[发明专利]一种钛及钛合金的电化学抛光液及抛光方法

说明书

本发明公开了一种钛及钛合金的电化学抛光液及抛光方法。该电化学抛光液中各组分及其含量为：氯化钠10‑40g/L；甘油40‑70％；乙二醇20‑40％；无水乙醇5‑20％；高氯酸0.1‑1％；添加剂1‑5g/L；所述添加剂由加速剂、整平剂和光亮剂组成。该电化学抛光液所含物质环保无毒，且在电化学抛光过程中无有毒气体生成；钛及钛合金工件经本发明电化学抛光后，表面呈现镜面光泽，其平均粗糙度可以低至10nm以下；该电解抛光液的腐蚀能力弱，对电解设备腐蚀小，可长期利用；该电化学抛光液只需要补充母液，可重复利用500次以上，稳定性强。

技术领域

本发明属于金属处理领域，具体涉及一种应用于钛及其钛合金的电化学抛光液及抛光方法。

背景技术

钛及钛合金具有密度小、抗腐蚀性能好、比强度高等一系列优异的特性，因而广泛应用于航空、航天、医疗等各个领域。但随着各种工业上对钛及钛合金表面平整要求的不断提高，制备出表面光亮平整的钛及钛合金就显得尤为重要。

目前，钛及钛合金表面平整化有很多种方法，主要分为机械抛光、化学抛光和电化学抛光三种方法。

机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光件的凸部而得到平滑面的抛光方法，但是机械抛光产生的划痕很难去除，同时夹杂抛光磨料，且样品表面留有残余应力。

化学抛光即酸腐蚀，是指让化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面，所采用的化学介质一般为氢氟酸或含氟离子的酸性溶液。由于对钛及钛合金基体进行化学抛光处理时会发生剧烈反应，F^-与Ti⁴⁺离子的络合物很稳定，能够紧密吸附在钛及钛合金表面，使钛及钛合金基体与空气隔绝，因此钛及钛合金基体表面无法生成钝化膜，这也是大部分钛及钛合金的电镀及其他表面处理用含氢氟酸的溶液腐蚀作为前处理的原因。然而氢氟酸是一种高毒物质，极易挥发到空气中，对环境和人体会产生巨大危害。

电化学抛光是基于金属阳极电化学溶解原理使金属表面逐渐达到微观平整的加工方法，可大大减少抛光件内部和表面残余应力，且不受钛及钛合金器件形状的限制，具有加工效率高、耐腐蚀等优点，其抛光后的光洁度与平整度比机械抛光更好。

现有用于抛光钛及钛合金的电解抛光液文献分析如下：

《钛合金的环保电化学抛光工艺》(于美、徐永振等，北京科技大学学报，2009，31(1)：68-73)公开了一种含高氯酸、高氯酸钠、乳酸、无水乙醇的钛合金抛光液，但使用该抛光液处理时，钛合金基体表面容易生成氧化膜，且该氧化膜硬度高，抛光难度大，钛合金表面易产生抛光纹路，难以达到镜面效果。

专利CN101798702公开了一种含1-3wt％氢氟酸、20-30wt％去离子水，余量为乙二醇的电解抛光液，但是该抛光液仍然会对人体产生危害，且对电解抛光设备的腐蚀性强，不利于长期使用，并且由专利申请文件中的附图3可以看出在10微米分辨率下，其表面仍然有抛光纹路，没有达到完全镜面效果。

专利CN1358240公开了含硫酸、氢氟酸和醋酸溶液构成的电解抛光液，存在如上所述的对人体产生危害，且对工厂设备腐蚀严重，不利于工厂长期使用的缺陷，并且抛光后钛合金表面平均粗糙度达到57nm以上。

其它不含氢氟酸的抛光液，如专利CN101148774中使用了大量的乙醇溶剂，挥发性较大且容易着火，不适用于工厂大量使用；专利US2008/0217186中使用甲磺酸，其电解液有较大毒性，不符合环保要求；专利CN102899711中使用乙酸和高氯酸混合溶液，其电解液中含有大量的高氯酸，对设备腐蚀严重且温度过高容易引起爆炸，该工艺也需要在低温环境下操作，条件苛刻，工业上难以实现大规模生产。

综上，现有用于钛及钛合金电化学抛光的电解液存在成分复杂，多含对环境或人体有害的物质，较难配制，工艺稳定性差和强酸性电解液对设备腐蚀严重等问题。因此研发低毒、安全、高效、稳定性好、对设备腐蚀性小的电化学抛光电解液及电化学抛光工艺具有明显的意义。