一种金属钛及钛基合金电化学着色的方法技术

本发明专利技术涉及一种金属钛及钛基合金的电化学着色的方法。通过常温常压下的电化学着色，可以快速将金属钛或者钛基合金的表面电化学阳极氧化成蓝色、黄色等颜色，且能够有效改善钛及钛基合金的耐腐蚀及耐磨性能。本发明专利技术成本低、绿色高效、工艺简单，易于产业化应用，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属钛及钛基合金的表面处理及着色的领域，具体涉及到钛及钛基合金表面着不同颜色的方法。
技术介绍
金属钛是一种银灰色金属，质地轻盈，机械强度高，由于表面易形成致密氧化膜，具有优异的抗酸碱腐蚀性、既耐高温，又耐低温。在工业换热器、反应釜、建材、电子零件、精密仪器、高级相机、笔记本电脑等方面应用非常广泛，当前已成为宇航工业中制做火箭发动机的壳体及人造卫星、宇宙飞船的重要材料。由于钛质地较软，耐摩擦性差；颜色单一，美观性差。因此改善钛表面颜色成为当前重要研究课题。引入氮、氧、碳作为钛金属间隙杂质可大大提高钛的强度，钛表面电化学处理，不仅改善表面结构性能，也会产生不同的表面颜色。金属钛表面化学处理和电化学处理，是改善钛金属表面功能性及钛金属表面色彩的重要途径。硼化处理法、表面氮化法、激光熔化-粒子注入法、急冷硬化TiNi覆膜法、表面电镀硬化法是增强钛表面硬度的重要方法；大气加热氧化法、表面合金化、离子注入处理法、贵金属涂层法是防止钛腐蚀的重要措施；铝扩散涂层技术是防止钛高温氧化及降低钛吸氢脆变的重要措施。在众多钛表面处理工艺中，电化学阳极氧化工艺历程简单，获得的表面膜层各方面性能优异。其中钛的化学氧化法、大气加热氧化法、阳极氧化法三种钛表面着色方法比较,阳极氧化法无论从着色质量、表面结构、工艺安全、环境安全最具价值。通过阳极氧化着色可达到系列颜色钛。随着金属钛阳极氧化工艺推广，钛表面结构性、功能性、美观性越来越高。电化学阳极氧化处理法中，电解电压是阳极氧化工艺参数中的主要影响因素,随电解电压的变化阳极氧化膜的颜色呈规律性变化。同时,电解液的成份、浓度都对色变时间都有不同程度的影响。作为表面改性的一种方法,阳极氧化工艺开创了一条改善材料功能性与美观性的新途径。阳极氧化着色所得到的氧化膜色彩丰富,膜层较薄,晶型稳定，具备良好的表面抗腐蚀性、耐磨性、耐热性。作为钛着色的工艺，工艺简单，实现了基材和膜层的有机结合，实现了钛表面功能性的提高。因此,选用阳极氧化工艺对钛进行着色研究,主要是探讨阳极氧化的工艺流程，包括钛金属表面预处理、电解液选择、极板选择、极板面积比确定、电解液温度、电解电压、氧化时间、色泽确定、膜层性能探讨。优化工艺流程，确定最佳工艺方案。
技术实现思路
本专利技术主要提供了一种金属钛的表面阳极氧化着色方法,其中金属钛的钛含量大于等于99.99%。该方法成本低廉、操作简单、控制方便、着色稳定，是一套完善的金属钛阳极氧化着色新工艺。该工艺在确定着色液的基础上,仅通过恒定着色电压、控制着色时间就可以在特定温度范围内获得希望的钛表面色彩，且表面色彩稳定,质量优异。用本专利技术的着色工艺可获得满足性能要求的颜色一致的高品质金属钛产品。为了达到上述目的，本专利技术技术方案包括以下步骤：本专利技术所采用的阳极氧化液以水为溶剂,且每升溶液中包括：95%～98%H2SO420ml·L-1～100ml·L-1；KMnO430g·L-1～70g·L-1；85%H3PO415ml·L-1～100ml·L-1；Na3PO425g·L-1～80g·L-1；Na3C6H5O7·2H2O50g·L-1～160g·L-1；MnSO420g·L-1～60g·L-1；CH3（CH2）11C6H4SO3Na10g·L-1～30g·L-1。本专利技术待着色钛材需经纯水洗——碱洗——酸洗——纯水洗，再进行阳极氧化处理。本专利技术电解池的阴极极板为高密度石墨，阳极为预处理过的待着色钛材，阴极极板面积与阳极板外形轮廓正投影面积比5︰1～1︰1，极板间距1～60mm。极板可间隔设置，第一块极板和最末一块极板均为阴极板，随极板间电压提高，极板间距相应增大。本专利技术阳极氧化电压1～36V，氧化时间时间30s-1200s。本专利技术阳极氧化液可着色抛光、车削、喷砂等不同表面处理的钛金属工件,并能保持钛表面原始状态且能保证颜色均匀一致。本专利技术电解氧化所得氧化膜与基体结合稳定,色泽鲜艳,具有良好的外观装饰效果、较高的表面硬度、良好的耐蚀性，在空气中温度达200℃以下无色泽和结构性异变。本专利技术在设定电解氧化电压下，氧化时间、氧化温度波动对色泽一致性影响很弱。本专利技术的优良效果在于：待着色件表面处理简单，去油去污去自然氧化膜层，保证原工件结构形貌不变。电解液中不含重金属元素，无有毒有害成分对环境污染。工作环境安全性较好。电解液成本低廉，氧化控制简单，仅严格控制电解电压和氧化时间，即可获得理想的、一致性好的目的产品。具体实施方式实施例1金黄色钛样品制备：首先样品钛预处理流程：水洗-碱洗–酸洗-水洗，清洗涤温度均为26±1℃。按下述组份配制成着色液：H2SO425ml·L-1；H3PO430ml·L-1；Na3PO460g·L-1；Na3C6H5O7·2H2O100g·L-1；KMnO435g·L-1；MnSO48g·L-1；CH3（CH2）11C6H4SO3Na19g·L。然后再将样品浸入盛有上述着色液的电解池中。电解设备主要结构参数和工艺参数：阳极为待着色样品,阴极为石墨,阴阳极板间距设置10mm，阴阳极板面积比2︰1，着色电压设置为5V,着色温度为室温25℃,着色时间为300s。样品氧化结束之后进行清洗,热风烘干,得到的样品表面颜色为均匀且光亮的金黄色彩。样品性能检测：风干干燥空气中放置8小时后，用橡皮反复摩擦无色褪；空气气氛升温至200℃，在降制室温无色变。实施例2古铜色钛样品制备：首先样品钛预处理流程：水洗-碱洗–酸洗-水洗，清洗涤温度均为26±1℃。按下述组份配制成着色液：H2SO440ml·L-1；H3PO430ml·L-1；Na3PO430g·L-1；Na3C6H5O7·2H2O100g·L-1；KMnO435g·L-1；MnSO425g·L-1；CH3（CH2）11C6H4SO3Na28g·L-1。然后再将该样品浸入盛有上述着色液的电解池中。设备主要结构参数和工艺参数：阳极为待着色样品,阴极为石墨,阴阳极板间距设置20mm，阴阳极板面积比2︰1，着色电压设置为11V,着色温度为室温25℃,着色时间为450s。样品氧化结束之后进行清洗,热风烘干,得到的样品表面颜色为均匀且光亮古铜色彩。样品性能检测：风干干燥空气中放置8小时后，用橡皮反复摩擦无色褪；空气气氛升温至200℃，在降制室温无色变。实施例3深蓝色钛样品制备：首先样品钛预处理流程：水洗-碱洗–酸洗-水洗，清洗涤温度均为26±1℃。按下述组份配制成着色液：H2SO440ml·L-1；H3PO440ml·L-1；Na3PO480g·L-1；Na3C6H5O7·2H2O120g·L-1；KMnO460g·L-1；MnSO460g·L-1；CH3（CH2）11C6H4SO3Na17g·L-1。然后再将该样品浸入盛有上述着色液的电解池中。设备主要结构参数和工艺参数：阳极为待着色样品,阴极为石墨,阴阳极板间距设置30mm，阴阳极板面积比3︰1，着色电压设置为30V,着色温度为室温25℃,着色时间为400s。样品氧化结束之后进行清洗,热风烘干,得到的样品表面颜色为均匀且光亮深蓝色彩。样品性能检测：风干干燥空气中放置8小时后，用橡皮反复摩擦无色褪；空气气氛升温至200℃，在降制室温无色变。实施例4深棕色钛样品制备：首先样品钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属钛及钛基合金电化学着色方法，其特征在于：采用电化学阳极氧化的方法进行着色。

【技术特征摘要】
1.一种金属钛及钛基合金电化学着色方法，其特征在于：采用电化学阳极氧化的方法进行着色。2.根据权利要求1所述的电化学着色方法，其特征在于：在恒电压模式下进行，其中电压在1-36V之间，最好在2-30V之间。3.根据权利要求1所述的电化学着色方法，其特征在于：以金属钛或者钛基合金作为阳极，用石墨、或316L型不锈钢作为阴极。4.根据权利要求1所述的电化学着色方法，其特征在于：阴极与阳极极板间距在1-60mm之间。5.根据权利要求1所述的电化学着色方法，其特征在于：阴极与阳极面积比在5:1-1:1之间。6.根据权利要求1所述的电化学着色方法，其特征在于：着色温度控制在0-90oC的范围内，最好在10-50oC的范围之内。7.根据权利要求1所述的的电化学着色方法，其特征在于：着色时间在1s-3h之间，最好在20s-60min之间。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长松，武卫明，阎冬，吕会超，赵凌，张允，侯绍刚，牛永生，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41