[發明專利]一種適用于鈦和鈦合金電化學拋光電解液及其使用方法

有效

• 申請號: 201110327361.3
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102312277A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 王周成;嚴維力
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C25F3/26
• 分類號: C25F3/26
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種電解液，尤其是涉及一種鈦及鈦合金電化學拋光的電解液及其拋光方法。

背景技術

鈦及其合金因其良好的物理、化學和生物特性，在醫學器械、化工機械、航天航空甚至是日常生活用品等領域得到越來越廣泛的應用。表面拋光對提高鈦及鈦合金的裝飾性、耐蝕性、耐磨性和生物相容性等具有重大的意義。在眾多的表面拋光技術中，電化學拋光因其具有高效率、高精度、速度快、勞動強度小的優勢，并且具有表面無加工硬化層、耐蝕、耐磨反射率高等一系列優點而得到廣泛的應用。然而，由于鈦的鈍化和自鈍化能力很強，因此難以在傳統的電化學拋光液中取得令人滿意的拋光效果，表面易產生浸蝕、點蝕和流痕等加工缺陷。

在傳統的鈦及鈦合金電化學拋光中，常以氫氟酸、高氯酸、醚類、甲醇、無水氯化鋁和無水氯化鋅等易揮發、強刺激性且對人體和環境有毒有害的化學品作為基本的電解液。這類電解液不僅增加了操作的危險性，而且對人體和環境均有嚴重的毒害作用。相比之下，甲酰胺-氨基磺酸體系因其低毒低害、環境友好等特點得到較多的關注。然而該體系卻存在著電解液容易老化失效、難以再生而且價格昂貴等致命缺點，難以在工業上實現大規模的應用。因此，優化甲酰胺-氨基磺酸電化學拋光體系具有重要的工業應用意義。

中國專利CN101798702A公開一種鈦及鈦合金電化學拋光的電解液及其表面拋光方法，所述電解液包括氫氟酸1～3質量％，去離子水20～30質量％，余量為乙二醇。拋光方法包括如下步驟：(1)配制電解液；(2)陽極氧化處理；(3)去氧化層處理。利用該電解液進行拋光處理可得到光滑鈦及鈦合金表面。該電解液具有很好的安全性和環保性。

發明內容

本發明的目的是提供一種不含有傳統鈦電化學拋光中常用的氫氟酸、鉻酸、高氯酸、甲醇、醚類等對人體及環境有毒有害物質的適用于鈦和鈦合金電化學拋光電解液及其使用方法。

所述鈦及鈦合金電化學拋光電解液由甲酰胺、乙二醇、氨基磺酸、氯化鈉和添加劑組成，按體積比，所述甲酰胺為80％～90％，乙二醇為10％～20％，在每升甲酰胺和乙二醇溶液中加入氨基磺酸120～200g、氯化鈉1～5g和添加劑0.1～0.5g。

所述添加劑可選用OP-10乳化劑、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨等中的一種。

所述鈦及鈦合金電化學拋光電解液的制備方法如下：

將氨基磺酸溶解于甲酰胺中，再依次加入乙二醇、氯化鈉和添加劑，混合后即得鈦及鈦合金電化學拋光電解液。

所述鈦及鈦合金電化學拋光電解液的使用方法為：

1)利用低溫冷卻液循環泵將電解液溫度穩定在0～10℃；

2)選用直流穩壓電源作為電化學拋光的電源，以待拋光的鈦或鈦合金作為陽極，不銹鋼板或鈦板作為陰極；將陰極和陽極浸入鈦及鈦合金電化學拋光電解液中，接通電源，選用恒電流模式；

3)將拋光后的樣品取出，清洗后，取出烘干。

在步驟2)中，所述恒電流模式中，電流密度為0.8～2.0A/cm²，電化學拋光時間為2～5min。

在步驟3)中，所述清洗，可先用清水沖洗，再置于去離子水中超聲波清洗。

所述鈦及鈦合金經電解液電化學拋光后的表面效果用表面粗糙度和表面光澤度這兩個指標進行評價，并通過表面微觀形貌檢測加以比較說明，具體方法如下：

1)表面粗糙度。按照GB/T3505-2000中的規定進行檢測，選用評定輪廓算術平均偏差(Ra)作為表面粗糙度的評價指標。Ra值由北京時代之峰科技有限公司的TR200手持式粗糙度儀直接測得。

2)表面光澤度。通過測量表面反射率(R％)來間接反映樣品的表面光澤度。表面反射率由Varian?Cary?5000紫外-可見-近紅外分光光度計的鏡面反射模式測得。測定時，以標準光學鏡面的表面反射率作為基準，即認定其表面反射率為100％，然后以此來考察鈦及鈦合金的表面反射率。

3)微觀形貌檢測。拋光前后的鈦及鈦合金的表面微觀形貌由德國LEO公司的1530場發射高分辯掃描電鏡檢測。

與現有的鈦及鈦合金電化學拋光技術相比，本發明具有如下的優點：

1)本發明提供的鈦及鈦合金電化學拋光電解液，不含有傳統鈦電化學拋光中常用的氫氟酸、高氯酸、醚類、甲醇、無水氯化鋁和無水氯化鋅等易揮發、強刺激性且對人體和環境有毒有害的化學品，且電化學拋光過程中不產生有毒有害的刺激性氣體。電解液對環境危害小，有較好的安全性和環保型。