[發(fā)明專利]一種用于膠接前的鈦合金表面處理方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210017557.7
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN102586833A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 曲春艷;宿凱;李琳;王德志;馮浩;張楊;李洪峰
• 申請（專利權）人: 黑龍江省科學院石油化學研究院
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發(fā)明涉及一種鈦合金膠接前的表面處理方法。?

背景技術

鈦合金具有比強度高、耐溫性能好、抗腐蝕性能好，特別是與碳纖維復合材料等有良好的電化學相容性和相近的熱膨脹系數等特點，使得鈦合金與復合材料膠接結構廣泛應用于航空航天領域，目前在航空航天領域常用的鈦合金/碳纖維復合材料膠接結構，由其所制成的構件有很多屬于主承力和次承力膠接結構構件，所以膠接接頭的膠接性能，尤其是耐久性能至關重要，而目前的鈦合金表面處理方法雖然可以使鈦合金/碳纖維復合材料膠接接頭有較高的膠接強度，但是其耐久性能卻相對較差。膠接結構中，膠接接頭的強度及其耐久性至關重要，被粘材料的表面性質又直接影響膠接接頭的性能，因此被粘材料表面處理的研究非常重要的。?

目前鈦合金的表面處理方法主要有機械方法、化學方法、電化學方法、物理方法，如Clearfield等人用噴砂(機械法)處理的TC4/FM-300M膠接件450℃真空熱老化其性能優(yōu)于鉻酸陽極氧化(CAA)，但濕熱耐久性較差；Mahoon研究了一種堿性過氧化物蝕刻法(化學法)減少了鈦合金的析氫腐蝕，所產生的金紅石型氧化層具有膠接強度高且在200℃穩(wěn)定的特點；Melvin?C.Locke和Yokimori?Moji用CAA處理的鈦合金表面氧化層有明顯的微觀粗糙度(峰到谷2.1μm)，厚度40～80nm，具有欄狀層細胞結構和凸形纖維結構增加機械互鎖，提高了耐久性，但鉻酸毒性較強，此種方法不宜推廣；目前最有效的提高鈦合金膠接試件耐久性的方法為Ramani?K.使用準分子激光處理增加表面粗糙度并形成薄氧化層，由其所制備的膠接件耐久性達到1400d濕熱環(huán)境下沒有破壞，但目前此方法費用較高，難于工業(yè)化生產。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決現有鈦合金表面處理法存在膠接件的濕熱耐久性差、對人體造成傷害較大、膠接件廢棄物的處理難度大和較高的生產成本問題，而提供一種用于膠接前的鈦合金表面處理方法，主要用于與碳纖維/環(huán)氧復材膠接。?

本發(fā)明的一種用于膠接前的鈦合金表面處理方法是按照以下步驟進行的：?

一、初步除油：分別取鈦合金和純銅，然后用乙酸乙酯或丙酮擦除鈦合金和純銅表面的油污，再用去離子水或蒸餾水清洗1～2次；?

二、機械處理：用350～450目金剛砂對步驟一初步除油后的鈦合金表面進行噴砂處理?5～10min；?

三、堿液除油：將步驟二機械處理后的鈦合金放入除油液中，在室溫下，反應10～15min后，用蒸餾水或去離子水清洗1～2次；其中，所述的除油液是將30～50g/L的氫氧化鈉、30～60g/L的磷酸鈉、20～30g/L的碳酸鈉、10～50g/L的過氧化氫和3～10g/L的硅酸鈉溶于去離子水中制成的；?

四、酸液腐蝕：將步驟三堿液除油處理后的鈦合金放入腐蝕液中，在室溫下反應15～30min后，用蒸餾水或去離子水清洗1～2次；其中，所述的腐蝕液是將250～450g/L的硝酸和30～40g/L的氫氟酸溶于去離子水中制成的；?

五、堿液陽極氧化：以經步驟四酸液腐蝕處理后的鈦合金作為陽極，以經步驟一初步除油處理后的純銅作為陰極，置于陽極氧化處理液中，在陽極氧化處理液的溫度為10℃～40℃，電壓為5～30V，電流密度為1～5A/dm²的條件下，反應30～90min，然后用蒸餾水或去離子水洗凈上述反應后的鈦合金1～2次；其中，所述的陽極氧化處理液是將200～400g/L的氫氧化鈉、30～70g/L的過氧化氫、3.1～8.6g/L的硅酸鈉、10～20g/L的乙二胺四乙酸和40～80g/L的酒石酸鈉溶于去離子水中制成的。?

本發(fā)明的優(yōu)點在于：經過機械結合陽極氧化處理步驟中整個過程不采用鉻酸及鉻鹽，大大降低對人體的危害，減少了生產成本，降低了膠接件廢棄物的處理難度。另外，本發(fā)明的陽極氧化技術可在TC4，TA15上生成1～5μm的氧化膜，本發(fā)明的氧化膜為微觀粗糙結構，表面能高，膠接耐久性能好，鈦合金與碳纖維/環(huán)氧膠接件在此濕熱條件下的常溫測試強度的下降率為16.44％，在溫度為55℃，RH?90～95％的濕熱老化箱中老化1000h，在71℃，RH95～100％，10.3MPa持久應力環(huán)境下老化60天不斷；分別在溫度為49±3℃的20144型(主體成分為磷酸三丁酯)、TT-S-735(碳氫化合物)中浸漬30天，其常溫剪切保有率可達75％以上。?

附圖說明