[发明专利]一种无氟环保型钛合金表面阳极氧化着色方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金表面的阳极氧化着色，尤其是涉及一种无氟环保型钛合金表面阳 极氧化着色工艺。

背景技术

近年来，由于钛合金具有独特的性质而越来越受到人们的关注，因此被广泛应用于国防 尖端科技领域和民用工业方面。例如：在航空航天方面，由于钛合金比重小、重量轻、比强 度高，而应用于新一代飞机生产；在医学上，钛合金生物相容性好，与人体排斥性低，广泛 应用于牙齿和骨骼的种植体，以及血管内支架等医疗器械方面，成为一种引人注目的生物金 属材料；在建筑上，由于钛合金独特的特点，其用量逐年增加，一些发达国家也相继建起了 钛材建筑物；此外，在日常生活必需品如手表、手机外壳、眼镜框和镜架等方面的应用也在 不断地扩大。

但是，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 及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。因此， 为进一步扩大钛合金的应用领域，必须对其表面进行改性处理。而对钛合金表面进行阳极氧 化处理是一种工艺简单、效果显著的表面处理技术。国外在20世纪60～70年代就十分重视 钛阳极氧化工艺的研究，取得了较大进展，并应用于各行业。而国内关于钛合金表面阳极氧 化处理方面的研究相对较晚，至今仍未建立相应的国家标准。

目前，一般工程上的钛合金阳极氧化工艺中的酸腐蚀活化步骤所采用的主要物质为含氢 氟酸(或氟化物)的溶液。如现有的阳极氧化工艺的行业标准(HB/Z347-2002)中所采用的 两种腐蚀液中均含氢氟酸。而氢氟酸是一种高毒物质，极易挥发到空气中，在使用过程中易 对设备、工人身体健康造成一定程度的危害；且在排放过程中只能对其进行稀释后排放，而无 其他处理方式，易对环境造成一定程度的污染。因此开发出无氟环保型阳极氧化工艺新技术 迫在眉睫。此外，采用传统的钛合金阳极氧化工艺所获得的色膜容易被污染，指纹污染后会 使颜色发生变化，且被污染后不易恢复，严重影响了其装饰效果，限制了其应用范围。总而 言之，钛合金阳极氧化着色工艺存在以下的几个问题和几个难点。

目前钛合金阳极氧化着色工艺存在的问题：

(1)钛合金随着各种工艺条件的变化，氧化膜色泽很难保持一致。

(2)传统的阳极氧化工艺含有对环境有害的物质(如含铬的化合物)。

(3)采用磷酸和硫酸组成的阳极氧化可以通过控制电压获得一定的着色效果，但是，由 于酸性太强导致可操作范围低，温度过高将导致膜层融解引起色泽不均匀。

(4)公开的阳极氧化着色专利只能形成单一的着色效果(中国专利200310103374.8)。

(5)目前文献报道的钛合金阳极氧化着色工艺中均采用高毒物氢氟酸(或氟化物)等对 钛合金表面进行酸洗活化处理。

钛合金阳极氧化着色工艺存在的难点：

(1)由于钛合金化学性质活泼，经加工后的钛合金零件表面不仅存在自然形成的氧化膜， 而且还存在污染层。这些膜层既妨碍了阳极氧化膜与基底结合，又导致了氧化膜色泽不均匀。

(2)传统的阳极氧化着色只能获得单一的着色效果，当不同厚度的氧化膜叠加会导致色 泽不均匀。

(3)工艺条件的变动对着色效果影响较大，要获得均匀的着色效果必须严格控制条件， 包括：温度、电流密度、电压、电解液成分等。

(4)阳极氧化色膜表面能较高，膜表面易吸附脏污物质而被污染，易发生指纹污染而使 颜色发生变化；另外，色膜被污染后难恢复，从而影响其美观，影响装饰效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的钛合金阳极氧化着色工艺存在的上述难点和问题，提供一 种无氟环保型钛合金表面阳极氧化着色方法。

本发明包括以下步骤：

1)将钛合金工件碱洗除油；

2)将碱洗除油后的钛合金工件电解抛光；

3)将电解抛光后的钛合金工件进行阳极氧化着色，得不同色泽的钛合金氧化膜；

4)将阳极氧化着色后的钛合金工件封闭处理；

5)将封闭处理后的钛合金工件烘干，得表面阳极氧化着色的钛合金工件。