[发明专利]一种钛及钛合金表面黑色氧化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛及钛合金，尤其是涉及一种钛及钛合金表面黑色氧化方法。

背景技术

近年来，由于钛及钛合金由于具有热稳定性与生物相容性好，以及比强度高等优异性能，而越来越受到人们的关注，广泛应用于国防科技，航天航空、医疗材料、建筑及日常生活必须品等许多领域。例如：在航空航天方面，由于钛及钛合金比重小、重量轻、强度高，而应用于新一代飞机生产；在现代国防军事装备中，为了适应对材料高强度、耐腐蚀和轻量化的要求，在武器装备制造中越来越多地采用钛及钛合金材料，用于取代铝合金或钢结构件；在医疗器械方面，钛及钛合金生物相容性好，广泛应用于手术器械，牙齿、骨骼及血管内支架等，成为一种引人注目的生物金属材料；在建筑上，由于钛及钛合金独特的特点，其用量逐年增加，一些发达国家也相继建起了钛材建筑物；钛及钛合金在日常生活必须品如手机、手表外壳、IT外设等方面的应用也在不断地扩大，逐渐成为一种时尚潮流。

但是，钛及钛合金也有一些不足之处，如耐磨性、电导率和热导率低，不易承受钎焊，对氢和熔盐应力腐蚀比较敏感，与其他金属接触易发生接触腐蚀等，限制了其应用范围。另外，在许多应用领域为了达到某些特殊的目的，钛及钛合金表面则需要制备一层具有消光效果的黑色氧化膜。例如：在国防军事装备中，为了降低装备的热辐射，提高其隐蔽性；在医疗手术器械方面，为了降低金属光泽，消除医护人员的视觉疲劳，有利于手术的顺利进行；在日常生活必须品如手机、手表外壳、IT外设等方面，为了提高装饰性。因此，钛及钛合金表面进行改性处理是必不可少的。而目前，钛及钛合金表面处理技术中，能够获得黑色钛氧膜的技术方法却很少。虽然也有些技术可以达到目的，但其工艺条件苛刻，步骤繁琐，且能耗大。如中国专利CN200710188529.0所述的钛表面制备黑色氧化钛膜，是钛氧化后在真空条件下经过热处理而获得的。

近期迅速发展起来的钛表面阳极氧化技术，因其工艺简单，氧化膜耐磨性能、防接触腐蚀性和防氢脆性能好，是一种成本低廉，效果显著的表面处理方法，在工业生产中得到了广泛应用。虽然钛及钛合金表面阳极氧化着色的配方比较多，但绝大多数配方获得的氧化膜呈彩色，极少数能够获得具有消光作用的黑色阳极氧化膜。而且，目前钛及钛合金黑色阳极氧化工艺引入了六价铬有毒有害物质，对人体和环境都易构成危害。六价铬为吞入性/吸入性毒物，皮肤接触可能导致敏感；更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌；而且对环境有持久危险性。

现有的黑色阳极氧化工艺技术存在的问题如下：

1)氧化膜表面易产生裂纹、粉化，使得膜层与基体间的结合力差，从而导致膜层易脱落；

2)阳极氧化电解液中含有对环境严重污染的物质(如含有六价铬的化合物)；

3)公开的黑色阳极氧化专利是在高电压(180～200V)下形成灰黑色膜层，不仅增加了能耗，而且给操作人员带来了潜在的危险。

现有的黑色阳极氧化工艺技术存在的难点如下：

1)钛及钛合金化学性质活泼，自身就能形成具有一定保护性能的氧化物膜层，该膜层具有化学不稳定性很容易出现缺陷妨碍阳极氧化膜与基底结合，同时导致氧化膜色泽不均匀，达不到消光的作用；

2)氧化膜表面易产生裂纹等表面缺陷，发生粉化等不良现象，膜层与基体间的结合力差；

3)工艺条件的变动对着色效果及膜层性能影响较大，要获得均匀地黑色且性能优良的膜层必须严格控制条件，包括：电解液成分、电压、氧化时间、温度、电流密度等。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有的黑色阳极氧化工艺技术存在的问题和难点，提供一种环保、成本较低、操作简单、能耗较低的钛及钛合金表面黑色氧化方法。

本发明包括以下步骤：

1)将钛或钛合金工件碱洗除油；

2)将经碱洗除油后的钛或钛合金工件酸洗；

3)将经碱洗和酸洗处理后的钛或钛合金工件放入黑色氧化溶液中进行黑色氧化处理后取出，流动水洗，获得黑色氧化膜；

4)将黑色氧化后的钛或钛合金工件放入沸腾的去离子水中封闭处理，以提高氧化膜的耐蚀性；

5)将封闭处理后的钛或钛合金工件热处理，去除表面水分，得表面已黑色氧化的钛及钛合金。