一種鈦合金環(huán)保耐磨陽極氧化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鈦合金陽極氧化表面處理工藝，特別是一種安全環(huán)保條件下鈦合 金耐磨陽極氧化工藝，其所采用的電解液中含有PTFE乳液，該工藝屬于金屬表面處理技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金具有低密度、高比強(qiáng)度以及令人滿意的生物相容性等許多優(yōu)良的性能，在 航空航天工業(yè)、軍工、民生用品等領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，鈦合金的硬度低、摩擦系 數(shù)高、耐磨性較差，在還原性酸中腐蝕比較嚴(yán)重，與其他金屬接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生危害性很大的接 觸腐蝕，這些都阻礙了鈦合金應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。為了有效地利用鈦合金的優(yōu)良性能，對其進(jìn) 行陽極氧化處理，是一種改善鈦合金缺陷使其最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢的重要措施之一。
[0003] 陽極氧化處理工藝在目前行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)上是采用HB/Z 347-2002所規(guī)定的步驟 進(jìn)行，此標(biāo)準(zhǔn)中的陽極氧化工藝的電解液采用硫酸、磷酸等強(qiáng)酸，在實(shí)際應(yīng)用中容易對環(huán)境 造成污染以及使鈦合金產(chǎn)生氫脆。且該工藝需要低溫，對于操作環(huán)境的要求相對比較苛刻。
[0004] 基于酒石酸銨體系的鈦合金陽極氧化工藝，在實(shí)際操作過程中會(huì)有大量氨氣的產(chǎn) 生，影響操作人員的身體健康。此外，通過此工藝制出的鈦合金陽極氧化膜的耐電偶腐蝕性 能以及耐磨性較差，因此，尋求一種可制備耐磨性以及耐電偶腐蝕性能，同時(shí)又兼顧環(huán)保的 鈦合金陽極氧化方法，這具有很大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是本發(fā)明旨在提供一種鈦合金耐磨陽極氧化工藝，能在較低的能 耗，不發(fā)生火花放電狀態(tài)下，在鈦及鈦合金表面快速生成一層光滑、均勻、致密且較厚的陽 極氧化膜，該陽極氧化膜具有很好的耐磨性能，并且耐電偶腐蝕性能好，能大幅度降低電偶 腐蝕電流密度。同時(shí)本工藝不含氫氟酸、強(qiáng)酸強(qiáng)堿等物質(zhì)，能在很大程度上減小陽極氧化工 藝在處理工程中對環(huán)境和人體造成的危害，降低生產(chǎn)廢液的處理難度。該工藝具有操作方 便，工藝簡單，環(huán)境友好的特點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明是一種針對航空鈦合金的陽極氧化處理方法，所述陽極氧化處理液為PTFE 乳液與酒石酸鈉或酒石酸的混合溶液。陽極氧化處理有以下步驟：
[0007] 1.將鈦合金置于乙醇或丙酮溶液中超聲清洗5-10min，取出后用蒸餾水沖洗干凈 備用；
[0008] 2.將經(jīng)步驟1)處理后的鈦合金進(jìn)行堿洗除油，流動(dòng)熱水洗，流動(dòng)冷水洗；
[0009] 3.將經(jīng)步驟2)處理后的鈦合金放入所配制的陽極氧化溶液中處理30-90min。
[0010] 陽極氧化步驟條件如下：
[0011]
[0012] 陰極為不銹鋼
[0013] 陽極陰極面積不大于1:2。
[0014] 本發(fā)明鈦合金陽極氧化工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：陽極氧化處理步驟簡化；制備所需的電 源采用脈沖電源，其能耗低；陽極氧化處理步驟中不采用強(qiáng)酸強(qiáng)堿、氫氟酸或氟化物，很大 程度上降低對環(huán)境的污染和人體的危害。另外，該陽極氧化方法可以在高強(qiáng)高韌鈦合金上 生成4~8 μπι的氧化膜，該氧化膜致密均勻，耐電偶腐蝕性能好，耐磨性好，耐鹽霧腐蝕 1000 h以上。
【附圖說明】
[0015] 圖1是實(shí)施例1中鈦合金陽極氧化膜的外觀照片。
[0016] 圖2是實(shí)施例2中鈦合金陽極氧化膜的外觀照片。
[0017] 圖3是實(shí)施例3中鈦合金陽極氧化膜的外觀照片。
[0018] 圖4是實(shí)施例1中鈦合金陽極氧化膜（a)與鈦合金裸樣（b)的摩擦系數(shù)-時(shí)間曲 線。
[0019] 圖5是實(shí)施例1中鈦合金陽極氧化膜（a)與鈦合金裸樣（b)的摩擦實(shí)驗(yàn)后金相圖 片。
[0020] 圖6是實(shí)施例1中鈦合金陽極氧化膜的電偶電流-時(shí)間曲線。
[0021] 圖7是實(shí)施例1中鈦合金陽極氧化膜的鹽霧實(shí)驗(yàn)前（a)后（b)的外觀照片。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 對TB6鈦合金進(jìn)行陽極氧化處理。將TB6鈦合金置于丙酮溶液中超聲清洗 5-10min，取出后用蒸餾水沖洗干凈備用；將經(jīng)超聲清洗處理后的TB6鈦合金在除油液中 堿洗除油，除油液為3L去離子水中加入60g硅酸鈉、60g碳酸鈉、150g氫氧化鈉，溫度為 45°C~55°C，時(shí)間為20min，然后經(jīng)流動(dòng)熱水洗，流動(dòng)冷水洗；將經(jīng)除油處理后的TB6鈦合 金放入陽極氧化溶液中處理60min。陽極氧化溶液為3L去離子水中加入90g酒石酸鈉和 15ml PTFE乳液。陽極氧化處理?xiàng)l件為：脈沖電源電流密度為5A/dm2,脈沖頻率為60freq/ min，占空比為20%，溫度為10°C，攪拌速度為200r/min，陰極為不銹鋼，陽極陰極面積比不 大于1: 2。在此條件下TB6鈦合金陽極氧化成膜為深黃色，表面光滑均勻、致密，其成膜外觀 如圖1所示。按GB5270-85中的劃痕法測定氧化膜與基體結(jié)合力合格。陽極氧化膜的摩擦 摩損性能測量在球一盤滑動(dòng)UMT-2摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)采用的載荷為2N，回轉(zhuǎn)半 徑為4mm，轉(zhuǎn)速為200r/min，摩擦?xí)r間為30min。實(shí)驗(yàn)中可以實(shí)時(shí)檢測摩擦力和摩擦因數(shù)的 變化，見圖4。在試樣表面摸出一道環(huán)形的磨痕后，再用01ympus-BX51M型金相顯微鏡觀察 磨痕的大小，磨痕凹槽的橫截面積可以代替磨損體積或者磨損質(zhì)量，見圖5。電偶實(shí)驗(yàn)按標(biāo) 準(zhǔn)HB5374-87進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)儀器采用中腐公司生產(chǎn)的ZRA21型電偶腐蝕計(jì)及Potentiostat/ Galvanostat 263A型恒電位儀，參比電極采用飽和甘汞電極（SCE)，電解池為400ml燒杯。 通過20小時(shí)電偶實(shí)驗(yàn)測得，陽極氧化鈦合金與硫酸陽極氧化LY12鋁合金電偶對的平均電 偶電流密度為0. 〇〇478uA/cm2,見圖6,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HB5374-87,其電偶腐蝕敏感性為A級。
[0025] 實(shí)施例2
[0026] 對TA15鈦合金進(jìn)行陽極氧化處理。將TA15鈦合金置于丙酮溶液中超聲清洗 5-10min，取出后用蒸餾水沖洗干凈備用；將經(jīng)超聲清洗處理后的TA15鈦合金在除油液 中堿洗除油，除油液為3L去離子水中加入20g硅酸鈉、20g碳酸鈉、50g氫氧化鈉溫度為 50°C~59°C，時(shí)間為20min，然后經(jīng)流動(dòng)熱水洗，流動(dòng)冷水洗；將經(jīng)除油處理后的TA15鈦合 金放入陽極氧化溶液中處理60min。陽極氧化溶液為3L去離子水中加入48g酒石酸鈉和 15ml PTFE乳液。陽極氧化處理?xiàng)l件為：脈沖電源電流密度為4A/dm2,脈沖頻率為80freq/ min，占空比為20%，溫度為30°C，攪拌速度為150r/min，陰極為不銹鋼，陽極陰極面積比不 大于1:2。在此條件下TA15鈦合金陽極氧化成膜為黃白色，表面光滑均勻、致密，其成膜外 觀如圖2所示。按GB5270-85中的劃痕法測定氧化膜與基體結(jié)合力合格。
[0027] 實(shí)施例3
[0028] 對TC4鈦合金進(jìn)行陽極氧化處理。將TC4鈦合金置于丙酮溶液中超聲清洗 5-10min，取出后用蒸餾水沖洗干凈備用；將經(jīng)超聲清洗處理后的鈦合金在除油液中堿洗 除油，除油液為3L去離子水中加入20g硅酸鈉、20g碳酸鈉、50g氫氧化鈉，溫度為45°C~ 50°C，時(shí)間為20min，然后經(jīng)流動(dòng)熱水洗，流動(dòng)冷水洗；將經(jīng)除油處理后的鈦合金放入所配 制的陽極氧化溶液中處理60min。陽極氧化溶液為3L去離子水中加入60g酒石酸鈉和24ml PTFE乳液。陽極氧化處理?xiàng)l件為：脈沖電源電流密度為6A/dm2,脈沖頻率為60freq/min， 占空比為20%，溫度為25°C，攪拌速度為300r/min，陰極為不銹鋼，陽極陰極面積比不大于 1: 2。在此條件下TC4鈦合金陽極氧化成膜為淺黃色，表面光滑均勻、致密，其成膜外觀如圖 3所示。按GB5270-85中的劃痕法測定氧化膜與基體結(jié)合力合格。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種環(huán)保耐磨的鈦合金陽極氧化方法，其特征在于所述陽極氧化方法的陽極氧化處 理液為16g/L~50g/L的酒石酸或酒石酸鈉以及l(fā)ml/L~20ml/L的PTFE乳液組成。2. 采用如權(quán)利要求1所述的環(huán)保耐磨的鈦合金陽極氧化方法，其特征在于陽極氧化膜 外觀呈黃色、致密、均勻，制出的陽極氧化膜耐磨性能以及耐電偶腐蝕性能強(qiáng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈦合金環(huán)保耐磨陽極氧化方法，其特征在于陽極氧化處理液由酒石酸或酒石酸鈉以及PTFE乳液組成。所述電解液為1L去離子水中加入16-50g酒石酸或酒石酸鈉以及1ml～20ml的PTFE乳液。本發(fā)明的陽極氧化方法在保證了成膜的前提下，有效地改變了目前陽極氧化工藝中引入的氫氟酸，硫酸，硝酸等強(qiáng)酸性物質(zhì)，對環(huán)境和人體造成傷害，同時(shí)加大生產(chǎn)處理廢棄物的處理難度的狀況，并且很大程度上提高了陽極氧化膜的耐電偶腐蝕性能以及耐磨性能，本發(fā)明陽極氧化方法作為鈦合金表面處理的新技術(shù)，是將高性能與綠色環(huán)保作為選擇技術(shù)途徑的雙重指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)達(dá)到鈦合金的擴(kuò)大應(yīng)用與可持續(xù)發(fā)展。
【IPC分類】C25D11/26
【公開號】CN104928748
【申請?zhí)枴緾N201510308991
【發(fā)明人】于美, 馬琨, 劉建華, 李松梅
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月8日