一种钛合金材料的表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种钛合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：对钛合金进行打磨、抛光、除油脱脂与清洗；将所得的钛合金置于微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理；将所得的钛合金置于离子镀真空室内清洗；将所得的钛合金在镀膜室内，采用纯铝为靶材，氩离子轰击结束后，基底偏压调节至350‑600V，偏压占空比65％，靶电流为60‑100A，100‑350℃，进行离子镀铝处理，镀膜10‑60min；将所得的钛合金采用以氨丙基三乙氧基硅烷作为固化剂乙醇为稀释剂的环氧树脂溶液封孔，然后放入烘箱中烘干。本发明专利技术采用微弧氧化技术与离子镀技术结合起来，可以有效提高钛合金的硬度及耐磨性，同时增大膜层与基底之间的附着力，改善其力学性能，提高其防腐性能。

Surface treatment method of titanium alloy material

The invention discloses a surface treatment method of titanium alloy material, which comprises the following steps: grinding, polishing, oil removal and cleaning of titanium alloy; titanium alloy in micro arc oxidation electrolyte resulting in microarc oxidation treatment; titanium alloy in the vacuum chamber cleaning ion plating; titanium alloy obtained the coating room, using pure aluminum target, argon ion bombardment after the substrate bias is adjusted to 350 600V bias duty cycle 65%, the target current is 60 100A, 100 350 DEG C, ion aluminizing coating treatment, 10 60min; titanium alloy obtained by using aminopropyltriethoxy silane as curing agent for epoxy resin diluent ethanol solution sealing, and then placed in an oven drying. The invention adopts the technology of microarc oxidation and ion plating technology combined, can effectively improve the hardness and wear resistance of titanium alloy, while increasing the adhesion between film and substrate, improve its mechanical properties and improve its corrosion resistance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钛合金处理领域，具体涉及一种钛合金材料的表面处理方法。
技术介绍
钛合金具有较高的拉压比强度、结构效率高、重量轻等特点，可用于航空航天、舰船、海洋等多个行业。但是，钛合金表面硬度低、耐磨性较差，影响了钛合金使用的安全可靠性。因此，需要对钛合金进行表面处理，以提高钛合金的防腐性、装饰性和功能性。目前，钛合金表面处理技术主要有涂装、电镀、化学转化、阳极氧化、微弧氧化、气相沉积等方法。涂装是目前应用最广泛的一种表面处理方法，施工效率较高，但是表面涂层附着力低，易脱落；电镀层外观突出，但是适用于外观较为简单的构件；微弧氧化在钛合金表面原位生成陶瓷膜，膜层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐高温冲击特性，但是微弧氧化陶瓷膜层表面粗糙且疏松多孔，不利于基体的腐蚀防护；电镀铬及氰化镀镉涂层具有良好的硬度、耐磨性、耐蚀性及装饰外观，但是，使用的铬酸毒性很大，并且是致癌物质，对环境污染很严重；离子镀层沉积速度快，膜层致密，均匀性好，但是其与基底的附着力较差。单一的表面处理方式难以解决钛合金防腐、耐磨的要求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种钛合金材料的表面处理方法，采用微弧氧化技术与离子镀技术结合起来，可以有效提高钛合金的硬度及耐磨性，同时增大膜层与基底之间的附着力，改善其力学性能，提高其防腐性能。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种钛合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：S1、前处理：取钛合金材料用400-1800#砂纸打磨，抛光，使用除油液进行除油脱脂，去离子水冲洗；S2、微弧氧化：将步骤S1所得的钛合金置于微弧氧化电解液中，电压220-450V，电流密度3A/dm2，占空比35-45％，微弧氧化时间为10-40min；S3、离子轰击清洗：将步骤S2所得的钛合金置于离子镀真空室内，镀膜前将真空室抽真空至5*10-3Pa，通入高纯氩气，调整氩气压力2×10-2Mpa，对步骤S2所得的钛合金表面进行15-20min的清洗；S4：离子镀膜：将步骤S3所得的钛合金在镀膜室内，采用纯铝为靶材，氩离子轰击结束后，基底负偏压调节至350-600V，偏压占空比65％，靶电流为60-100A，温度100-350℃，镀膜时间10-60min；S5、后处理：将步骤S4所得的钛合金置于以氨丙基三乙氧基硅烷作为固化剂的乙醇稀释的环氧树脂溶液中封孔，然后放入烘箱中烘干。优选地，所述的除油液的配方为：硅酸钠5g/L，碳酸钠8g/L，多聚磷酸钠8g/L，十二烷基苯磺酸钠1g/L，OP-10乳化剂4ml/L，其余为去离子水。优选地，所述微弧氧化电解液的配方为：铝酸钠10-40g/L，氢氧化钠3-15g/L，柠檬酸钠3-8g/L，高锰酸钾2-8g/L，磷酸钠3-8g/L，硅酸钠10-40g/L，其余为去离子水。优选地，所述微弧氧化膜层的厚度为20-35μm，离子镀铝膜的厚度为7-18μm。优选地，所述微弧氧化膜的形成方法包括如下步骤：将钛合金置于电解液槽中，钛合金为阳极，不锈钢作为阴极，通过调节参数对钛合金进行微弧氧化处理。优选地，所述步骤S5中的环氧树脂为有机硅环氧树脂EF。优选地，所述步骤S5中的环氧树脂溶液由有机硅树脂EF与95％乙醇溶液质量比为9∶5-4∶1混合搅拌而成。优选地，所述有机硅树脂EF与氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为3-6∶1。优选地，封闭后烘干温度为70-100℃，时间为2-4h。本专利技术具有以下有益效果：由于微弧氧化在钛合金表面原位生成微弧氧化膜层，所以微弧氧化膜层与钛合金基底的结合力高；微弧氧化过程中产生的放电通道会使微弧氧化膜层表面形成多孔疏松层，离子镀铝膜有效地填充了微弧氧化疏松层的孔隙，使钛合金表面膜层致密，力学性能提高，防腐蚀能力增强；有机硅环氧树脂薄膜固化后，随着乙醇溶剂的蒸发，填充了表面离子镀铝膜液滴分布的缺陷，同时固化后的薄膜与金属表面以化学键相结合，保证了有机薄膜与离子镀铝层的良好结合。薄膜中存在的一些未完全水解的烷氧基使表面膜层有一定的自修复功能，使经过处理后的钛合金具有良好的耐蚀性能；本专利技术针对钛合金的表面处理方法，制备工艺环保，属于一种环保的表面处理技术。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种钛合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：S1、前处理：取钛合金材料用400-1800#砂纸打磨，抛光，使用除油液进行除油脱脂，去离子水冲洗；S2、微弧氧化：将步骤S1所得的钛合金置于微弧氧化电解液中，电压220-450V，电流密度3A/dm2，占空比35-45％，微弧氧化时间为10-40min；S3、离子轰击清洗：将步骤S2所得的钛合金置于离子镀真空室内，镀膜前将真空室抽真空至5*10-3Pa，通入高纯氩气，调整氩气压力2×10-2Mpa，步骤S2所得的钛合金表面进行15-20min的清洗；S4：离子镀膜：将步骤S3所得的钛合金在镀膜室内，采用纯铝为靶材，氩离子轰击结束后，基底负偏压调节至350-600V，偏压占空比65％，靶电流为60-100A，温度100-350℃，镀膜时间10-60min；S5、后处理：将步骤S4所得的钛合金置于以氨丙基三乙氧基硅烷作为固化剂的乙醇稀释的环氧树脂溶液中封闭，然后放入烘箱中烘干。所述的除油液的配方为：硅酸钠5g/L，碳酸钠8g/L，多聚磷酸钠8g/L，十二烷基苯磺酸钠1g/L，OP-10乳化剂4ml/L，其余为去离子水。所述微弧氧化电解液的配方为：铝酸钠10-40g/L，氢氧化钠3-15g/L，柠檬酸钠3-8g/L，高锰酸钾2-8g/L，磷酸钠3-8g/L，硅酸钠10-40g/L，其余为去离子水。所述微弧氧化膜层的厚度为20-35μm，离子镀铝膜的厚度为7-18μm。所述微弧氧化膜的形成方法包括如下步骤：将钛合金置于电解液槽中，钛合金为阳极，不锈钢作为阴极，通过调节参数对钛合金进行微弧氧化处理。所述步骤S5中的环氧树脂为有机硅环氧树脂EF。所述步骤S5中的环氧树脂溶液由有机硅环氧树脂EF与与95％乙醇溶液质量比为9∶5-4∶1混合搅拌而成。所述有机硅环氧树脂EF与氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为3-6∶1。烘干温度为70-100℃，时间为2-4h。以下实施例中：第一：我们选取的钛合金主要包含三种：TA15，TB3，TC4。第二：前处理是打磨清洗，不同粒度的砂纸打磨，抛光，除油液清洗，然后去离子水冲洗、干燥待用。第三：微弧氧化电解液配方：铝酸钠10-40g/L，氢氧化钠3-15g/L，柠檬酸钠3-8g/L，高锰酸钾2-8g/L，磷酸钠3-8g/L，硅酸钠10-40g/L，其余为去离子水。根据此配方得到的微弧氧化膜层的厚度20-35μm。第四：离子清洗：参数：真空室抽真空至5*10-3Pa，通入高纯氩气，调整氩气压力2×10-2Mpa，进行15-20min的清洗。第五：离子镀膜参数：采用纯铝为靶材，氩离子轰击结束后，基底负偏压调节至350-600V，偏压占空比65％，靶电流为60-100A，温度100-350℃，镀膜时间10-60min。根据此方法得到的膜层厚度7-18μm。第六：封孔后处理，有机硅环氧树脂∶氨丙基三乙氧基硅烷＝3-6∶1；有机硅环氧树脂∶95％乙醇＝9∶5-4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金材料的表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、前处理：取钛合金材料用400‑1800#砂纸打磨，抛光，使用除油液进行除油脱脂，去离子水冲洗；S2、微弧氧化：将步骤S1所得的钛合金置于微弧氧化电解液中，电压220‑450V，电流密度3A/dm2，占空比35‑45％，微弧氧化时间为10‑40min；S3、离子轰击清洗：将步骤S2所得的钛合金置于离子镀真空室内，镀膜前将真空室抽真空至5*10‑3Pa，通入高纯氩气，调整氩气压力2×10‑2Mpa，对步骤S2所得的钛合金表面进行15‑20min的清洗；S4：离子镀膜：将步骤S3所得的钛合金置于镀膜室内，采用纯铝为靶材，氩离子轰击结束后，基底负偏压调节至350‑600V，偏压占空比65％，靶电流为60‑100A，温度100‑350℃，镀膜时间10‑60min；S5、后处理：将步骤S4所得的钛合金采用以氨丙基三乙氧基硅烷作为固化剂、乙醇作为稀释的环氧树脂溶液封孔，然后放入烘箱中烘干。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金材料的表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、前处理：取钛合金材料用400-1800#砂纸打磨，抛光，使用除油液进行除油脱脂，去离子水冲洗；S2、微弧氧化：将步骤S1所得的钛合金置于微弧氧化电解液中，电压220-450V，电流密度3A/dm2，占空比35-45％，微弧氧化时间为10-40min；S3、离子轰击清洗：将步骤S2所得的钛合金置于离子镀真空室内，镀膜前将真空室抽真空至5*10-3Pa，通入高纯氩气，调整氩气压力2×10-2Mpa，对步骤S2所得的钛合金表面进行15-20min的清洗；S4：离子镀膜：将步骤S3所得的钛合金置于镀膜室内，采用纯铝为靶材，氩离子轰击结束后，基底负偏压调节至350-600V，偏压占空比65％，靶电流为60-100A，温度100-350℃，镀膜时间10-60min；S5、后处理：将步骤S4所得的钛合金采用以氨丙基三乙氧基硅烷作为固化剂、乙醇作为稀释的环氧树脂溶液封孔，然后放入烘箱中烘干。2.根据权利要求1所述的一种钛合金材料的表面处理方法，其特征在于，所述的除油液的配方为：硅酸钠5g/L，碳酸钠8g/L，多聚磷酸钠8g/L，十二烷基苯磺酸钠1g/L，OP-10乳化剂4ml/L，其余为去离子水。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霞，温世峰，刁张章，咸振华，陈光孟，刘祥磊，周思博，刘自强，冯涛，元辛，岳珠峰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61