一種鈦合金環保耐磨陽極氧化處理方法
【技術領域】
[0001] 本發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 領域。
【背景技術】
[0002] 鈦合金具有低密度、高比強度以及令人滿意的生物相容性等許多優良的性能，在 航空航天工業、軍工、民生用品等領域中獲得了廣泛的應用。然而，鈦合金的硬度低、摩擦系 數高、耐磨性較差，在還原性酸中腐蝕比較嚴重，與其他金屬接觸時會產生危害性很大的接 觸腐蝕，這些都阻礙了鈦合金應用范圍的擴大。為了有效地利用鈦合金的優良性能，對其進 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揮其優勢的重要措施之一。
[0003] 陽極氧化處理工藝在目前行業內的標準上是采用HB/Z 347-2002所規定的步驟 進行，此標準中的陽極氧化工藝的電解液采用硫酸、磷酸等強酸，在實際應用中容易對環境 造成污染以及使鈦合金產生氫脆。且該工藝需要低溫，對于操作環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，在實際操作過程中會有大量氨氣的產 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，同時又兼顧環保的 鈦合金陽極氧化方法，這具有很大的意義。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是本發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，不發生火花放電狀態下，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。同時本工藝不含氫氟酸、強酸強堿等物質，能在很大程度上減小陽極氧化工 藝在處理工程中對環境和人體造成的危害，降低生產廢液的處理難度。該工藝具有操作方 便，工藝簡單，環境友好的特點。
[0006] 本發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.將經步驟1)處理后的鈦合金進行堿洗除油，流動熱水洗，流動冷水洗；
[0009] 3.將經步驟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] 本發明鈦合金陽極氧化工藝的優點在于：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酸強堿、氫氟酸或氟化物，很大 程度上降低對環境的污染和人體的危害。另外，該陽極氧化方法可以在高強高韌鈦合金上 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是實施例1中鈦合金陽極氧化膜的外觀照片。
[0016] 圖2是實施例2中鈦合金陽極氧化膜的外觀照片。
[0017] 圖3是實施例3中鈦合金陽極氧化膜的外觀照片。
[0018] 圖4是實施例1中鈦合金陽極氧化膜（a)與鈦合金裸樣（b)的摩擦系數-時間曲 線。
[0019] 圖5是實施例1中鈦合金陽極氧化膜（a)與鈦合金裸樣（b)的摩擦實驗后金相圖 片。
[0020] 圖6是實施例1中鈦合金陽極氧化膜的電偶電流-時間曲線。
[0021] 圖7是實施例1中鈦合金陽極氧化膜的鹽霧實驗前（a)后（b)的外觀照片。
【具體實施方式】
[0022] 下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0023] 實施例1
[0024] 對TB6鈦合金進行陽極氧化處理。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，時間為20min，然后經流動熱水洗，流動冷水洗；將經除油處理后的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。陽極氧化處理條件為：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合力合格。陽極氧化膜的摩擦 摩損性能測量在球一盤滑動UMT-2摩擦磨損試驗機上進行。試驗采用的載荷為2N，回轉半 徑為4mm，轉速為200r/min，摩擦時間為30min。實驗中可以實時檢測摩擦力和摩擦因數的 變化，見圖4。在試樣表面摸出一道環形的磨痕后，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量，見圖5。電偶實驗按標 準HB5374-87進行，實驗儀器采用中腐公司生產的ZRA21型電偶腐蝕計及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小時電偶實驗測得，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,根據標準HB5374-87,其電偶腐蝕敏感性為A級。
[0025] 實施例2
[0026] 對TA15鈦合金進行陽極氧化處理。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，時間為20min，然后經流動熱水洗，流動冷水洗；將經除油處理后的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。陽極氧化處理條件為：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合力合格。
[0027] 實施例3
[0028] 對TC4鈦合金進行陽極氧化處理。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，時間為20min，然后經流動熱水洗，流動冷水洗；將經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。陽極氧化處理條件為：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合力合格。
【主權項】
1. 一種環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lml/L~20ml/L的PTFE乳液組成。2. 采用如權利要求1所述的環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。
【專利摘要】本發明公開了一種鈦合金環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，硝酸等強酸性物質，對環境和人體造成傷害，同時加大生產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，本發明陽極氧化方法作為鈦合金表面處理的新技術，是將高性能與綠色環保作為選擇技術途徑的雙重指標，以實現達到鈦合金的擴大應用與可持續發展。
【IPC分類】C25D11/26
【公開號】CN104928748
【申請號】CN201510308991
【發明人】于美, 馬琨, 劉建華, 李松梅
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月8日