[发明专利]一种对环境友好的彩色钛合金阳极氧化膜制备方法

说明书

本发明提供了一种对环境友好的彩色钛合金阳极氧化膜制备方法，通过控制阳极电位或电流，在弱碱性的复配体系使钛或钛合金表面在较低的电压或电流下产生均匀完整的一系列彩色氧化膜。

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，涉及一种能够获得彩色钛合金阳极氧化膜且对环境友好的方法。

背景技术

钛合金质量轻、耐蚀性优异，作为重要的结构金属之一，其应用范围也逐渐广泛，在多个领域占有重要地位。随着社会的进步和科技的发展，在钛合金满足使用性能和耐蚀性能之外，对其外观的要求也越来越高，而阳极氧化处理可以使钛合金表面呈现不同色彩而获得美丽的外观。而阳极氧化技术是一种表面改性技术，主要是对特定溶液中的金属施加阳极电压或电流，从而在金属表面生成一层氧化薄膜。而钛合金阳极氧化生成的纳米级薄膜由于光的干涉作用，可呈现出不同的色彩，由于不同的膜厚会产生不同的干涉效应，因此可以通过控制钛合金阳极氧化膜的厚度使钛合金呈现不同的色彩。

目前的钛及钛合金的阳极氧化着色技术已经较为成熟，主要是采用主流电源通过施加阳极恒压或恒电流的方式进行，阳极氧化一般是在磷酸、硫酸、磷酸盐、硅酸盐等强酸或相应的盐溶液中进行，可以获得一系列彩色氧化膜。但是，以上强酸具有强腐蚀性，硅酸盐溶液由于容易形成溶胶会造成氧化膜均匀性差，色彩不鲜艳。如中国发明专利CN101717982公开了“一种无氟环保型钛合金表面阳极氧化着色方法”，采用了磷酸钠、硅酸钠、酒石酸、丙三醇溶液体系，工作电压8～96V。该方法工艺较复杂，且出现Si和P的掺杂，容易获得不均匀的颜色，且获得部分色彩的氧化膜需要通过较高的电压来实现。中国发明专利CN105239133A公开了“一种钛及钛合金表面阳极氧化着色方法”，采用浓硫酸和甲基磺酸的溶液体系，在3～15V的较低电压下获得了彩色氧化膜。该方法使用的溶液具有强腐蚀性，具有安全隐患。中国发明专利CN108301029A公开了“一种钛表面无掺杂低缺陷的彩色阳极氧化膜制备方法”，采用了无机酸硫酸、盐酸、硝酸中的至少一种，或有机酸甲酸、乙酸、柠檬酸、草酸、水杨酸、磺基水杨酸中的一种，或无机盐硫酸锰、草酸锰、硫酸亚锡、钼酸铵、柠檬酸钠中的一种，且上述每种酸或盐在溶液体系中体积溶度小于3％。，在电压20V～100V获得了蓝色、金黄色、洋红色和绿色的氧化膜。该方法采用的体系属于强酸或相应的盐溶液，不符合环保的要求。且红色和绿色的获得需要在较高电压下获得。中国发明专利CN1844483B“钛及钛表面阳极氧化着色的方法”和CN108301029A“一种钛合金阳极氧化着色工艺”分别在含磷酸、草酸、硫酸锰的溶液体系和无机酸磷酸、硫酸溶液体系获得均匀的彩色氧化膜，均强酸体系，仍不符合环保要求。综上所述，目前的钛合金阳极着色方法所采用的体系多为强酸体系，或含有P、S等环境不友好元素的强酸盐；且部分色彩的氧化膜需要在较高电压下获得，对于较大面积的工件，将需要较大电流，阳极氧化过程中产生较大热量，影响成膜的均匀性，同时造成较大的功耗，不经济。

针对以上发明的不足，本发明选择了在环境较为友好的弱酸、弱酸盐溶液体系中，在尽量较低的电压范围内对钛合金进行阳极氧化着色。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明提供一种对环境友好的彩色钛合金阳极氧化膜制备方法，通过控制阳极电位或电流，在弱碱性的复配体系使钛或钛合金表面在较低的电压或电流下产生均匀完整的一系列彩色氧化膜。

为解决上述技术问题，本申请提供一种对环境友好的彩色钛合金阳极氧化膜制备方法，其包括：

第一步，钛合金表面处理；

第二步，阳极氧化着色；

第三步，后处理。

其中，所述第一步采用机械打磨与电解抛光结合的方法处理钛合金表面。

其中，所述电解抛光所采用的电解液是乙醇、n-丁醇、氯化铝溶液、氯化锌形成的电解液溶液。

其中，所述第二步中，以钛合金工件为阳极，石墨为阴极，放入阳极氧化溶液体系进行氧化着色。