專利名稱：一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面處理技術(shù)中的金屬著色和染色領(lǐng)域，涉及一種針對鈦合金零件，通過微弧氧化著色工藝在鈦合金基體上直接產(chǎn)生有綠色陶瓷層的溶液，具體為一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液及其制備方法?！?br> 背景技術(shù)：
金屬著色和染色，是指使金屬自身表面產(chǎn)生與原來不同的色調(diào)，并保持金屬光澤的工藝。目前公開報道的鈦合金著色技術(shù)有電解著色技術(shù)，如專利CN102080247煙黃色鈦合金著色加工方法，即為一種電解著色技術(shù)。其膜層為非晶態(tài)薄膜，膜層厚度小于I微米。膜層不耐磨，用手摸易產(chǎn)生脫色，易吸附污跡、在200°C以上，膜層不能阻擋鈦基體氧化而變色。鈦合金具有耐蝕、比強度高的優(yōu)點，而被越來越廣泛應(yīng)用于，對于具有高檔裝飾需求的行業(yè)，如鈦合金眼鏡架等迫切需要一種高質(zhì)量的綠色系著色技術(shù)，使著色膜層具有耐蝕、耐熱、耐紫外光等優(yōu)點，同時能保持金屬的光澤，真正實現(xiàn)著色膜層具有實際應(yīng)用價值的裝飾效果。微弧氧化是近十幾年在陽極氧化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種金屬表面原位生長陶瓷層的表面處理技術(shù)。即在一定的電解質(zhì)溶液中，采用較高的工作電壓，將工作區(qū)域由普通陽極氧化的法拉第區(qū)域引入到高壓火花放電區(qū)域，利用弧光放電使得陽極氧化形成的致密氧化層被擊穿，產(chǎn)生弧光放電和瞬間高溫(> 2000°C )，氧化膜在高溫高壓作用下熔融，離子弧消失后，熔融物激冷形成陶瓷膜。由于在液相介質(zhì)內(nèi)通過金屬電極表面的等離子體放電生長和沉積陶瓷膜層，也稱為等離子體液相電解沉積技術(shù)。由于膜層生色機理復(fù)雜，特別是生產(chǎn)純正的綠色難度相當大，干擾色較多，著色溶液配方及配置方法對色澤具有根本影響。因此，對著色溶液配方及配置方法進行大量試驗篩選。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液及其制備方法，克服電解著色膜層的缺陷。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，包括產(chǎn)生微弧氧化的微弧氧化火花放電引入劑，綠色微弧氧化著色劑，綠色膜層致密促進劑，綠色微弧氧化膜層色澤均勻劑，綠色膜層穩(wěn)定劑，槽液穩(wěn)定劑。其中，微弧氧化生成陶瓷膜的火花引入劑為磷酸鹽，含量為5g/L 15g/L ；綠色微弧氧化著色劑為含釩的可溶于水的鹽，含量為lg/L 6g/L ；綠色膜層致密促進劑為鑰酸銨或偏鋁酸鈉中的任何一種，含量為0. 5g/L 3g/L ；綠色微弧氧化膜層色澤均勻劑為聚乙二醇，含量為4ml/L 15ml/L ；綠色膜層穩(wěn)定劑為氫氧化鈉或氫氧化鉀，含量為2g/L 5g/L ；
槽液穩(wěn)定劑為葡萄糖酸鈉，含量為5g/L 25g/L。如上所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，其中所述著色液使用溫度為18。。 60。。。如上所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，其中所述微弧氧化火花放電弓I入劑采用的磷酸鹽為磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、偏聚磷酸鈉中的任何一種。如上所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，其中所述綠色微弧氧化著色劑為偏釩酸鈉，偏釩酸銨，含量為lg/L 6g/L。一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液的制備方法，包括如下步驟步驟1:加入去離子水； 步驟2 :加入綠色膜層穩(wěn)定劑；步驟3 :加入槽液穩(wěn)定劑；步驟4 :加入微弧氧化火花放電引入劑；步驟5 :加入綠色微弧氧化著色劑；步驟6 :加入綠色膜層致密促進劑；步驟7 :加入綠色微弧氧化膜層色澤均勻劑；步驟8 :補充去離子水至擬定的溶液體積。如上所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液的制備方法，其中所述制備過程采用的著色槽為聚丙烯塑料槽或不銹鋼槽。如上所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液的制備方法，其中所述不銹鋼槽連接微弧氧化著色電源的負極。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明適應(yīng)于對于具有高檔裝飾需求的鈦合金制品，膜層具有耐蝕、耐熱、耐紫外光、耐磨等優(yōu)點，同時能保持金屬的光澤，真正實現(xiàn)著色膜層的裝飾效果。本發(fā)明通過采用特定的微弧氧化電流波形及工藝參數(shù)，使鈦合金本體在微弧氧化生成陶瓷膜的同時，使溶液中的綠色微弧氧化著色劑在鈦合金材料表面與溶液的界面間，通過形成膠粒的形式，以電泳方式到達陶瓷膜孔隙內(nèi)部，依靠電化學(xué)、等離子體化學(xué)、熱化學(xué)等機制在膜層孔隙中直接生成有色的化合物，使膜層具有需要的色澤。由于等離子體放電溫度高達2000°C 8000°C，該綠色化合物與鈦合金氧化膜通過燒結(jié)，形成微觀層次上完全均勻的有色陶瓷膜。因微弧氧化生成陶瓷層是在鈦合金基體上本位生成，決定了該著色陶瓷層具有很好的與基體的結(jié)合力。本發(fā)明提供的著色溶液化學(xué)性能穩(wěn)定，使用溫度為18°C 60°C，可以使鈦合金本體在微弧氧化生成陶瓷膜的同時，微弧氧化著色劑，通過形成膠粒的形式以電泳方式到達陶瓷膜孔隙內(nèi)部，依靠電化學(xué)、等離子體化學(xué)、熱化學(xué)等機制在膜層孔隙中直接生成綠色的化合物，使膜層具有光亮的綠色色澤。在微弧氧化等離子體放電過程中，有色化合物與鈦合金氧化膜通過燒結(jié)，形成微觀層次上完全均勻的有色陶瓷膜，膜層具有耐磨性，鮮艷、細致，富有金屬光澤?？朔艘话阃ㄟ^鈦合金陽極氧化溶液產(chǎn)生干涉色進行著色的膜層缺陷。干涉色膜層厚度在I微米以下，不耐磨，手摸易產(chǎn)生脫色，易吸附污跡，在200°C以上，膜層不能阻擋鈦基體氧化而變色。生產(chǎn)中膜層顏色對氧化時間、電壓敏感，色澤不易復(fù)現(xiàn)。通過本發(fā)明提供的溶液進行微弧氧化著色，膜層厚度可達到22微米，膜層厚度在3微米 22微米均為需要的綠色，且形成的膜層色澤穩(wěn)定，具有耐摸，耐磨特點，膜層致密不會吸附污跡。更為優(yōu)異的是膜層不含有機物，可長期耐紫外光。膜層在500°C以下，不會變色。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液進行介紹一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，包括產(chǎn)生微弧氧化的微弧氧化火花放電引入劑，綠色微弧氧化著色劑，綠色膜層致密促進劑，綠色微弧氧化膜層色澤均勻劑，綠色膜層穩(wěn)定劑，槽液穩(wěn)定劑；其中微弧氧化火花放電引入劑為磷酸鹽，優(yōu)選為磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、偏聚磷酸鈉中的任何一種，含量優(yōu)選為5g/L 15g/L。
綠色微弧氧化著色劑為含釩的可溶于水的鹽，含量優(yōu)選為lg/L 6g/L。例如可以用偏釩酸鈉，偏釩酸銨。綠色膜層致密促進劑為鑰酸銨或偏鋁酸鈉中的任何一種，含量優(yōu)選為0. 5g/L 3g/L。綠色微弧氧化膜層色澤均勻劑為聚乙二醇，含量優(yōu)選為4ml/L 15ml/L。綠色膜層穩(wěn)定劑為氫氧化鈉或氫氧化鉀，含量優(yōu)選為2g/L 5g/L。槽液穩(wěn)定劑為葡萄糖酸鈉，含量為5g/L 25g/L。溶液使用溫度優(yōu)選為18°C 60°C。實施例1 :一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，配方為磷酸三鈉6g/L偏釩酸鈉2g/L偏鋁酸鈉lg/L聚乙二醇5ml/L葡萄糖酸鈉15g/L氫氧化鈉4g/L實施例2 一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，配方為磷酸三鈉10g/L偏釩酸鈉4g/L偏鋁酸鈉2g/L聚乙二醇10ml/L葡萄糖酸鈉20g/L氫氧化鈉3g/L。實施例3 一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，配方為
磷酸氫二鈉10g/L偏釩酸鈉5g/L偏鋁酸鈉1.5g/L聚乙二醇8ml/L葡萄糖酸鈉10g/L氫氧化鈉4g/L實施例4 一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，配方為磷酸三鈉12g/L偏釩酸銨5g/L偏鋁酸鈉lg/L聚乙二醇12ml/L葡萄糖酸鈉12g/L氫氧化鉀3g/L。通過本發(fā)明提供的溶液進行微弧氧化著色，膜層厚度可達到22微米，膜層厚度在3微米 22微米均為需要的綠色，且形成的膜層色澤穩(wěn)定，具有耐摸，耐磨特點，膜層致密不會吸附污跡。更為優(yōu)異的是膜層不含有機物，可長期耐紫外光。膜層在500°C以下，不會變色。通過磷酸鹽體系做為微弧氧化生成陶瓷膜的火花引入劑，磷酸鹽濃度選用5g/L 15g/L。優(yōu)點是生成陶瓷膜時，火花分布均勻，也就保證了微弧能量在復(fù)雜零件上的分布均勻，可以保證復(fù)雜零件不同部位厚度均勻，且形成的該陶瓷膜孔隙均勻，成為著色劑在陶瓷膜中生色均勻的良好載體。綠色微弧氧化著色劑選用含釩的可溶于水的鹽，如偏釩酸鈉，偏釩酸銨等，含量為Ig/L 6g/L，可以很好保證著色劑在零件不同部位的陶瓷膜中生色均勻，綠色柔和，不會出現(xiàn)其他干擾色。與綠色微弧氧化膜層相適應(yīng)的膜層致密促進劑為鑰酸銨或偏鋁酸鈉中的任何一種，其在著色液中含量為O. 5g/L 3g/L。加入該致密促進劑可以保證陶瓷膜層孔隙均勻，孔隙小而密集，有利于著色劑在陶瓷膜中吸附的活性點濃度，保證綠色色度。微弧氧化膜層色澤均勻劑為聚乙二醇，其在著色液中含量為4ml/L 15ml/L?？?以較好保證復(fù)雜零件邊緣，尖端部位等微弧氧化大電流密度區(qū)域，不會因過電流出現(xiàn)局部粗糙，膜層疏松。不會因膜層疏松引起色差。綠色膜層穩(wěn)定劑為氫氧化鈉或氫氧化鉀，含量為含量為2g/L 5g/L?？梢员苊庵珓┮蛩獬恋?，引起著色槽液中著色劑損失。槽液穩(wěn)定劑為葡萄糖酸鈉，含量為5g/L 25g/L，可以避免槽液中膜層致密促進劑以沉淀形成析出，增加槽液穩(wěn)定性。著色槽可選用聚丙烯塑料槽或不銹鋼槽。如選用不銹鋼槽，不銹鋼槽可連接微弧氧化著色電源的負極，這樣不銹鋼槽體就可兼做微弧氧化著色的陰極。綠色微弧氧化著色槽液配置方法為在預(yù)配置的著色槽中，加入預(yù)配溶液體積2/3的去離子水。加入2g/L 5g/L氫氧化鈉或氫氧化鉀攪拌溶解。加入5g/L 25g/L的葡萄糖酸鈉攪拌溶液。加入5g/L 15g/L的化學(xué)純微弧氧化火花放電引入劑(如磷酸鈉或磷酸氫二鈉)，攪拌溶解。加入lg/L 6g/L含釩的可溶于水的鹽(如偏釩酸鈉或偏釩酸銨)，邊加入、邊攪拌，直至徹底溶解。然后加入0. 5g/L 3g/L的化學(xué)純鑰酸銨或偏鋁酸酸鈉，邊加入、邊攪拌，直至徹底溶解。最后加入4ml/L 15ml/L的化學(xué)純聚乙二醇，攪拌溶解。補充去離子水到預(yù)配體積的液面。一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液的制備方法，包括如下步驟步驟1:加入去離子水在預(yù)配置的著色槽中。如果預(yù)配體積為V升，加入2V/3的去離子水。步驟2 :加入綠色膜層穩(wěn)定劑在步驟I的水槽中，根據(jù)預(yù)配著色液體積V升，2g/L 5g/L計算量加入化學(xué)純氫氧化鈉或氫氧化鉀，攪拌直至溶解。當氫氧化鈉或氫氧化鉀含量小于2g/L，溶液中的偏鋁酸鈉、偏釩酸鈉容易在微弧氧化中析出，導(dǎo)致槽液渾濁。當氫氧化鈉或氫氧化鉀含量大于5g/L，陶瓷膜層會出現(xiàn)一定程度腐蝕現(xiàn)象。步驟3 :加入槽液穩(wěn)定劑在步驟2得到的水溶液中，根據(jù)預(yù)配著色液體積V升，以5g/L 25g/L計算量加入化學(xué)純葡萄糖酸鈉，攪拌直至溶解。當葡萄糖酸鈉含量小于5g/L，溶液中的偏鋁酸鈉容易在微弧氧化中結(jié)成塊狀物偏鋁石而析出，導(dǎo)致槽液渾濁。當葡萄糖酸鈉含量大于25g/L，會影響鋁酸鈉減少陶瓷膜層孔隙的作用。步驟4 :加入微弧氧化火花引入劑在步驟3得到的水溶液中，根據(jù)預(yù)配著色液體積V升，緩慢加入以5g/L 15g/L計算量的化學(xué)純磷酸三鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、偏磷酸鈉中任何一種，邊加邊攪拌，直至溶解。當磷酸鹽含量小于5g/L，在復(fù)雜零件上形成的陶瓷層膜層厚度不均勻，當磷酸鹽含量大于15g/L，在復(fù)雜零件上大電流區(qū)域容易出現(xiàn)膜層粗糙甚至燒壞零件邊緣。步驟5 :加入綠色微弧氧化著色劑在步驟4得到的水溶液中，根據(jù)預(yù)配著色液體積V升，緩慢加入以lg/L 6g/L計算量的化學(xué)純偏釩酸鈉或偏釩酸銨，邊加邊攪拌，直至溶解。當偏釩酸鹽含量小于lg/L，形成的陶瓷層膜層色澤偏淡，當偏釩酸鹽含量大于6g/L，會影響陶瓷膜層的硬度和膜層的致密性。步驟6 :加入綠色膜層致密促進劑在步驟5得到的水溶液中，根據(jù)預(yù)配著色液體積V升，以0. 5g/L 3g/L計算量加入化學(xué)純偏鋁酸鈉或鑰酸銨，攪拌直至溶解。當偏鋁酸鈉或鑰酸銨含量小于0. 5g/L，形成陶瓷層速度慢，孔隙過大，不利于著色物在陶瓷膜中燒結(jié)形成綠色，當鋁酸鈉含量大于3g/L，會阻止著色物在陶瓷膜層中的吸附。膜層色澤會變淡。步驟7 :加入綠色微弧氧化膜層著色均勻劑在步驟6得到的水溶液中，根據(jù)預(yù)配著色液體積V升，以4ml/L 15ml/L計算量加入化學(xué)純聚乙二醇，攪拌均勻。當聚乙二醇含量小于4ml/L，形成陶瓷層色澤不均勻，當聚乙二醇含量大于15ml/L，形成陶瓷層會出現(xiàn)溶解趨勢，膜層形成速度會減緩。步驟8 :補充去離子水至擬配置的溶液體積V補充去離子水至體積V.攪拌均勻。 本發(fā)明所保護的技術(shù)方案并不局限于具體實施方式
部分所給出的實施例，而涵蓋了其他具有相同性質(zhì)和作用的替代成分及組合方式。
權(quán)利要求
1.一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，包括產(chǎn)生微弧氧化的微弧氧化火花放電引入齊 ，綠色微弧氧化著色劑，綠色膜層致密促進劑，綠色微弧氧化膜層色澤均勻劑，綠色膜層穩(wěn)定劑，槽液穩(wěn)定劑；其中 微弧氧化火花放電引入劑為磷酸鹽，含量為5g/L 15g/L。
綠色微弧氧化著色劑為含釩的可溶于水的鹽，含量為lg/L 6g/L。
綠色膜層致密促進劑為鑰酸銨或偏鋁酸鈉中任何一種，含量為O. 5g/L 3g/L ； 綠色微弧氧化膜層色澤均勻劑為聚乙二醇，含量為4ml/L 15ml/L ； 綠色膜層穩(wěn)定劑為氫氧化鈉或氫氧化鉀，含量為2g/L 5g/L ； 槽液穩(wěn)定劑為葡萄糖酸鈉，含量為5g/L 25g/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，其特征在于所述著色液使用溫度為18°C 60°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，其特征在于所述微弧氧化火花放電引入劑采用的磷酸鹽為磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、偏聚磷酸鈉中的任何一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液，其特征在于所述綠色微弧氧化著色劑為偏釩酸鈉、偏釩酸銨中的任何一種，含量為lg/L 6g/L。
5.一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液的制備方法，包括如下步驟 步驟1:加入去離子水； 步驟2 :加入綠色膜層穩(wěn)定劑； 步驟3 :加入槽液穩(wěn)定劑； 步驟4 :加入微弧氧化火花放電引入劑； 步驟5 :加入綠色微弧氧化著色劑； 步驟6 :加入綠色膜層致密促進劑； 步驟7 :加入綠色微弧氧化膜層色澤均勻劑； 步驟8 :補充去離子水至擬定的溶液體積。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液的制備方法，其特征在于所述制備過程采用的著色槽為聚丙烯塑料槽或不銹鋼槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液的制備方法，其特征在于所述盛放溶液的不銹鋼槽連接微弧氧化著色電源的負極。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面處理技術(shù)中的金屬著色和染色領(lǐng)域，具體涉及一種綠色系鈦合金微弧氧化著色溶液及其制備方法。目的是克服電解著色膜層的缺陷。該著色溶液包括產(chǎn)生微弧氧化的微弧氧化火花放電引入劑，綠色微弧氧化著色劑，綠色膜層致密促進劑，綠色微弧氧化膜層色澤均勻劑，綠色膜層穩(wěn)定劑，槽液穩(wěn)定劑。通過本發(fā)明提供的溶液進行微弧氧化著色，膜層厚度可達到22微米，膜層厚度在3微米～22微米均為需要的綠色，且形成的膜層色澤穩(wěn)定，具有耐摸，耐磨特點，膜層致密不會吸附污跡。更為優(yōu)異的是膜層不含有機物，可長期耐紫外光。膜層在500℃以下，不會變色。
文檔編號C25D11/26GK103014813SQ20121049713
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者湯宏才 申請人:北京星航機電設(shè)備廠