一种钛合金环保耐磨阳极氧化处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钛合金阳极氧化表面处理工艺，特别是一种安全环保条件下钛合 金耐磨阳极氧化工艺，其所采用的电解液中含有PTFE乳液，该工艺属于金属表面处理技术 领域。
【背景技术】
[0002] 钛合金具有低密度、高比强度以及令人满意的生物相容性等许多优良的性能，在 航空航天工业、军工、民生用品等领域中获得了广泛的应用。然而，钛合金的硬度低、摩擦系 数高、耐磨性较差，在还原性酸中腐蚀比较严重，与其他金属接触时会产生危害性很大的接 触腐蚀，这些都阻碍了钛合金应用范围的扩大。为了有效地利用钛合金的优良性能，对其进 行阳极氧化处理，是一种改善钛合金缺陷使其最大限度地发挥其优势的重要措施之一。
[0003] 阳极氧化处理工艺在目前行业内的标准上是采用HB/Z 347-2002所规定的步骤 进行，此标准中的阳极氧化工艺的电解液采用硫酸、磷酸等强酸，在实际应用中容易对环境 造成污染以及使钛合金产生氢脆。且该工艺需要低温，对于操作环境的要求相对比较苛刻。
[0004] 基于酒石酸铵体系的钛合金阳极氧化工艺，在实际操作过程中会有大量氨气的产 生，影响操作人员的身体健康。此外，通过此工艺制出的钛合金阳极氧化膜的耐电偶腐蚀性 能以及耐磨性较差，因此，寻求一种可制备耐磨性以及耐电偶腐蚀性能，同时又兼顾环保的 钛合金阳极氧化方法，这具有很大的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是本发明旨在提供一种钛合金耐磨阳极氧化工艺，能在较低的能 耗，不发生火花放电状态下，在钛及钛合金表面快速生成一层光滑、均匀、致密且较厚的阳 极氧化膜，该阳极氧化膜具有很好的耐磨性能，并且耐电偶腐蚀性能好，能大幅度降低电偶 腐蚀电流密度。同时本工艺不含氢氟酸、强酸强碱等物质，能在很大程度上减小阳极氧化工 艺在处理工程中对环境和人体造成的危害，降低生产废液的处理难度。该工艺具有操作方 便，工艺简单，环境友好的特点。
[0006] 本发明是一种针对航空钛合金的阳极氧化处理方法，所述阳极氧化处理液为PTFE 乳液与酒石酸钠或酒石酸的混合溶液。阳极氧化处理有以下步骤：
[0007] 1.将钛合金置于乙醇或丙酮溶液中超声清洗5-10min，取出后用蒸馏水冲洗干净 备用；
[0008] 2.将经步骤1)处理后的钛合金进行碱洗除油，流动热水洗，流动冷水洗；
[0009] 3.将经步骤2)处理后的钛合金放入所配制的阳极氧化溶液中处理30-90min。
[0010] 阳极氧化步骤条件如下：
[0011]
[0012] 阴极为不锈钢
[0013] 阳极阴极面积不大于1:2。
[0014] 本发明钛合金阳极氧化工艺的优点在于：阳极氧化处理步骤简化；制备所需的电 源采用脉冲电源，其能耗低；阳极氧化处理步骤中不采用强酸强碱、氢氟酸或氟化物，很大 程度上降低对环境的污染和人体的危害。另外，该阳极氧化方法可以在高强高韧钛合金上 生成4~8 μπι的氧化膜，该氧化膜致密均匀，耐电偶腐蚀性能好，耐磨性好，耐盐雾腐蚀 1000 h以上。
【附图说明】
[0015] 图1是实施例1中钛合金阳极氧化膜的外观照片。
[0016] 图2是实施例2中钛合金阳极氧化膜的外观照片。
[0017] 图3是实施例3中钛合金阳极氧化膜的外观照片。
[0018] 图4是实施例1中钛合金阳极氧化膜（a)与钛合金裸样（b)的摩擦系数-时间曲 线。
[0019] 图5是实施例1中钛合金阳极氧化膜（a)与钛合金裸样（b)的摩擦实验后金相图 片。
[0020] 图6是实施例1中钛合金阳极氧化膜的电偶电流-时间曲线。
[0021] 图7是实施例1中钛合金阳极氧化膜的盐雾实验前（a)后（b)的外观照片。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0023] 实施例1
[0024] 对TB6钛合金进行阳极氧化处理。将TB6钛合金置于丙酮溶液中超声清洗 5-10min，取出后用蒸馏水冲洗干净备用；将经超声清洗处理后的TB6钛合金在除油液中 碱洗除油，除油液为3L去离子水中加入60g硅酸钠、60g碳酸钠、150g氢氧化钠，温度为 45°C~55°C，时间为20min，然后经流动热水洗，流动冷水洗；将经除油处理后的TB6钛合 金放入阳极氧化溶液中处理60min。阳极氧化溶液为3L去离子水中加入90g酒石酸钠和 15ml PTFE乳液。阳极氧化处理条件为：脉冲电源电流密度为5A/dm2,脉冲频率为60freq/ min，占空比为20%，温度为10°C，搅拌速度为200r/min，阴极为不锈钢，阳极阴极面积比不 大于1: 2。在此条件下TB6钛合金阳极氧化成膜为深黄色，表面光滑均匀、致密，其成膜外观 如图1所示。按GB5270-85中的划痕法测定氧化膜与基体结合力合格。阳极氧化膜的摩擦 摩损性能测量在球一盘滑动UMT-2摩擦磨损试验机上进行。试验采用的载荷为2N，回转半 径为4mm，转速为200r/min，摩擦时间为30min。实验中可以实时检测摩擦力和摩擦因数的 变化，见图4。在试样表面摸出一道环形的磨痕后，再用01ympus-BX51M型金相显微镜观察 磨痕的大小，磨痕凹槽的横截面积可以代替磨损体积或者磨损质量，见图5。电偶实验按标 准HB5374-87进行，实验仪器采用中腐公司生产的ZRA21型电偶腐蚀计及Potentiostat/ Galvanostat 263A型恒电位仪，参比电极采用饱和甘汞电极（SCE)，电解池为400ml烧杯。 通过20小时电偶实验测得，阳极氧化钛合金与硫酸阳极氧化LY12铝合金电偶对的平均电 偶电流密度为0. 〇〇478uA/cm2,见图6,根据标准HB5374-87,其电偶腐蚀敏感性为A级。
[0025] 实施例2
[0026] 对TA15钛合金进行阳极氧化处理。将TA15钛合金置于丙酮溶液中超声清洗 5-10min，取出后用蒸馏水冲洗干净备用；将经超声清洗处理后的TA15钛合金在除油液 中碱洗除油，除油液为3L去离子水中加入20g硅酸钠、20g碳酸钠、50g氢氧化钠温度为 50°C~59°C，时间为20min，然后经流动热水洗，流动冷水洗；将经除油处理后的TA15钛合 金放入阳极氧化溶液中处理60min。阳极氧化溶液为3L去离子水中加入48g酒石酸钠和 15ml PTFE乳液。阳极氧化处理条件为：脉冲电源电流密度为4A/dm2,脉冲频率为80freq/ min，占空比为20%，温度为30°C，搅拌速度为150r/min，阴极为不锈钢，阳极阴极面积比不 大于1:2。在此条件下TA15钛合金阳极氧化成膜为黄白色，表面光滑均匀、致密，其成膜外 观如图2所示。按GB5270-85中的划痕法测定氧化膜与基体结合力合格。
[0027] 实施例3
[0028] 对TC4钛合金进行阳极氧化处理。将TC4钛合金置于丙酮溶液中超声清洗 5-10min，取出后用蒸馏水冲洗干净备用；将经超声清洗处理后的钛合金在除油液中碱洗 除油，除油液为3L去离子水中加入20g硅酸钠、20g碳酸钠、50g氢氧化钠，温度为45°C~ 50°C，时间为20min，然后经流动热水洗，流动冷水洗；将经除油处理后的钛合金放入所配 制的阳极氧化溶液中处理60min。阳极氧化溶液为3L去离子水中加入60g酒石酸钠和24ml PTFE乳液。阳极氧化处理条件为：脉冲电源电流密度为6A/dm2,脉冲频率为60freq/min， 占空比为20%，温度为25°C，搅拌速度为300r/min，阴极为不锈钢，阳极阴极面积比不大于 1: 2。在此条件下TC4钛合金阳极氧化成膜为浅黄色，表面光滑均匀、致密，其成膜外观如图 3所示。按GB5270-85中的划痕法测定氧化膜与基体结合力合格。
【主权项】
1. 一种环保耐磨的钛合金阳极氧化方法，其特征在于所述阳极氧化方法的阳极氧化处 理液为16g/L~50g/L的酒石酸或酒石酸钠以及lml/L~20ml/L的PTFE乳液组成。2. 采用如权利要求1所述的环保耐磨的钛合金阳极氧化方法，其特征在于阳极氧化膜 外观呈黄色、致密、均匀，制出的阳极氧化膜耐磨性能以及耐电偶腐蚀性能强。
【专利摘要】本发明公开了一种钛合金环保耐磨阳极氧化方法，其特征在于阳极氧化处理液由酒石酸或酒石酸钠以及PTFE乳液组成。所述电解液为1L去离子水中加入16-50g酒石酸或酒石酸钠以及1ml～20ml的PTFE乳液。本发明的阳极氧化方法在保证了成膜的前提下，有效地改变了目前阳极氧化工艺中引入的氢氟酸，硫酸，硝酸等强酸性物质，对环境和人体造成伤害，同时加大生产处理废弃物的处理难度的状况，并且很大程度上提高了阳极氧化膜的耐电偶腐蚀性能以及耐磨性能，本发明阳极氧化方法作为钛合金表面处理的新技术，是将高性能与绿色环保作为选择技术途径的双重指标，以实现达到钛合金的扩大应用与可持续发展。
【IPC分类】C25D11/26
【公开号】CN104928748
【申请号】CN201510308991
【发明人】于美, 马琨, 刘建华, 李松梅
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月8日