專利名稱：鈦涂層及其制備方法
技術領域：
本發明涉及表面處理領域，特別是涉及熔鹽電沉積鈦涂層及其制備方法。
背景技術：
鈦密度小、重量輕、強度高、容易加工、具金屬光澤,鈦的硬度與鋼鐵差不多，而它的重量幾乎只有同體積的鋼鐵的一半。現在，在宇宙火箭和導彈中，就大量用鈦代替鋼鐵。被美譽為“太空金屬”。鈦沒有磁性，用鈦建造的核潛艇不必擔心磁性水雷的攻擊。鈦的耐熱性很好，熔點高達1668°C。鈦最重要的性能之一就是具有良好的抗腐蝕能力，不受大氣和海水的影響。在常溫下，不會被稀鹽酸、稀硫酸、硝酸或稀堿溶液所腐蝕，只有氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸等才可對它作用，就連最兇猛的酸一王水，也不能腐蝕它。鈦被認為是一種稀有金屬，這是由于在自然界中其存在分散并難于提取。高的成本使得鈦金屬的發展和利用受到阻礙，尤其在民用上。事實上，在很多情況下，只要在基體金屬表面涂覆上一薄層的鈦層就能起到良好的保護作用。現有的在基體表面鍍鈦是采用等離子體物理濺射氣相沉積技術，將鈦等離子化，以鐵或不銹鋼為基體，在基體上直接沉積一層鈦薄膜。但是這種方法需要特殊的等離子化設備,并且要求鈦的純度較高,因此生產成本較高。
發明內容
基于此，有必要提供一種設備簡單、成本低廉的鈦涂層及其制備方法。一種鈦涂層的制備方法，包括以下步驟以基板為陰極，鈦板為陽極，以含有K2TiF6的共晶鹽為熔鹽；在惰性氣體保護下升溫至710-750°C，于250-600mA/`cm2恒電流下反應O. 5_2小時，即在基板上得到鈦涂層；所述K2TiF6在所述共晶鹽中的重量百分含量為14-16%;按摩爾百分含量計，所述共晶鹽的組成為NaC149-51%、KC149-51% ;或所述共晶鹽的組成為NaC140_41%、KC150_51%、NaF9_10%。共晶鹽的選取主要是依據鹽的共晶反應，根據共晶反應的成分和溫度來選取的，這樣能降低熔鹽的熔點和操作溫度，如純NaCl的熔點為800°C，純KCl為770V, K2TiF6為780°C，但當共晶為NaCl-KCl-K2TiF6W，其操作溫度可以降到750°C以下。相較于僅由NaCl和KCl組成的共晶鹽，增加了 NaF的共晶鹽能使熔鹽的熔點降低，操作溫度可以降低一些，更加方便，但氟化物的腐蝕性比氯化物強，價格也較高，但其用量少，總體來說用以上兩種鹽和三種鹽效果相當。在其中一個實施例中，所述K2TiF6在所述共晶鹽中的重量百分含量為15%。在其中一個實施例中，按摩爾百分含量計，所述共晶鹽的組成為NaC150%和KC150%。此時，反應條件優選為在惰性氣體保護下升溫至750°C，于500mA/cm2恒電流下反應I小時。在其中一個實施例中，按摩爾百分含量計，所述共晶鹽的組成為40. 25%NaCl、50. 5%KC1和9. 25%NaF。此時，反應條件優選為在惰性氣體保護下升溫至710°C，于500mA/cm2恒電流下反應I小時。在其中一個實施例中，還設有參比電極,所述參比電極為鎳電極或Ag/AgCl電極；所述基板為不銹鋼板。本發明還提供了上述制備方法制備得到的鈦涂層。所述鈦涂層的厚度為1-8 μ m。上述鈦涂層的制備方法，采用NaCl-KCl-K2TiF6或NaCl-KCl-NaF-K2TiF6為熔鹽，所述熔鹽為價格低廉的固體，容易購買、貯存和運輸，揮發性小，反應腐蝕性小；以純鈦板做陽極，采用熔鹽電沉積的方式制備鈦涂層，反應迅速，沉積效率高；所用設備簡單，成本低廉，操作容易。所述制備方法得到的鈦涂層致密性好，純度高且與基體結合緊密。
圖1為本發明實施例1的鈦涂層的表面形貌圖、截面掃描電鏡圖和X射線衍射圖；圖2為本發明實施例2的鈦涂層的表面形貌圖、截面掃描電鏡圖和X射線衍射
圖3為本發明實施例3的鈦涂層的截面掃描電鏡圖和X射線衍射圖；圖4為本發明實施例4的鈦涂層的截面掃描電鏡圖和X射線衍射圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明做詳細的闡述。實施例1一種鈦涂層的制備方法，包括以下步驟1、采用線切割將304不銹鋼材線切割成片狀試樣，并經研磨、清洗及干燥處理。2、將Fe-Cr絲點焊至試樣的一端作為電極引線，電沉積采用三電極體系，即以不銹鋼板試樣為陰極，鈦板為陽極，鎳電極為參比電極。3、以二元共晶的49mol%NaCl-51mol%KCl為共晶鹽，并添加K2TiF6,所述K2TiF6的添加量為共晶鹽質量的16%。4、將上述配好的含有K2TiF6的共晶鹽放入石墨坩堝中，在氬氣的保護下升溫到750°C，采用普林斯頓PAR2273電化學工作站進行恒電流沉積，外加250mA/cm2恒電流下反應I小時，即在304不銹鋼上生成一層鈦涂層。所述鈦涂層的厚度為7-8 μ m。由圖1可以看出，本實施例采用熔鹽電沉積的方法在不銹鋼基體上制備得到的鈦涂層比較致密連續，與不銹鋼基體結合較好。實施例2一種鈦涂層的制備方法，包括以下步驟1、采用線切割將304不銹鋼板材線切割成片狀試樣，并經研磨、清洗及干燥處理。2、將Fe-Cr絲點焊至試樣的一端作為電極引線，電沉積采用三電極體系，即以不銹鋼板試樣為陰極，鈦板作為陽極，鎳電極為參比電極。3、以二元共晶的51mol%NaCl-49mol%KCl為共晶鹽，并添加K2TiF6,所述K2TiF6的添加量為共晶鹽質量的14%。4、將上述配好的含有K2TiF6的共晶鹽放入石墨坩堝中，在氬氣的保護下升溫到750°C。采用普林斯頓PAR2273電化學工作站進行恒電流沉積。外加300mA/cm2恒電流下反應I小時，即在304不銹鋼上生成一層鈦涂層。所述鈦涂層的厚度為1. 8^4 μ m。由圖2可以看出，本實施例采用熔鹽電沉積的方法在不銹鋼基體上制備得到的鈦涂層比較致密連續，與不銹鋼基體結合較好。實施例3一種鈦涂層的制備方法，包括以下步驟1、采用線切割將304不銹鋼材線切割成片狀試樣，并經研磨、清洗及干燥處理。2、將Fe-Cr絲點焊至試樣的一端作為電極引線，電沉積采用三電極體系，即以不銹鋼板試樣為陰極，鈦板為陽極，Ag/AgCl電極為參比電極。3、以三元共晶的 40. 25mol%NaCl-50. 5mol%KCl-9. 25mol%NaF 為共晶鹽，并添加K2TiF6，所述K2TiF6的添加量為共晶鹽質量的15%。4、將上述配好的含有K2TiF6的共晶鹽放入石墨坩堝中，在氬氣的保護下升溫到710°C。采用CorrTest電化學工作站進行恒電流沉積。外加500mA/cm2恒電流下反應I小時，即在304不銹鋼上生成一層鈦涂層。所述鈦涂層的厚度為4-5 μ m。由圖3可以看出，本實施例采用熔鹽電沉積的方法在不銹鋼基體上制備得到的鈦涂層最致密連續，與不銹鋼基體結合最緊密。
實施例4一種鈦涂層的制備方法，包括以下步驟1、采用線切割將304不銹鋼材線切割成片狀試樣，并經研磨、清洗及干燥處理。2、將Fe-Cr絲點焊至試樣的一端作為電極引線，電沉積采用三電極體系，即以不銹鋼板試樣為陰極，鈦板為陽極，Ag/AgCl電極為參比電極。3、以二元共晶的50mol%NaCl-50mol%KCl為共晶鹽，并添加K2TiF6,所述K2TiF6的添加量為共晶鹽質量的15%。4、將上述配好的含有K2TiF6的共晶鹽放入石墨坩堝中，在氬氣的保護下升溫到750°C。采用CorrTest電化學工作站進行恒電流沉積。外加500mA/cm2恒電流下反應I小時，即在304不銹鋼上生成一層鈦涂層。所述鈦涂層的厚度為6-7 μ m。由圖4可以看出，本實施例采用熔鹽電沉積的方法在不銹鋼基體上制備得到的鈦涂層最致密連續，與不銹鋼基體結合最好。實施例5一種鈦涂層的制備方法，包括以下步驟1、采用線切割將304不銹鋼材線切割成片狀試樣，并經研磨、清洗及干燥處理。2、將Fe-Cr絲點焊至試樣的一端作為電極引線，電沉積以不銹鋼板試樣為陰極，鈦板作為陽極。3、以二元共晶的50mol%NaCl-50mol%KCl為共晶鹽，并添加K2TiF6,所述K2TiF6的添加量為共晶鹽質量的15%。4、將上述配好的含有K2TiF6的共晶鹽放入石墨坩堝中，在氬氣的保護下升溫到750°C。采用DH1719-2電化學工作站進行恒電流沉積。外加600mA/cm2恒電流下反應O. 5小時，即在304不銹鋼上生成一層鈦涂層。所述鈦涂層的厚度為4-6 μ m。所述鈦涂層的截面掃描電鏡圖和X射線衍射圖與實施例1的鈦涂層類似。實施例6 一種鈦涂層的制備方法，包括以下步驟1、采用線切割將304不銹鋼材線切割成片狀試樣，并經研磨、清洗及干燥處理。2、將Fe-Cr絲點焊至試樣的一端作為電極引線，電沉積以不銹鋼板試樣為陰極，鈦板作為陽極。3、以二元共晶的50mol%NaCl-50mol%KCl為共晶鹽，并添加K2TiF6,所述K2TiF6的添加量為共晶鹽質量的15%。4、將上述配好的含有K2TiF6的共晶鹽放入石墨坩堝中，在氬氣的保護下升溫到750°C。采用DH1719-2電化學工作站進行恒電流沉積。外加250mA/cm2恒電流下反應2小時，即在304不銹鋼上生成一層鈦涂層。所述鈦涂層的厚度為1-4 μ m。所述鈦涂層的截面掃描電鏡圖和X射線衍射圖與實施例1的鈦涂層類似。實施例7一種鈦涂層的制備方法，包括以下步驟1、采用線切割將304不銹鋼材線切割成片狀試樣，并經研磨、清洗及干燥處理。2、將Fe-Cr絲點焊至試樣的一端作為電極引線，電沉積采用三電極體系，即以不銹鋼板試樣為陰極，鈦板為陽極，Ag/AgCl電極為參比電極。3、以三元共晶的 40mol%NaCl-50mol%KCl-10mol%NaF 為共晶鹽，并添加 K2TiF6,所述K2TiF6的添加量為共晶鹽質量的16%。4、將上述配好的含有K2TiF6的共晶鹽放入石墨坩堝中，在氬氣的保護下升溫到710°C。采用CorrTest電化學工作站進行恒電流沉積。外加250mA/cm2恒電流下反應2小時，即在304不銹鋼上生成一層鈦涂層。所述鈦涂層的厚度為2-5 μ m。所述鈦涂層的截面掃描電鏡圖和X射線衍射圖與實施例1的鈦涂層類似。綜上，實施例3和4制備得到的鈦涂層效果最好，得到的鈦涂層厚度均勻、純度最高、致密性好且與不銹鋼試樣結合最緊密。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種鈦涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 以基板為陰極，鈦板為陽極，以含有K2TiF6的共晶鹽為熔鹽；在惰性氣體保護下升溫至710-750°C，于250-600mA/cm2恒電流下反應O. 5-2小時，即在基板上得到鈦涂層； 所述K2TiF6在所述共晶鹽中的重量百分含量為14-16% ;按摩爾百分含量計，所述共晶鹽的組成為NaC149-51%、KC149_51% ;或所述共晶鹽的組成為NaC140_41%、KCl50-51%,NaF9-10%。
2.根據權利要求1所述的鈦涂層的制備方法，其特征在于，所述K2TiF6在所述共晶鹽中的重量百分含量為15%。
3.根據權利要求1所述的鈦涂層的制備方法，其特征在于，所述共晶鹽的組成為NaC150%、KC150%。
4.根據權利要求3所述的鈦涂層的制備方法，其特征在于，反應條件為在惰性氣體保護下升溫至750°C，于500mA/cm2恒電流下反應I小時。
5.根據權利要求1所述的鈦涂層的制備方法，其特征在于，所述共晶鹽的組成為NaC140. 25%、KC150. 5%、NaF9. 25%。
6.根據權利要求5所述的鈦涂層的制備方法，其特征在于，反應條件為在惰性氣體保護下升溫至710°C，于500mA/cm2恒電流下反應I小時。
7.根據權利要求1所述的鈦涂層的制備方法，其特征在于，還設有參比電極，所述參比電極為鎳電極或Ag/AgCl電極。
8.根據權利要求1所述的鈦涂層的制備方法，其特征在于，所述基板為不銹鋼板。
9.權利要求1-8任一所述的制備方法制備得到的鈦涂層。
10.根據權利要求9所述的鈦涂層，其特征在于，所述鈦涂層的厚度為1-8μ m。
全文摘要
本發明公開了一種鈦涂層及其制備方法，是以如下方法制備得到的以基板為陰極，鈦板為陽極，以含有K2TiF6的共晶鹽為熔鹽；在惰性氣體保護下升溫至710-750℃，于250-600mA/cm2恒電流下反應0.5-2小時。所述K2TiF6在所述共晶鹽中的重量百分含量為14-16%；按摩爾百分含量計，所述共晶鹽的組成為NaCl49-51%、KCl49-51%；或NaCl40-41%、KCl50-51%、NaF9-10%。采用便宜易得、易于貯存和運輸的NaCl-KCl-K2TiF6或NaCl-KCl-NaF-K2TiF6為熔鹽，反應腐蝕性小；反應迅速，沉積效率高；所用設備簡單，成本低廉，操作容易；得到的鈦涂層致密性好，純度高且與基體結合緊密。
文檔編號C25D3/66GK103060862SQ201210575749
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者呂旺燕, 蘇偉, 劉世念 申請人:廣東電網公司電力科學研究院