專(zhuān)利名稱(chēng)：鈦合金電化學(xué)氧化液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化液，特別是涉及一種用于處理鈦合金表面的電化學(xué) 氧化液。
背景技術(shù)：
鈦合金是一種質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐蝕性強(qiáng)的特殊金屬材料，具有許多優(yōu)良 性能，在國(guó)防等尖端科技領(lǐng)域和民用領(lǐng)域(如日用品、家用電器、體育用品以 及醫(yī)療器械等)中均得到廣泛使用。鈦合金的自然鈍化膜厚度只有幾十個(gè)埃， 其抗強(qiáng)氧化性介質(zhì)或抗還原性介質(zhì)腐蝕的能力以及阻燃性、耐磨性均受到一 定限制。因此，在應(yīng)用鈦合金前，要對(duì)其進(jìn)行表面處理。簡(jiǎn)便易行的方法是 電化學(xué)氧化，即陽(yáng)極氧化。
鈦合金實(shí)施陽(yáng)極氧化前需對(duì)鈦合金進(jìn)行除油等前處理，之后進(jìn)入陽(yáng)極氧 化槽內(nèi)，將鈦合金置于陽(yáng)極，陰極采用鈦板，連接電源及加溫裝置，將溫度
控制在10±11 (采用循環(huán)水外套控制槽內(nèi)溫度)，機(jī)械攪拌，成膜電壓、陽(yáng)
極化時(shí)間視具體需要而定。
目前的鈦合金陽(yáng)極氧化工藝從氧化液(電解質(zhì))角度可分為酸、堿、鹽 三大類(lèi)。酸性電解質(zhì)有硫酸、磷酸、硼酸以及這些酸與有機(jī)酸構(gòu)成的混合酸。
堿性電解質(zhì)主要是氫氧化鈉。鹽類(lèi)電解質(zhì)有(NHJ 2S04等。
采用上述的三類(lèi)氧化液對(duì)鈦合金實(shí)施陽(yáng)極氧化時(shí)，由于鈦合金的特殊表 面物理化學(xué)性質(zhì)，上述的三類(lèi)氧化液對(duì)鈦合金表面陽(yáng)極氧化膜的成膜及陽(yáng)極
氧化膜增厚的促進(jìn)作用較差，因此在同等電壓下陽(yáng)極氧化膜的厚度均不理想; 由于鈦合金表面有微觀結(jié)構(gòu)缺陷，而上述的三類(lèi)氧化液對(duì)改變陽(yáng)極氧化膜組 成、改善陽(yáng)極氧化膜質(zhì)量、提高陽(yáng)極氧化膜抗點(diǎn)蝕能力的促進(jìn)作用較弱，這 樣，鈦合金表面的陽(yáng)極氧化膜勢(shì)必存在一定的缺陷，陽(yáng)極氧化膜的性能較差， 進(jìn)而影響到鈦合金表面的陽(yáng)極氧化膜的防護(hù)性。
因此，探索一種對(duì)鈦合金實(shí)施陽(yáng)極氧化時(shí)，有利于鈦合金表面陽(yáng)極氧化膜的增厚，并可提升陽(yáng)極氧化膜性能的鈦合金電化學(xué)氧化液，具有一定的現(xiàn)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)鈦合金實(shí)施陽(yáng)極氧化時(shí)有利于鈦合金表面 陽(yáng)極氧化膜的增厚、可提升陽(yáng)極氧化膜性能的鈦合金電化學(xué)氧化液。
本發(fā)明提供了一種鈦合金電化學(xué)氧化液，每1Kg的本氧化液包含下述重 量的組份無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸180~200g，鈰鹽50 90g，表面活性劑5 8g，
水余量。
本鈦合金電化學(xué)氧化液的理化指標(biāo)如下 外觀無(wú)色液體；pH: 1~5;粘度0.9 ( l(T3Pa S )。 采用本鈦合金電化學(xué)氧化液對(duì)鈦合金實(shí)施陽(yáng)極氧化時(shí)，無(wú)機(jī)酸或有 機(jī)酸為陽(yáng)極氧化的酸性促進(jìn)成膜物質(zhì)；表面活性劑用以增強(qiáng)電解質(zhì)溶液 的潤(rùn)濕性，并對(duì)鈰離子進(jìn)行電荷改性；鈰鹽為本鈦合金電化學(xué)氧化液的 核心組成，由于鈰的核外電子分布特征，鈰鹽表現(xiàn)出特殊的電化學(xué)特性， 在電場(chǎng)作用下表面電荷改性后的鈰能夠進(jìn)入陽(yáng)極氧化膜，對(duì)陽(yáng)極氧化膜 的成膜及氧化膜增厚產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用，因此在同等電壓下可提高鈦 合金表面的陽(yáng)極氧化膜的厚度，另外，鈰鹽對(duì)改變陽(yáng)極氧化膜組成、改 善陽(yáng)極氧化膜質(zhì)量、提高陽(yáng)極氧化膜抗點(diǎn)蝕的能力、有效彌補(bǔ)陽(yáng)極氧化 膜的缺陷可產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用，這樣就提升了陽(yáng)極氧化膜的性能。
因此，本鈦合金電化學(xué)氧化液的優(yōu)點(diǎn)是采用本鈦合金電化學(xué)氧化 液對(duì)鈦合金實(shí)施陽(yáng)極氧化時(shí)，有利于鈦合金表面陽(yáng)極氧化膜的增厚，并可 提升陽(yáng)極氧化膜的性能。
本鈦合金電化學(xué)氧化液中，無(wú)機(jī)酸為鹽酸、硫酸、硝酸中的任意一種， 有機(jī)酸為檸檬酸、羧酸、磺酸、亞磺酸、硫羧酸中的任意一種，鈰鹽為硫酸 鈰、硝酸鈰中的任意一種，表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
每1Kg本鈦合金電化學(xué)氧化液的制備方法是將無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸180~ 200g緩慢沿容器壁加入適量的水中，邊加邊攪拌，形成酸溶液；將鈰鹽50~90g溶解在剩余量的水中，攪拌至完全溶解，形成鈰鹽溶液；然后將酸溶液緩 慢加入鈰鹽溶液中，不斷攪拌，形成混合液；在混合液中加入表面活性劑5~ 8g,攪拌至均勻。 附斷兌明


圖1是從一批外購(gòu)鈦合金中經(jīng)隨機(jī)截取一片鈦合金，在使用現(xiàn)有的氧化 液(氧化液成分為硫酸180g/Kg)并采用陽(yáng)極氧化法對(duì)其進(jìn)行表面處理后，該 片鈦合金表面的陽(yáng)極氧化膜微觀形貌放大至2000倍時(shí)的掃描電子顯微分析照 片；
圖2是從圖1中所述的同批次外購(gòu)鈦合金中經(jīng)隨機(jī)截取另一片鈦合金， 在使用本發(fā)明實(shí)施例一所述的鈦合金電化學(xué)氧化液并采用與圖1中工藝條件 相同的陽(yáng)極氧化法對(duì)其進(jìn)行表面處理后，該片鈦合金表面的陽(yáng)極氧化膜微觀 形貌放大至2000倍時(shí)的掃描電子顯微分析照片；
圖3為圖1中經(jīng)表面處理過(guò)的那片鈦合金以及圖2中經(jīng)表面處理過(guò)的那 片鈦合金各自表面的陽(yáng)極氧化膜的動(dòng)電位掃描回掃環(huán)的對(duì)比示意圖4是從圖1中所述的同批次外購(gòu)鈦合金中經(jīng)隨機(jī)截取又一片鈦合金， 在使用現(xiàn)有的氧化液(氧化液成分為硫酸200g/Kg)并采用陽(yáng)極氧化法(成膜 電壓為30V)對(duì)其進(jìn)行表面處理后，該片鈦合金表面的陽(yáng)極氧化膜的截面微 觀形貌在放大至2000倍時(shí)的掃描電子顯微分析照片(照片中線條和箭頭標(biāo)出 的白色區(qū)域?yàn)殛?yáng)極氧化膜的截面)；
圖5是從圖1中所述的同批次外購(gòu)鈦合金中經(jīng)隨機(jī)截取再一片鈦合金， 在使用本發(fā)明實(shí)施例二所述的鈦合金電化學(xué)氧化液并采用與圖4中工藝條件 相同的陽(yáng)極氧化法(成膜電壓為30V)對(duì)其進(jìn)行表面處理后，該片鈦合金表 面的陽(yáng)極氧化膜的截面微觀形貌在放大至2000倍時(shí)的掃描電子顯微分析照片 (照片中線條和箭頭標(biāo)出的白色區(qū)域?yàn)殛?yáng)極氧化膜的截面)。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)下面給出的實(shí)施例可以進(jìn)一步清楚地了解本發(fā)明。但它們不是 對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例一
將硫酸180g緩慢沿玻璃容器壁加入540g的水中，邊加邊攪拌，形成酸 溶液；將硫酸鈰50g溶解在225g的水中，攪拌至完全溶解，形成鈰鹽溶液； 然后將酸溶液緩慢加入鈰鹽溶液中，不斷攪拌，形成混合液；在混合液中加 入十二烷基苯磺酸鈉5g，攪拌至均勻，得到所需的lKg本鈦合金電化學(xué)氧化液。
參見(jiàn)圖1、圖2，相對(duì)于圖1中鈦合金表面的陽(yáng)極氧化膜而言，圖2中 鈦合金表面的陽(yáng)極氧化膜的致密性有所提高且缺陷較少。對(duì)圖2中鈦合金表 面的陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行能譜分析，結(jié)果為T(mén)i 27% (原子)，O 60% (原子)， CelO% (原子)，其他元素3% (原子)，這表明硫酸鈰已進(jìn)入相應(yīng)鈦合 金表面的陽(yáng)極氧化膜中，硫酸鈰可對(duì)陽(yáng)極氧化膜的成膜產(chǎn)生積極的促進(jìn)作 用，并可有效彌補(bǔ)陽(yáng)極氧化膜的缺陷。
參見(jiàn)圖2，使用本發(fā)明實(shí)施例一并采用陽(yáng)極氧化法對(duì)相應(yīng)鈦合金(該 鈦合金被置于陽(yáng)極)進(jìn)行表面處理后，將有效彌補(bǔ)該鈦合金表面的陽(yáng)極氧化 膜的缺陷，具體的原因分析如下本發(fā)明實(shí)施例一中含有硫酸鈰，硫酸鈰通 過(guò)十二烷基苯磺酸鈉進(jìn)行表面電荷改性并在該鈦合金表面上發(fā)生吸附， 硫酸鈰既以某種形式進(jìn)入陽(yáng)極氧化膜中，同時(shí)又降低了陽(yáng)極氧化膜的溶 解速度，并在陽(yáng)極區(qū)保持一定的鈰離子濃度。 一方面，由于鈰離子和十 二烷基苯磺酸鈉中的陰離子所組成的粒子團(tuán)直徑較大，上述吸附會(huì)改變?cè)撯?合金表面雙電層的結(jié)構(gòu)、降低陽(yáng)極氧化膜的溶解速度、彌補(bǔ)陽(yáng)極氧化膜的缺 陷、提高陽(yáng)極氧化膜的完整性；另一方面，在該鈦合金表面吸附的OH-將引 起陽(yáng)極區(qū)的pH值增大和鈰離子的沉積(其化學(xué)反應(yīng)方程式如下)，這樣， 所形成的氫氧化物(含有鈰的膠狀物)對(duì)該鈦合金表面的陽(yáng)極氧化膜起 到封閉作用，有利于彌補(bǔ)陽(yáng)極氧化膜的缺陷。這些因素的綜合作用，可 對(duì)該鈦合金表面陽(yáng)極氧化膜的成膜產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用，并可有效彌補(bǔ)陽(yáng) 極氧化膜的缺陷，使得陽(yáng)極氧化膜有較好的微觀結(jié)構(gòu)。
Ren++nOH_——Re(OH)n丄參見(jiàn)圖3，相對(duì)于圖1中鈦合金表面的陽(yáng)極氧化膜而言，圖2中鈦合金表 面的陽(yáng)極氧化膜的動(dòng)電位掃描回掃環(huán)的面積明顯減小，說(shuō)明圖2中鈦合金表 面的陽(yáng)極氧化膜的自愈能力更好，硫酸鈰的加入可以提髙陽(yáng)極氧化膜抗點(diǎn)蝕 的能力，陽(yáng)極氧化膜的點(diǎn)蝕敏感性明顯降低。這是由于含有鈰的膠狀物進(jìn)入 陽(yáng)極氧化膜，封閉其缺陷和微孔，減少了誘發(fā)點(diǎn)蝕的敏感部位。由于陽(yáng)極氧 化膜中含有鈰，當(dāng)發(fā)生點(diǎn)蝕時(shí)，鈰可能會(huì)以離子形式進(jìn)入點(diǎn)蝕的"自催化電 池"閉塞部分，影響閉塞部分中溶液的pH值或影響氧的傳輸，減弱自催化電 池的腐蝕作用，加速陽(yáng)極氧化膜的修復(fù)。此外，硫酸鈰也有可能發(fā)生自身價(jià) 態(tài)的轉(zhuǎn)變，影響點(diǎn)蝕的發(fā)展。
實(shí)施例二
將鹽酸190g緩慢沿玻璃容器壁加入570g的水中，邊加邊攪拌，形成酸 溶液；將硝酸鈰70g溶解在164g的水中，攪拌至完全溶解，形成鈰鹽溶液； 然后將酸溶液緩慢加入鈰鹽溶液中，不斷攪拌，形成混合液；在混合液中加 入十二烷基苯磺酸鈉6g，攪拌至均勻，得到所需的1Kg本鈦合金電化學(xué)氧化液。
參見(jiàn)圖4、圖5，在相同的成膜電壓下，圖4中鈦合金表面陽(yáng)極氧化膜的 厚度不到一個(gè)微米，而圖5中鈦合金表面陽(yáng)極氧化膜的厚度超過(guò)兩個(gè)微米， 可見(jiàn)，圖5中鈦合金表面陽(yáng)極氧化膜的厚度明顯有所提高，其原因分析如下: 硝酸鈰降低了陽(yáng)極氧化膜的溶解速度，同時(shí)硝酸鈰以某種形式進(jìn)入陽(yáng)極氧化 膜中，積極影響了陽(yáng)極氧化膜的成膜過(guò)程。這些因素的綜合作用，可使陽(yáng)極 氧化膜的成膜厚度提高，硝酸鈰對(duì)陽(yáng)極氧化膜的增厚有促進(jìn)作用。
實(shí)施例三
將檸檬酸200g緩慢沿玻璃容器壁加入600g的水中，邊加邊攪拌，形成 酸溶液；將硫酸鈰90g溶解在102g的水中，攪拌至完全溶解，形成鈰鹽溶液; 然后將酸溶液緩慢加入鈰鹽溶液中，不斷攪拌，形成混合液；在混合液中加 入十二烷基苯磺酸鈉8g，攪拌至均勻，得到所需的1Kg本鈦合金電化學(xué)氧化液。
權(quán)利要求
1、鈦合金電化學(xué)氧化液，其特征在于每1Kg的本氧化液包含下述重量的組份無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸180～200g，鈰鹽50～90g，表面活性劑5～8g，水余量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金電化學(xué)氧化液，其特征在于無(wú)機(jī)酸為 鹽酸、硫酸、硝酸中的任意一種，有機(jī)酸為檸檬酸、羧酸、磺酸、亞磺酸、 硫羧酸中的任意一種，鈰鹽為硫酸鈰、硝酸鈰中的任意一種，表面活性劑為 十二烷基苯磺酸鈉。
全文摘要
一種鈦合金電化學(xué)氧化液，每1Kg的它包含下述重量的組份無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸180～200g，鈰鹽50～90g，表面活性劑5～8g，水余量。無(wú)機(jī)酸為鹽酸、硫酸、硝酸中的任意一種，有機(jī)酸為檸檬酸、羧酸、磺酸、亞磺酸、硫羧酸中的任意一種，鈰鹽為硫酸鈰、硝酸鈰中的任意一種，表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。本鈦合金電化學(xué)氧化液的優(yōu)點(diǎn)是采用本鈦合金電化學(xué)氧化液對(duì)鈦合金實(shí)施陽(yáng)極氧化時(shí)，有利于鈦合金表面陽(yáng)極氧化膜的增厚，并可提升陽(yáng)極氧化膜的性能。
文檔編號(hào)C25D11/02GK101608333SQ20081012399
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者昊 吳 申請(qǐng)人:昊 吳