[發明專利]一種制備鈦合金表面防污損陶瓷膜電解液及微弧氧化方法

有效

• 申請號: 201310172757.4
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103233260A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 于思榮;姚強;劉恩洋
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于金屬材料表面改性技術領域，具體涉及鈦合金表面微弧氧化處理，特別是涉及一種微弧氧化法制備鈦合金表面耐磨耐蝕防生物污損陶瓷膜的電解液及具體的微弧氧化操作方法。

背景技術

對于在海洋環境中使用的大多數設備和材料，由于各種微生物和海洋生物附著和增殖而造成生物污損和微生物腐蝕，導致它們的使用性能和壽命顯著降低。生物污損會增加管壁和艦船外殼的動力阻力，增加熱交換器的熱阻和水壓，導致過濾器等多孔元件的堵塞。資料表明，0.1mm厚的生物膜就會增加摩擦阻力10%以上；1mm厚的微生物粘膜，其摩擦阻力增加80%，使船速降低10%。此外，微生物誘發的腐蝕現象也非常嚴重，僅因硫酸鹽還原菌產生的硫化氫的腐蝕作用就使石油工業的生產、運輸和貯存設備每年遭受數億美元的損失。迄今為止，控制生物污損和微生物腐蝕的唯一有效措施是使用殺菌劑，但是由于環保問題，化學殺菌劑的使用越來越受到限制。因此，開發新型有效的符合環保要求的防生物污損和微生物腐蝕的措施勢在必行。

隨著海洋石油鉆探與開采的快速發展，鈦合金部件如鈦泵、閥、接頭、緊固件、夾具和零配件等的應用越來越多，使得石油鉆探可以進入更深的水域和油井，并適應更高的溫度和腐蝕更嚴重的生產環境。國外海上石油勘探測井儀器外殼上也大量使用了鈦合金。盡管鈦合金具有優異的耐腐蝕性能，但作為海洋石油裝備材料，在海洋環境下長期服役，鈦合金與異種金屬表面發生接觸腐蝕、磨損及生物污損是難以避免的。因此采取措施對鈦合金表面進行保護，提高其在海洋石油環境中的耐磨耐蝕防止生物污損性能非常必要。

中國專利公開號為CN102409353A，公開日為2012年4月11日，申請日為2011年11月15日，發明創造名稱為“一種分布式鈦合金管路電解防污裝置”，申請人是中國船舶重工集團公司第七二五研究所，該申請案中公開了一種分布式鈦合金管路電解防污裝置，包括直流電源、電解陽極、法蘭式陰極、電纜、開關元件和鈦合金管路，通過電解海水產生氯氣和次氯酸根防污劑，達到防污目的。不足之處是裝置復雜，影響海洋石油裝備的生產作業，也沒有耐磨耐蝕作用。《材料開發與應用》雜志2012年第27卷第6期第48-53頁刊登了中國船舶重工集團公司第七二五研究所撰寫的“鈦合金表面微弧氧化納米防污涂層及性能研究”的論文，主要介紹了一種采用微弧氧化技術在Ti-6Al-3Nb-2Zr合金表面制備出納米防污陶瓷涂層的方法，其電解液由磷酸鹽、防污劑和去離子水混合配制。但文中沒有提及電解液的具體成分及配比，也沒有給出微弧氧化處理的具體工藝參數。

微弧氧化是一種在Mg、Al、Ti等閥金屬及其合金表面原位生長氧化物陶瓷膜的新技術。采用微弧氧化技術可在鈦合金表面原位生成一層陶瓷絕緣層，顯著改善鈦合金的耐蝕性、耐磨性及絕緣性。如果電解液中含有防生物污損的元素，在微弧氧化過程中防生物污損的元素也會參加反應，生成的陶瓷膜也會具有防生物污損的功能。氧化亞銅是使用歷史最悠久的防生物污損劑之一。氧化亞銅在海水中會發生分解產生銅離子，而溶解于海水中的銅離子能使生物賴以生存的主酶失去活性或直接使生物的細胞蛋白質轉變成金屬蛋白質沉淀物，使生物組織發生變化而死亡。氧化亞銅作為防生物污損劑具有安全、價廉等優點，在整個防生物污損涂料的發展進程中發揮著重要作用。

本發明開發一種采用微弧氧化法制備鈦合金表面耐磨耐蝕防生物污損陶瓷膜電解液，并通過一系列簡單的操作過程將氧化亞銅的防污作用與鈦合金微弧氧化陶瓷膜的耐磨耐蝕性有機結合起來，制備同時具有耐磨耐蝕和防海洋生物污損的多功能表面陶瓷膜。其工藝過程簡單，成本低，實用性強，適合工業化生產。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服鈦合金在海洋惡劣的服役環境中易與異質金屬發生接觸腐蝕、易磨損及易產生海洋生物污損及生物腐蝕等問題，提供一種采用微弧氧化法制備鈦合金表面耐磨耐蝕防生物污損陶瓷膜的電解液以及具體的微弧氧化操作方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

微弧氧化法制備鈦合金表面耐磨耐蝕防生物污損陶瓷膜電解液中包含：鋁酸鈉、氟化鈉、氫氧化鉀、硫酸銅及絡合劑。按質量與總體積比，電解液中鋁酸鈉、氟化鈉和氫氧化鉀的濃度均為1-10g/L，五水硫酸銅的濃度為0.5-5g/L。電解液中絡合劑為乙二胺四乙酸鈉、氨水之一種或兩種，按質量與總體積比，二水乙二胺四乙酸鈉濃度為0.5-5g/L，氨水濃度為0-60mL/L。

采用本電解液處理鈦合金試樣表面的工藝流程為：