[发明专利]一种电解质水溶液及锆和锆合金的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解质水溶液及锆和锆合金的表面处理方法。

背景技术

锆在地壳中的含量相当大，比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大，呈浅灰色。密度为6.49g/cm³，熔点为1852±2℃，沸点为4377℃，化合价为+2、+3和+4。以锆为基体加入其它元素可以构成锆合金，所述其它元素例如可以是锡、铌、铁等。锆合金具有适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面，对核燃料有良好的相容性，多用作水冷核反应堆的堆芯结构材料。而且，锆合金塑性好，可通过塑性加工制成管材、板材、棒材和丝材；其焊接性也好，可用以进行焊接加工。

另外，锆及锆合金有足够的强韧性和生物相容性，且弹性容量低于钛合金、钴铬钼等合金。因此锆合金在牙种植体和骨植入体领域也有广泛的用途。但锆及锆合金在常温下易腐蚀、耐磨性和耐刮性较差，因此，在某些领域的应用中存在局限。

为提高锆及锆合金的耐腐蚀、耐磨性和耐刮性等性能，目前公知的是通过将锆或锆合金在氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液或磷酸钠溶液中进行阳极氧化形成氧化膜的方法。但是，上述方法处理得到的锆和锆合金的耐腐蚀、耐磨性和耐刮性仍然较差。因此，提高锆及锆合金的耐腐蚀性、耐磨性和耐刮性对于锆及锆合金在工业中的进一步广泛应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中锆和锆合金的耐腐蚀性差的缺点，提供一种能提高锆和锆合金的耐腐蚀性的电解质溶液及锆和锆合金的表面处理方法。

本发明提供了一种电解质水溶液，其中，该电解质水溶液含有氢氧化物、硅酸盐和硼酸盐。

本发明还提供了一种锆和锆合金的表面处理方法，其中，该方法包括在电解液中以锆或锆合金为阳极，以不与电解液反应的导电材料为阴极，将阳极和阴极分别与电源的负极和正极电连接，将所述锆或锆合金进行阳极氧化，所述电解液为本发明所述的电解质水溶液。

通过本发明的方法，在锆或锆合金的表面形成氧化膜，从而可以大幅度提高锆或锆合金的耐腐蚀性。另外，在除去该氧化膜的表层的疏松层之后，还可以进一步提高锆或锆合金表面的耐磨性、硬度和耐刮性。

具体实施方式

本发明的电解质水溶液含有氢氧化物、硅酸盐和硼酸盐。所述氢氧化物、硅酸盐和硼酸盐均为水溶性盐，从而可以形成电解质水溶液。

优选情况下，所述氢氧化物为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述硅酸盐和硼酸盐各自为钠盐和/或钾盐。

所述电解质水溶液中只要含有本发明上述的各成分即可实现本发明的目的，各成分的含量可以在较大的范围内变动。优选情况下，该电解质水溶液中，所述氢氧化物的浓度为1-30克/升，所述硅酸盐的浓度为1-40克/升，所述硼酸盐的浓度为1-15克/升。进一步优选情况下，该电解质水溶液中，所述氢氧化物的浓度为5-20克/升，所述硅酸盐的浓度为10-25克/升，所述硼酸盐的浓度为2-8克/升。在上述优选情况下，能进一步提高锆或锆合金表面的耐腐蚀性、耐磨性、硬度以及耐刮性。

本发明所述电解质水溶液优选还含有钨酸盐，所述钨酸盐为水溶性盐，优选为钠盐和/或钾盐，所述钨酸盐的浓度可以在较大的范围内变化，优选为0.1-10克/升，更优选为1-5克/升。在上述优选情况下，能进一步提高锆或锆合金表面的耐腐蚀性、耐磨性、硬度以及耐刮性。

本发明所述电解质水溶液优选还含有阴离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂可以是本领域技术人员所公知的各种阴离子表面活性剂，优选为十二烷基苯磺酸钠和/或十二烷基硫酸钠。所述阴离子表面活性剂的量可以在较大的范围内变动，优选情况下，在所述电解质水溶液中，所述阴离子表面活性剂的浓度为0.01-2克/升，更优选为0.1-0.8克/升。在上述优选情况下，能进一步提高锆或锆合金表面的耐腐蚀性、耐磨性、硬度以及耐刮性。

本发明的锆和锆合金的表面处理方法包括在电解液中以锆或锆合金为阳极，以不与电解液反应的导电材料为阴极，将阳极和阴极分别与电源的负极和正极电连接，将所述锆或锆合金进行阳极氧化，所述电解液为本发明所述的电解质水溶液。本发明只要将所述锆或锆合金在所述电解质水溶液中进行阳极氧化形成氧化膜即可达到本发明的目的。所述不与电解液反应的导电材料例如可以是不锈钢或石墨。

为了进一步提高锆或锆合金表面的耐腐蚀性、耐磨性、硬度以及耐刮性，优选情况下，所述阳极氧化的条件包括：所述电源为正向脉冲电源，电压为150-400V，占空比为10-40％，脉冲宽度为200-450Hz，电流密度为6-25A/dm²，电解液的温度为20-40℃，时间为5-40分钟。