[發明專利]一種添加氟化物的乙二醇溶液中鈦鋁合金陽極氧化的方法

有效

• 申請號: 201410798497.6
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104532321A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 曹華珍;莫敏華;林均品;鄭國渠;伍廉奎
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;北京科技大學
• 主分類號: C25D11/06
• 分類號: C25D11/06;C25D11/26
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王曉普

技術領域

本發明屬于金屬材料高溫抗氧化領域，具體涉及一種添加氟化物的乙二醇溶液中鈦鋁合金陽極氧化的方法，用于鈦鋁合金抗高溫氧化。

技術背景

鈦鋁合金具有密度低、比強度高、彈性模量高、高溫抗蠕變能力好等優點，是一種極具應用前景的高溫材料，被應用于航空發動機高壓壓風機和渦輪葉片等高溫零部件。然而，鈦鋁合金的實際使用溫度被限制在750-800℃，由于在更高溫度下，鈦和鋁與氧的親和能力差不多，合金表面形成的是TiO₂和Al₂O₃混合層，氧化膜的生長速率很快，容易發生剝落。

為了克服以上問題，國內外學者采用了合金化、離子注入法、表面涂層和陽極氧化等方法改性來提高鈦鋁合金的使用溫度。其中，陽極氧化法是一種控制陽極氧化參數制備結構和性能不同陽極氧化膜的方法，氧化膜由基體原位生長出來，與基體結合力好。然而，國內外對于鈦鋁合金陽極氧化提高高溫抗氧化性的報道非常少，常見的只有磷酸體系，制備獲得的陽極氧化膜的使用溫度也只限制在800℃。因此，需要開發出新的陽極氧化體系，提高鈦鋁合金在更高溫度下的抗氧化性能。乙二醇是一種常見的有機溶劑，由于其良好的溶解性，可以添加少量其他物質用于電化學相關研究；同時低廉的成本使其在工業應用上也有廣闊的前景。鈦是比較穩定的金屬，然而氟化物對金屬鈦具有腐蝕作用，添加氟化物的乙二醇溶液常被用于制備TiO₂納米管。因此，利用氟化物對鈦的腐蝕作用，通過在添加氟化物的乙二醇溶液中陽極氧化的方法可以在鈦鋁合金表面制備一層Ti含量少Al含量多的氧化膜，在高溫氧化時表面形成連續致密的氧化鋁薄膜，阻礙基體的進一步氧化；同時由于氟離子在電化學陽極氧化中有自組裝作用，形成的氧化膜相對于表面涂層技術比較均勻，在高溫氧化時不容易造成局部開裂。研究和實現添加氟化物的乙二醇溶液中陽極氧化提高鈦鋁合金高溫抗氧化性能對于鈦鋁合金在航空工業的應用具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種添加氟化物的乙二醇溶液中鈦鋁合金陽極氧化的方法，陽極氧化后在表面形成富Al層，提高鈦鋁合金在1000℃高溫下的抗氧化性能。

本發明采用的技術方案是：

一種添加氟化物的乙二醇溶液中鈦鋁合金陽極氧化的方法，所述方法為：

以打磨清洗后的鈦鋁合金試樣作為陽極，以石墨或鉑片為對電極，在電解液中采用恒壓模式陽極氧化，所述電解液的成分為下列之一：含有質量分數0.1-10％氟化物的乙二醇溶液、含有質量分數0.1-10％氟化物和質量分數0～15％水的乙二醇溶液；所述陽極和對電極的間距控制在1-10cm，氧化電壓為2-60V，陽極氧化時電解液的溫度保持在5-50℃，氧化時間0.1-20h；陽極氧化結束后取出氧化后試樣，用無水乙醇超聲清洗、吹干，制得陽極氧化處理后的鈦鋁合金。

所述氟化物為氟化鈉、氟化銨、氟化鉀、氫氟酸、氟化鈣、氟氫酸鉀中的一種或者兩種以上的混合，優選氟化銨或氟化鈣。

所述氧化電壓優選15～60V，更優選30～60V。

所述氧化時間優選1～20h。

所述陽極和對電極的間距優選2.5cm。

各種常規鈦鋁合金均可適用于本發明，較為優選的，本發明所述的鈦鋁合金為：Ti-10Al、Ti-20Al、Ti-80Al、Ti-90Al、Ti-70Al、Ti-50Al或Ti-30Al，更優選為Ti-70Al、Ti-50Al或Ti-30Al。

所述陽極氧化時電解液的溫度優選25℃。

所述含有質量分數0.1-10％氟化物和質量分數0～15％水的乙二醇溶液中，水的質量分數為0～15％，其中的0代表無限接近于0但不為0。

所述電解液優選為下列之一：含有質量分數0.5～10％氟化物的乙二醇溶液、含有質量分數0.5～10％氟化物和質量分數1～15％水的乙二醇溶液。

所述電解液更優選為下列之一：含有質量分數0.5～5％氟化物的乙二醇溶液、含有質量分數0.5～5％氟化物和質量分數1～15％水的乙二醇溶液。

本發明所述打磨清洗后的鈦鋁合金試樣一般將鈦鋁合金試樣按照以下步驟進行打磨、清洗后得到：首先用砂紙將鈦鋁合金試樣打磨至鏡面，然后用蘸有無水乙醇的脫脂棉擦洗，在丙酮中超聲清洗后熱風吹干，制得打磨清洗后的鈦鋁合金試樣。這是本領域公知的打磨、清洗方法。

所用的砂紙優選為60目鐵砂紙。

本發明制得的陽極氧化處理后的鈦鋁合金具有良好的抗氧化性能，可用于鈦鋁合金抗高溫氧化。