鈦合金表面制備不同顏色陶瓷氧化膜的方法與流程

本發(fā)明屬于金屬表面處理技術中的著色領域，特別涉及鈦合金表面制備不同顏色陶瓷氧化膜的方法。

背景技術：

微弧氧化技術是在陽極氧化技術上發(fā)展起來的一種新的表面處理技術，即通過電解液與相應電參數(shù)的結合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠微弧放電產(chǎn)生的瞬時高溫高壓作用，生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層，所制備的陶瓷膜層同時具備了陽極氧化膜和陶瓷噴涂層兩者的優(yōu)點，是第二代工程材料（輕金屬）與第三代工程材料（陶瓷）的性能完美結合。

微弧氧化處理過程所需工件浸沒在電解液中，電解液中的元素可通過電場的作用參與氧化膜的形成。因此，可通過在電解液中添加著色劑進行制備不同顏色的氧化陶瓷膜。例如，中國發(fā)明專利申請?zhí)?01210497133.5公開了一種通過鈦合金微弧氧化進行著色的工藝方法，該技術并未涉及顏色多樣化的處理內(nèi)容，但是目前的微弧氧化膜著色的工藝存在難以進行顏色控制的技術難點。中國發(fā)明專利申請?zhí)?01210497135.4公開了一種綠色鈦合金微弧氧化膜溶液及其制備方法，但是該專利制備鈦合金微弧氧化膜的顏色僅為綠色的深淺而已，未能實現(xiàn)多樣化。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供鈦合金表面制備不同顏色陶瓷氧化膜的方法，解決鈦合金表面微弧氧化陶瓷膜顏色單一的缺點，實現(xiàn)顏色多樣化，并能應用到鈦合金廚具領域中。

本發(fā)明的技術方案為：鈦合金表面制備不同顏色陶瓷氧化膜的方法，包括以下步驟：

（1）預處理：先用濃度為5～30%的氫氟酸清洗去除鈦合金試樣表面的雜質(zhì)，經(jīng)水洗10～15min后用無水乙醇浸泡處理30～60s去除試樣表面的油污，吹干；

（2）電解液配制：根據(jù)制備不同顏色陶瓷氧化膜配制不同的電解液；其中，主鹽為磷酸鈉，絡合穩(wěn)定劑為氨水，著色劑為五水硫酸銅或高錳酸鉀，成膜劑為氟化鈉，膜層致密促進劑為碳酸鈉；

（3）微弧氧化處理：以鈦合金試樣為陽極，不銹鋼槽作為陰極，陽極浸沒在配制好的電解液中；采用交流脈沖微弧氧化設備對鈦合金試樣進行微弧氧化處理，設置電參數(shù)：電流為0.5～3A，頻率為150～500Hz，占空比為5～30%，電壓為200～500V，同時施加機械攪拌，使溶液溫度控制在10～70℃，處理時間為15～45min，在鈦合金表面制備不同顏色陶瓷氧化膜。

鈦合金表面制備軍綠色系陶瓷膜的電解液配方為：主鹽12～20g/L磷酸鈉，絡合穩(wěn)定劑為8～15ml/L氨水，著色劑為0.9～2g/L五水硫酸銅；對應設置的電參數(shù)為:電壓240～380V，電流0.9～2.0A，頻率270～350Hz，占空比5%～15%，處理溫度為10～40℃，處理時間為15～45min。

鈦合金表面制備綠色系陶瓷氧化膜的解液配方為：主鹽為5～10g/L磷酸鈉，成膜劑為1～6g/L氟化鈉，膜層致密促進劑為1～7g/L碳酸鈉，絡合穩(wěn)定劑為1～5ml/L氨水，著色劑為0.1～0.5g/L五水硫酸銅；對應設置的電參數(shù)為：電壓350～430V ，電流0.4～1.7A ，頻率150～300Hz ，占空比15%～30%，處理溫度為20～70℃，處理時間為15～45min。

鈦合金表面制備湖綠色系陶瓷氧化膜的解液配方為：主鹽為18～30g/L磷酸鈉，成膜劑為8～18g/L氟化鈉，膜層致密促進劑為9～20g/L碳酸鈉，著色劑為0.5～2g/L高錳酸鉀；對應設置的電參數(shù)為：電壓：220～380V，電流0.6～2.7A ，頻率350～450Hz，占空比19～30%，處理溫度為10～50℃，處理時間為15～45min。

鈦合金表面制備中灰色系陶瓷氧化膜的解液配方為：主鹽為5～15g/L磷酸鈉，成膜劑為0.1～5g/L氟化鈉，膜層致密促進劑為0.1～7g/L碳酸鈉，著色劑為0.1～0.5g/L高錳酸鉀；對應設置的電參數(shù)為：電壓350～450V，電流0.1～1.8A ，頻率150～300Hz，占空比5～15%，處理溫度為30～70℃，處理時間為15～45min。

以上所述合金表面制備陶瓷氧化膜的厚度為8.7～12.3μm，硬度在380.8～420.6Hv。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明解決了微弧氧化膜的色彩單一性問題，實現(xiàn)顏色多樣化，在起防護作用的同時可以實現(xiàn)修飾美化的目的，所制備的陶瓷氧化膜色澤均勻、不易褪色，具有良好的耐蝕、耐磨、耐高溫性能以及具有良好的抗污能力、污垢易清洗的特點。本發(fā)明工藝簡單穩(wěn)定，操作性強、易控制，能應用到鈦合金廚具領域，在廚具表面制備一種環(huán)保衛(wèi)生的涂層，即可以起到美觀作用，又能提高餐廚具的使用壽命和安全性能，滿足市場對鈦合金表面微弧氧化膜多顏色化的需求。

附圖說明

圖1為實施例一中鈦合金表面制得軍綠色系陶瓷氧化膜的表面形貌。

圖2為實施例三中鈦合金表面制得綠色系陶瓷氧化膜的表面形貌。

圖3為實施例五中鈦合金表面制得湖綠色系陶瓷氧化膜的表面形貌。

圖4為實施例七中鈦合金表面制得中灰色系陶瓷氧化膜的表面形貌。

圖5為實施例一、實施例三、實施例五和實施例七中鈦合金表面制得不同顏色陶瓷氧化膜硬度和厚度的對比。

具體實施方式

下面合具體實施例及附圖對本發(fā)明作進一步描述，但不限制本發(fā)明的保護范圍和應用范圍。

實施例一

鈦合金表面制備軍綠色系陶瓷氧化膜的制備方法，包括以下步驟：

1.預處理：先用濃度為5～30%的氫氟酸清洗去除鈦合金試樣表面的雜質(zhì)，經(jīng)水洗10min后用無水乙醇浸泡處理30s去除試樣表面的油污，吹干；

2.電解液配制：主鹽12～15g/L磷酸鈉，絡合穩(wěn)定劑為8～10ml/L氨水，著色劑為0.9～1.0g/L五水硫酸銅；

3.以鈦合金試樣為陽極，不銹鋼槽作為陰極，陽極浸沒在配制好的電解液中；采用交流脈沖微弧氧化設備對鈦合金試樣進行微弧氧化處理，設置電參數(shù)：電壓330～350V，電流0.9～1.3A，頻率270～280Hz，占空比7%～9%，處理溫度為10～25℃，處理時間為30min。

實施例二

鈦合金表面制備軍綠色系陶瓷氧化膜的制備方法，包括以下步驟：

1.預處理：先用濃度為5～30%的氫氟酸清洗去除鈦合金試樣表面的雜質(zhì)，經(jīng)水洗10min后用無水乙醇浸泡處理30s去除試樣表面的油污，吹干；

2.電解液配制：主鹽17～19g/L磷酸鈉，絡合穩(wěn)定劑為9～12ml/L氨水，著色劑為0.9～1.0g/L五水硫酸銅；

3.以鈦合金試樣為陽極，不銹鋼槽作為陰極，陽極浸沒在配制好的電解液中；采用交流脈沖微弧氧化設備對鈦合金試樣進行微弧氧化處理，設置電參數(shù)：電壓300～320V，電流1.0～1.5A，頻率290～310Hz，占空比10%～15%，處理溫度為30～35℃，處理時間為35min。

實施例三

鈦合金表面制備綠色系陶瓷氧化膜的制備方法，包括以下步驟：

1.預處理：先用濃度為5～30%的氫氟酸清洗去除鈦合金試樣表面的雜質(zhì)，經(jīng)水洗10min后用無水乙醇浸泡處理40s去除試樣表面的油污，吹干；

2.電解液配制：主鹽為8～10g/L磷酸鈉，成膜劑為2～3g/L氟化鈉，膜層致密促進劑為2～3g/L碳酸鈉，絡合穩(wěn)定劑為2.5～4ml/L氨水，著色劑為0.1～0.25g/L五水硫酸銅；

3.以鈦合金試樣為陽極，不銹鋼槽作為陰極，陽極浸沒在配制好的電解液中；采用交流脈沖微弧氧化設備對鈦合金試樣進行微弧氧化處理，設置電參數(shù)：電壓350～370V ，電流0.5～1.0A ，頻率250～270Hz ，占空比15%～18%，處理溫度為20～30℃，處理時間為25min。

實施例四

鈦合金表面制備綠色系陶瓷氧化膜的制備方法，包括以下步驟：

1.預處理：先用濃度為5～30%的氫氟酸清洗去除鈦合金試樣表面的雜質(zhì)，經(jīng)水洗15min后用無水乙醇浸泡處理40s去除試樣表面的油污，吹干；

2.電解液配制：主鹽為7～8g/L磷酸鈉，成膜劑為3.5～4g/L氟化鈉，膜層致密促進劑為2～3g/L碳酸鈉，絡合穩(wěn)定劑為3～5ml/L氨水，著色劑為0.3～0.5g/L五水硫酸銅；

3.以鈦合金試樣為陽極，不銹鋼槽作為陰極，陽極浸沒在配制好的電解液中；采用交流脈沖微弧氧化設備對鈦合金試樣進行微弧氧化處理，設置電參數(shù)：電壓380～400V ，電流1.0～1.7A ，頻率280～300Hz ，占空比15%～18%，處理溫度為20～30℃，處理時間為40min。

實施例五

鈦合金表面制備湖綠色系陶瓷氧化膜的制備方法，包括以下步驟：

1.預處理：先用濃度為5～30%的氫氟酸清洗去除鈦合金試樣表面的雜質(zhì)，經(jīng)水洗15min后用無水乙醇浸泡處理50s去除試樣表面的油污，吹干；

2.電解液配制：主鹽為18～20g/L磷酸鈉，成膜劑為9～12g/L氟化鈉，膜層致密促進劑為10～11g/L碳酸鈉，著色劑為0.5～0.7g/L高錳酸鉀；

3.以鈦合金試樣為陽極，不銹鋼槽作為陰極，陽極浸沒在配制好的電解液中；采用交流脈沖微弧氧化設備對鈦合金試樣進行微弧氧化處理，設置電參數(shù)：電壓：270～300V，電流0.9～1.7A ，頻率350～370Hz，占空比20～23%，處理溫度為15～25℃，處理時間為35min。

實施例六

鈦合金表面制備湖綠色系陶瓷氧化膜的制備方法，包括以下步驟：

1.預處理：先用濃度為5～30%的氫氟酸清洗去除鈦合金試樣表面的雜質(zhì)，經(jīng)水洗10min后用無水乙醇浸泡處理50s去除試樣表面的油污，吹干；

2.電解液配制：主鹽為25～27g/L磷酸鈉，成膜劑為8～10g/L氟化鈉，膜層致密促進劑為12～15g/L碳酸鈉，著色劑為0.8～1.0g/L高錳酸鉀；

3.以鈦合金試樣為陽極，不銹鋼槽作為陰極，陽極浸沒在配制好的電解液中；采用交流脈沖微弧氧化設備對鈦合金試樣進行微弧氧化處理，設置電參數(shù)：電壓：310～320V，電流1.2～2.0A ，頻率380～390Hz，占空比25～27%，處理溫度為25～35℃，處理時間為30min。

實施例七

鈦合金表面制備中灰色系陶瓷氧化膜的制備方法，包括以下步驟：

1.預處理：先用濃度為5～30%的氫氟酸清洗去除鈦合金試樣表面的雜質(zhì)，經(jīng)水洗10min后用無水乙醇浸泡處理50s去除試樣表面的油污，吹干；

2.電解液配制：主鹽為7～10g/L磷酸鈉，成膜劑為2～3g/L氟化鈉，膜層致密促進劑為4～5g/L碳酸鈉，著色劑為0.2～0.4g/L高錳酸鉀；

3.以鈦合金試樣為陽極，不銹鋼槽作為陰極，陽極浸沒在配制好的電解液中；采用交流脈沖微弧氧化設備對鈦合金試樣進行微弧氧化處理，設置電參數(shù)：電壓390～400V，電流0.5～1.0A ，頻率270～300Hz，占空比12%～15%，處理溫度為35～45℃，處理時間為35min。

實施例八

鈦合金表面制備中灰色系陶瓷氧化膜的制備方法，包括以下步驟：

1.預處理：先用濃度為5～30%的氫氟酸清洗去除鈦合金試樣表面的雜質(zhì)，經(jīng)水洗15min后用無水乙醇浸泡處理50s去除試樣表面的油污，吹干；

2.電解液配制：主鹽為10～12g/L磷酸鈉，成膜劑為2.5～4g/L氟化鈉，膜層致密促進劑為1～2.5g/L碳酸鈉，著色劑為0.2～0.4g/L高錳酸鉀；

3.以鈦合金試樣為陽極，不銹鋼槽作為陰極，陽極浸沒在配制好的電解液中；采用交流脈沖微弧氧化設備對鈦合金試樣進行微弧氧化處理，設置電參數(shù)：電壓410～4250V，電流0.8～1.2A ，頻率200～230Hz，占空比7%～10%，處理溫度為30～40℃，處理時間為30min。

實施例一、實施例三、實施例五和實施例七中，對在鈦合金表面制得的陶瓷氧化膜進行結構表征，結果如圖1～4所示。

由圖1～4可知，陶瓷氧化膜表面較為平整，表面間隙較小而均勻。

由圖5可知，陶瓷氧化膜的厚度為8.7～12.3μm，硬度在380.8～420.6Hv，具有較高的硬度。