[发明专利]一种钛及钛合金表面阳极氧化着色的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛及钛合金表面阳极氧化着色工艺；尤其适合，在钛或钛合金表面获得阳极氧化膜。

背景技术

近年来，钛及钛合金因其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、民用工业、民生用品等各个领域。例如：在航空航天方面，由于钛及钛合金比重小、重量轻、比强度高，而应用于新一代飞机生产；在医学上，钛及钛合金耐腐蚀性好，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领域，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；此外，在日常消费品如手表、手机外壳，笔记本外壳，眼镜框，镜架等方面的应用也在不断的扩大。

但是，钛及钛合金也有一些不足之处，如耐磨性差，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，为进一步扩大钛的应用领域，必须对其表面进行改性处理。而钛及钛合金表面阳极氧化是一种工艺简单，成本低廉，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。而国内关于钛及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，一般工程上的钛及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，在使用其过程中易对设备、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。因此开发出一种无氟环保型阳极氧化新技术迫在眉睫。此外，采用传统的钛合金阳极氧化工艺所获得的氧化膜表面容易被污染，指纹污染后颜色易发生变化，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，钛及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。

目前钛及钛合金阳极氧化着色工艺存在的问题：

(1)阳极氧化工艺工程上一般都含酸腐蚀活化步骤，而且一般采用的主要物质为含氢氟酸(或氟化物)的溶液，对环境污染严重，不利于安全生产。

(2)阳极氧化工艺获得的氧化膜表面较粗糙，色彩不够绚丽，光泽度不够高，在装饰品领域(如钛首饰方面)的应用受到限制。

(3)阳极氧化工艺所采用的电解液一般以磷酸和磷酸盐为主，导致废液的处理较为困难。

钛及钛合金阳极氧化着色工艺存在的难点：

(1)由于钛化学性质活泼，经加工后的零件表面不仅存在自然形成的氧化膜，而且还存在污染层。这些膜层的存在会引起着色不均匀，但是去除这些膜层的方法又很少。

(2)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。

(3)阳极氧化膜表面能较高，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，被污染后难恢复，从而影响其美观，影响装饰效果。

发明内容

本发明的目的在于解决上述难点、问题，弥补目前阳极氧化工艺的不足；旨在提供一种廉价、简单，无氟环保型工艺方法，以实现达到绿色安全生产和可持续发展。

本发明工艺步骤如下：

装挂步骤1→除油，清洗步骤2→电解抛光步骤3→第二次清洗步骤4→阳极氧化步骤5→第三次清洗步骤6→拆卸步骤7→干燥，检验步骤8；

其中：步骤3是在20～30℃，电流密度10～20A·dm^-2，电压15～40V下，以钛或钛合金工件为阳极，不锈钢网或钛网为阴极，工作距离为2～15mm，阴阳面积比为1～10∶1，在非水电解液中电解抛光；

步骤5是在15～35℃，电流密度5～10A·dm^-2，电压13～92V下，将氧化前处理后的钛或钛合金放入无磷电解液中阳极氧化处理2～10min。

所述的除油，清洗步骤包括除油步骤，流动热水洗步骤，流动冷水洗步骤。

所述的第二次清洗步骤包括流动冷水洗步骤和去离子水洗步骤。

所述第三次清洗步骤包括流动冷水洗步骤和流动热去离子水洗步骤。

所述的钛为工业纯钛，钛合金为TC4钛合金。