[发明专利]一种纯钛表面双层防护膜层的制备方法

说明书

一种纯钛表面双层防护膜层的制备方法，本发明涉及材料表面处理技术领域，具体涉及一种纯钛表面双层防护膜层的制备方法。本发明是要解决现有钛及钛合金存在的硬度低、高温耐蚀性能差的问题。方法：一、阳极氧化膜的制备过程；二、溶胶凝胶膜的制备过程。本发明用于纯钛表面处理。

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，具体涉及一种纯钛表面双层防护膜层的制备方法。

背景技术

钛及钛合金是国防工业中一种重要的结构材料，具有良好的机械性能，其比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比铝、钢具有更优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能，并且能在惰性介质中切割与焊接，在国民经济中得到广泛应用。但钛及钛合金存在一些固有的缺陷。纯钛维氏硬度只有150～200HV，钛合金硬度一般不超过350HV，其硬度低、耐磨性差，对黏着磨损敏感。钛及合金在自然状态下，表面极易形成一层几纳米厚的天然氧化膜起到防护作用，但这种氧化膜除了含有热力学上稳定的TiO₂，还含有一些热力学上不稳定的Ti₂O₃和TiO，在机械应力下，氧化膜容易遭到破坏，加速了腐蚀。另外，在高温下，钛的化学活性增大，极易与大气中O、N、H、CO、CO₂、水蒸气、氨气等产生化学反应。含碳量大于0.2％时，会在钛合金中形成TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN。因此，钛及钛合金在高温时热力学腐蚀倾向显著增大，影响其使用性能，限制了其应用范围。在钛和钛合金的实际工程应用中，有些情况是在高温和高压等恶劣工况条件下工作，要求使用寿命长及性能可靠。而腐蚀、磨损等失效形式多发生于材料表面，所以材料表面的特性和结构直接影响材料的综合性能。

发明内容

本发明是要解决现有钛及钛合金存在硬度低、高温耐蚀性能差的问题，而提供一种纯钛表面双层防护膜层的制备方法。

一种纯钛表面双层防护膜层的制备方法具体是按以下步骤进行：

一、阳极氧化膜的制备过程：

①纯钛表面预处理：对纯钛表面进行打磨，再采用氧化铝抛光液在金相试样抛光机上进行抛光处理，然后放在装有无水乙醇的超声波清洗机中清洗2～3min，得到试样；

②浸蚀处理：在室温下将试样浸渍于浸蚀酸液中腐蚀1～2min中取出，再采用无水乙醇清洗1～3次，得到纯钛试样；

③阳极氧化过程：将电解液倒入不锈钢槽中，采用脉冲阳极氧化电源，将不锈钢槽与电源的负极相连接作为阴极，纯钛试样与电源正极相连接作为阳极；接通电源进行阳极氧化，阳极氧化结束后关闭电源，取出阳极氧化后的纯钛试样，采用蒸馏水冲洗1～3次，之后用吹风机吹干备用，即完成纯钛表面覆阳极氧化膜；

二、溶胶凝胶膜的制备过程：

①溶胶所需试剂的称取：称取钛酸四丁酯、正丁醇、硝酸、三乙醇胺、电气石粉和蒸馏水作为原料；所述钛酸四丁酯、正丁醇、硝酸、三乙醇胺和蒸馏水的摩尔比为1:(30～40)：(1～2):(0.2～0.4):(2～3)；所述正丁醇分为2/3体积的正丁醇和1/3体积的正丁醇；

②溶胶的制备过程：先将钛酸四丁酯和2/3体积的正丁醇混合，搅拌20～30min，然后再加入三乙醇胺搅拌20～30min，所述钛酸四丁酯、正丁醇、三乙醇胺组成的混合溶液作为溶液Ⅰ；将硝酸与蒸馏水混合，搅拌20～30min，作为溶液Ⅱ；将电气石粉与剩余1/3体积的正丁醇混合，搅拌2～3h，作为溶液Ⅲ；将溶液Ⅱ与溶液Ⅰ混合并搅拌2～3h后获得溶液Ⅳ；再将溶液Ⅲ缓慢滴入溶液Ⅳ中获得溶液Ⅵ，滴定时间为30～40min；最后将溶液Ⅵ在室温下静置24～48h获得溶胶体系；所述电气石粉占溶液Ⅲ总质量的0.2～0.6％；

③涂膜：将阳极氧化后的纯钛试样浸渍于溶胶体系中，以3～5cm/min的速度匀速提拉出来后，放入干燥箱中烘干，重复进行浸渍-提拉过程3～4次，即完成涂膜过程，得到覆膜试样；