60℃
电解抛光时间             1-3min。
抛光后的制品用清水漂洗后经干燥处理即为成品。产品的附加值提高0.3-0.5倍，使用寿命提高0.5-1.0倍。
实施例2：将精锻成的飞机发动机叶片、滤网等钛合金件，首先经过碱洗除油、清水漂洗后，在体积百分组成为：36％的HCl 95％，40％的HF 5％的酸洗液中于室温下酸洗30-120秒后，用清水充分漂洗，然后放入抛光液中进行脉冲电化学抛光。其中抛光液的重量百分组成为：25％NaNO3，62％HCONH3，10％无机组分A，3％光亮剂B；其中无机组分A为H3NO3S、KI、KSCN的等重量混合物；光亮剂B为硫脲。脉冲电化学抛光加工工艺参数为：
阳极                      表面粗糙值Ra＝1.6-3.2μm的钛合金
阳极                      组成为1Cr18Ni9Ti的不锈钢
脉冲峰值电流密度iD       3-18A/cm2
极间距δ                                       5-30mm
极间电压V                 10-40V
脉冲电流波形              矩形波
脉冲宽度tg               50-10ms
脉冲占空比tp/tj        1-1/8
电解抛光温度T             55-60℃
电解抛光时间              1-3min
抛光后的制品用清水漂洗后经干燥处理即为成品，产品的使用性能和寿命都有很大程度的提高。

Claims (3)

1.一种钛合金制品的脉冲电化学光整加工方法，其特征在于将钛合金制品依次进行碱洗除油、漂洗，酸洗液酸洗、漂洗，抛光液脉冲电化学抛光、漂洗和干燥处理；其中酸洗和脉冲电化学抛光加工工艺参数为：
酸洗温度              室温
酸洗时间              30-120秒
阳极                  表面粗糙值Ra＝1.6-3.2μm的钛合金
阳极                  组成为1Cr18Ni9Ti的不锈钢
脉冲峰值电流密度i0   3-18A/cm2
极间距δ                               5-30mm
极间电压V             10-40V
脉冲电流波形          矩形波
脉冲宽度tp           50-10ms
脉冲占空比tp/tj     1-1/8
电解抛光温度T          55-60℃
电解抛光时间           1-3min。
2.根据权利要求1所述的钛合金制品的脉冲电化学光整加工方法，其特征在于酸洗液的体积百分组成为：36％的HCl 80-95％，40％的HF 5-20％；抛光液的重量百分组成为：10-25％NaNO3，55-65％HCONH3，10-32％无机组分A，3％光亮剂B；其中无机组分A为H3NO3S、KI、KSCN中的一种或两种以上混合物；光亮剂B为硫脲、糖精和丁炔二醇中的一种或两种以上混合物。
3.根据权利要求1所述的钛合金制品的脉冲电化学光整加工方法，其特征在于这种钛合金制品的组成为Ti-6Al-4V。
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