一种钛合金表面保护膜的原位生长方法技术

本发明专利技术属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种钛合金表面保护膜的原位生长方法。本发明专利技术的技术方案如下：一种钛合金表面保护膜的原位生长方法，采用电化学恒电位方法，铂网做为阴极，钛合金做为阳极，在无机酸电解液的电解槽中采用两电极体系，施加恒电位，在室温条件下使钛合金表面原位生长保护膜层。本发明专利技术提供的钛合金表面保护膜的原位生长方法，能够获得耐磨性、耐蚀性较强的钛合金表面保护膜，能够在工业上大规模使用。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金表面保护膜的原位生长方法
本专利技术属于材料表面处理
，具体涉及一种钛合金表面保护膜的原位生长方法。
技术介绍
钛合金具有比强度高、抗疲劳强度好等优异力学性能，因此被广泛应用于宇航工业、造船工业、汽车工业、石油化工、医学领域。虽然钛合金表面很容易形成自然钝化的氧化层，但在实际生产环境中，由于自然环境日益严酷，随着使用环境的不同，钛合金会发生不同种类的腐蚀，在国防民生方面，因腐蚀造成的事故屡屡发生，如日本一架客机因应力腐蚀断裂坠毁，油田钻井平台粧腿遭大浪冲蚀断裂，化工厂储存槽或传输管道因腐蚀发生泄漏，这些事故对人类及环境都造成了严重危害。
技术实现思路
本专利技术提供一种钛合金表面保护膜的原位生长方法，能够获得耐磨性、耐蚀性较强的钛合金表面保护膜，能够在工业上大规模使用。本专利技术的技术方案如下：一种钛合金表面保护膜的原位生长方法，采用电化学恒电位方法，铂网做为阴极，钛合金做为阳极，在无机酸电解液的电解槽中采用两电极体系，施加恒电位，在室温条件下使钛合金表面原位生长保护膜层。所述的钛合金表面保护膜的原位生长方法，具体包括如下步骤：1)预处理工序：将钛合金进行打磨、水洗、碱洗、再次水洗、醇洗；2)恒电位极化工序：在无机酸电解液中，铂网做为阴极，钛合金做为阳极，采用电化学两电极体系，施加恒电位，采用恒温磁力搅拌器搅拌无机酸电解液，在室温条件下使预处理后的钛合金进行恒电位极化；3)后处理工序：将恒电位极化后的钛合金进行去离子水超声波清洗及无水乙醇超声波清洗，自然环境中晾干，得到具有保护膜层的钛合金。所述的钛合金表面保护膜的原位生长方法，其中所述步骤1)中，钛合金首先进行打磨，采用100#、240#、600#、800#以及1200#金相砂纸对钛合金进行逐级打磨，使其表面光滑平整、无明显划痕；然后用大量去离子水冲洗；配制碱洗液，在室温条件下，将打磨好的钛合金碱洗5～10min；其后用大量去离子水再次清洗；用无水乙醇冲洗，自然晾干，得到银白色的预处理钛合金。所述的钛合金表面保护膜的原位生长方法，其优选方案为，所述碱洗液为：15g/LNaOH、60g/LNa3PO4和15g/LNa2CO3的水溶液。所述的钛合金表面保护膜的原位生长方法，其优选方案为，所述无机酸电解液为磷酸、硫酸或磷酸和硫酸的混合酸。所述的钛合金表面保护膜的原位生长方法，其优选方案为，所述无机酸电解液浓度为0.5mol/L～1.0mol/L。所述的钛合金表面保护膜的原位生长方法，其优选方案为，所述恒电位为25V～30V的恒电压，恒电位施加时间为15～25min。所述的钛合金表面保护膜的原位生长方法，钛合金表面原位生长的保护膜层微观结构由板钛矿二氧化钛和锐钛矿二氧化钛组成。影响钛合金极化的因素有很多，包括电解液的种类与浓度、电压和电流密度等电源参数、极化时间、电解液中物质的迁移速率、溶液温度等。搅拌过程使电解液均匀、散热充分，同时加快电解液中物质的迁移速率。电流密度的适度增大可以让膜层更加快速的生长，但电流密度过高会使热量聚集到金属表面，在钛合金表面保护膜与电解液之间的界面上会产生大量的焦耳热，并且引起局部溶液温度过高，造成膜层的粉化、甚至烧穿。因此，应将电流密度控制在一个合理的范围之内，不得大于8A/dm2。电解液温度过高、无机酸电解液浓度过高或是溶液搅拌不均匀均可导致钛合金表面保护膜的硬度显著下降；而电解液温度过低或者碱洗不充分都会使保护膜暗淡无光。本专利技术的有益效果为：本专利技术中，钛合金表面原位生长的保护膜层微观结构主要由板钛矿二氧化钛和锐钛矿二氧化钛组成，能提高钛合金的硬度、耐磨性和耐蚀性。附图说明图1为在0.75mol/L磷酸电解液、20V恒电压下极化后钛合金表面的XRD测试衍射图谱；图2为在0.5mol/L硫酸电解液、20V恒电压下极化后钛合金表面的XRD测试衍射图谱；图3为在0.5mol/L硫酸和0.5mol/L磷酸的混合酸电解液中、20V恒电压下极化后钛合金表面的XRD测试衍射图谱。具体实施方式如下实例对本专利技术进行进一步说明，本专利技术并不局限于所述实施例。实施例1：预处理工序：首先采用100#、240#、600#、800#以及1200#金相砂纸对钛合金进行逐级打磨，使其表面光滑平整、无明显划痕，然后再用大量去离子水冲洗。配制碱洗液，碱洗液的成分为15g/LNaOH，60g/LNa3PO4以及15g/LNa2CO3的水溶液，在室温条件下，将打磨好的钛合金碱洗5～10min，然后用大量去离子水清洗，用无水乙醇冲洗，自然晾干，得到银白色的预处理钛合金。恒电位极化工序：采用电化学两电极体系，在室温条件下，分别在0.5mol/L、0.75mol/L、1.0mol/L的磷酸电解液中，采用恒温磁力搅拌器搅拌电解液，分别施加10V、15V、20V、25V、30V的恒电压对钛合金进行20min的恒电位极化。后处理工序：将极化后的钛合金进行去离子水超声波清洗、无水乙醇超声波清洗，自然环境中晾干，得到具有良好耐磨性和耐蚀性的钛合金表面保护膜层。耐磨性测试方法是将钛合金样品在粒度为120#的水磨砂纸上用台式金相试样抛磨机打磨1min，转速为200r/min，通过打磨前后样品的质量损失评定钛合金表面保护膜的耐磨性。通过打磨前后样品的质量损失评定表面保护膜的耐磨性：未经过恒电位极化工序处理的钛合金样品在相同条件下进行打磨，样品减重9.1mg。当氧化电压为10V、磷酸电解液浓度为0.5mol/L时，样品减重8.6mg；当氧化电压为30V、磷酸电解液浓度为1.0mol/L时，样品质量损失最少，为4.6mg，耐磨性最好，相比于钛合金基体耐磨性提高了约49.5％。当电解液磷酸浓度为0.5mol/L、恒电压为30V时，钛合金表面保护膜的耐蚀性最好。0.75mol/L磷酸电解液、20V恒电压下极化后钛合金表面的XRD测试衍射图谱如图1所示。实施例2：与实施例1不同之处在于：恒电位极化工序：采用电化学两电极体系，在室温条件下，分别在0.5mol/L、0.75mol/L、1.0mol/L的硫酸电解液中，采用恒温磁力搅拌器搅拌电解液，分别施加10V、15V、20V、25V、30V的恒电压对钛合金进行20min的恒电位极化。通过打磨前后样品的质量损失评定表面保护膜的耐磨性：硫酸电解液的浓度为0.5mol/L、极化电压为10V时，钛合金表面保护膜的耐磨性最差，样品减重7.2mg；当硫酸电解液的浓度为1.0mol/L、极化电压为30V时，钛合金表面保护膜的耐磨性最好，样品减重3.7mg，相比于未经过恒电位极化的钛合金，其耐磨性提高了约59.3％。当电解液磷酸浓度为1.0mol/L、恒电压为30V时，钛合金表面保护膜的耐蚀性最好。0.5mol/L硫酸电解液、20V恒电压下极化后钛合金表面的XRD测试衍射图谱如图2所示。实施例3：与实施例1不同之处在于：恒电位极化工序：采用电化学两电极体系，在室温条件下，在0.5mol/L、0.75mol/L、1.0mol/L的等摩尔比的硫酸和磷酸的混合酸电解液中，采用恒温磁力搅拌器搅拌电解液，施加10V、15V、20V、25V、30V的恒电压对钛合金进行20min的恒电位极化。通过打磨前后样品的质量损失评定表面保护膜的耐磨性：当混合酸电解液的磷酸和硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金表面保护膜的原位生长方法，其特征在于，采用电化学恒电位方法，铂网做为阴极，钛合金做为阳极，在无机酸电解液的电解槽中采用两电极体系，施加恒电位，在室温条件下使钛合金表面原位生长保护膜层。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金表面保护膜的原位生长方法，其特征在于，采用电化学恒电位方法，铂网做为阴极，钛合金做为阳极，在无机酸电解液的电解槽中采用两电极体系，施加恒电位，在室温条件下使钛合金表面原位生长保护膜层。2.根据权利要求1所述的钛合金表面保护膜的原位生长方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)预处理工序：将钛合金进行打磨、水洗、碱洗、再次水洗、醇洗；2)恒电位极化工序：在无机酸电解液中，铂网做为阴极，钛合金做为阳极，采用电化学两电极体系，施加恒电位，采用恒温磁力搅拌器搅拌无机酸电解液，在室温条件下使预处理后的钛合金进行恒电位极化；3)后处理工序：将恒电位极化后的钛合金进行去离子水超声波清洗及无水乙醇超声波清洗，自然环境中晾干，得到具有保护膜层的钛合金。3.根据权利要求2所述的钛合金表面保护膜的原位生长方法，其特征在于，所述步骤1)中，钛合金首先进行打磨，采用100#、240#、600#、800#以及1200#金相砂纸对钛合金进行逐级打磨，使其表面光滑平整...

【专利技术属性】
技术研发人员：万晔，王欢，王浩文，李艳波，朱旭，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21