[發明專利]一種原位活化的鈦合金表面化學鍍層制備方法

在審

• 申請號: 202010162559.X
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111235554A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 杜昊;崔傳禹;熊天英;楊穎;楊雪源;王吉強;崔新宇;沈艷芳;陶永山
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C23C18/18
• 分類號: C23C18/18;C23C18/36
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于化學鍍或電鍍工藝領域，具體涉及一種原位活化的鈦合金表面化學鍍層制備方法。該方法包括如下步驟：(1)將氫氟酸、鹽酸、硝酸的水溶液按照一定比例混合制備活化劑；(2)將鈦合金工件置于預加熱并除去氧氣的鍍液中保溫一段時間；(3)將活化劑均勻地注射至工件表面，用于去除鈦合金表面的氧化膜；當鈦合金工件待鍍表面活化，化學鍍反應開始進行，經過1～5h的施鍍后，取出鈦合金工件，清洗后冷卻干燥。本發明解決了鈦合金表面化學鍍難于前處理以及前處理過程復雜、成本高昂且容易再鈍化的問題，具有節約成本、工作效率高等優點；同時，采用本發明獲得的化學鍍層具有致密、耐蝕和耐磨損性能好等特征。

技術領域

本發明屬于化學鍍或電鍍工藝領域，具體涉及一種原位活化的鈦合金表面化學鍍層制備方法。

背景技術

鈦及鈦合金具有優異的綜合力學性能，在航空、航天、船舶、石油、化工、兵器、電子等行業已得到廣泛應用。然而，由于耐磨性較差，鈦合金難以在摩擦磨損相關的工況下使用。鈦合金磨損性能差的主要原因是：1.塑性剪切抗力和加工硬化性能低，不足以抵抗由機械性能所引起的摩擦磨損(如粘著、磨粒磨損等)；2.表面氧化膜TiO₂易于剝落，對亞表層起不到良好的保護作用；3.來源于大氣中的溶解氧導致基底脆化，降低材料的機械抗力。針對上述問題，目前主要采用表面改性的方法提高其耐磨性。其中，化學鍍不僅成本較低、鍍層耐磨和耐蝕性好、可以對各種形狀樣品甚至其內部施鍍，而且還可以重復施鍍，從而大大降低了物料成本和時間成本，是對鈦合金表面改性特別是提高其耐蝕和耐磨性的理想方法。但是，由于鈦合金表面活性高，極易在表面形成致密的氧化層，導致在鈦合金表面化學鍍沉積鍍層難度較大。

為了去除氧化膜從而實現鈦合金基體活化，通常采用含有強腐蝕性的混合酸對其進行前處理。這種前處理過程不僅增加了操作人員的危險系數，而且對各個步驟之間的時間控制提出了極高的要求，致使工業生產中難于實現。針對鈦合金不易活化的問題，近年來國內外普遍使用浸鋅方法，即采用含有氫氟酸的強酸混合溶液將鈦合金表面氧化膜去除，對鈦合金表面進行兩次浸鋅處理。然而，浸鋅過程中需要使用六價鉻等強氧化物。其中，個別成分是非常強的致癌物質；并且，由于鈦合金接觸氧氣即氧化，酸洗和浸鋅之間的時間控制和環境要求十分嚴苛。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種原位活化的鈦合金表面化學鍍層制備方法，在鍍液中采用原位活化的方法，將前處理步驟放到鍍液中原位進行，不僅能夠解決鈦合金不易活化和活化后容易快速再鈍化問題，而且可以降低操作人員的操作風險，簡化鈦合金表面活化工藝，獲得與鈦合金結合良好的鍍層。

本發明的技術方案如下：

一種原位活化的鈦合金表面化學鍍層制備方法，包括以下步驟：

(1)將氫氟酸、鹽酸、硝酸充分混合，使HF、HCl、HNO₃的濃度分別為 0.1～2.0mol/L、0.1～1.5mol/L和0.1～1.8mol/L，配制活化劑；

(2)將鈦合金工件置于預先加熱并除去氧氣的化學鍍液中保溫20～60min；

(3)將活化劑均勻地涂覆至鈦合金工件待鍍表面，用于去除鈦合金表面的氧化膜；當鈦合金工件待鍍表面活化，化學鍍反應開始進行，經過1～5h的施鍍后，取出鈦合金工件，清洗后冷卻干燥；

從而，在鈦合金工件上制備出表面光滑致密、厚度均勻、與基體之間緊密結合的化學鍍層。

所述的原位活化的鈦合金表面化學鍍層制備方法，優選的，步驟(1)中，HF、 HCl、HNO₃的濃度分別為0.5～1.0mol/L、0.5～1.0mol/L和0.5～1.0mol/L。

所述的原位活化的鈦合金表面化學鍍層制備方法，步驟(2)中，化學鍍液溫度為80～90℃；預先通入氮氣或惰性氣體1～30min除氧，氣體流速為：0.02～0.5L/min；其間，對鍍液進行攪拌，攪拌速率20～200rpm。