专利名称：一种钛表面黑色氧化钛膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钛材表面处理的方法，特别是涉及一种钛表面黑色氧 化钛膜的制备方法。
背景技术：
钛具有比强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，是石油化工、航空航天、 海洋以及国防等工业的关键支撑材料之一。另一方面，在作为生物材料以
及曰常生活必须品如手机外壳、IT外设等方面的应用也在不断的扩大。在 这些应用领域为了达到降低辐射热、提高隐蔽性能、提高装蚀性能等目的， 需要在钛表面制备一层黑色的氧化膜。
众所周知，在室温的空气中，钛放置2小时就可在表面生成一层厚度 约为170nm的氧化膜。放置50天氧化膜为350nm。这时氧化膜生长有时 遵循对数规律，有时遵循反对数规律。在高温下，氧化膜主要由金红石型 Ti02组成，只有在非常高的温度下氧化，才能看到氧化膜的分层组织。钛不 同于其它金属的突出特点是能大量溶解氧，但氧溶解速度与钛和氧的反应 比较是很慢的。因此，低于500C条件下可以不考虑氧在钛中的溶解。随 着温度的升高，氧在钛中的溶解度增加。如在8001C氧化36小时，钛总共 吸收的氧中有20%溶解到钬基体内，80%存在于氧化膜中。
将钛在溶液中施加阳极电压时，钛表面就形成阳极氧化膜，氧化钛膜 厚度小于lpm,颜色有红、黄、蓝等多种颜色，但没有黑色。将钛在溶液 中的阳极电压提高到能发生火花放电的程度，就实现了钛表面的微弧氧 化。该技术可在钛表面形成厚度大于ljim的氧化钛膜，报道的最厚氧化膜 可达到150nm。表面生成的氧化钬膜属于金红石型TK)2和锐钛矿型Ti02, 颜色呈灰色。
以氧化钛为靶材，用射频溅射沉积工艺以及电子束蒸发氧化钛等物理 气相沉积技术，也可在钬表面沉积氧化钬膜，但同样也无法得到黑色的氧
化钛膜。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种工艺简单，成本低， 且无污染的钬表面黑色氧化钬膜的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是 一种钛表面黑色氧化 钛膜的制备方法，其特征在于该方法是将表面清洁的钛或钛合金试样经 大气氧化、阳极氧化或微弧氧化，在钛或钛合金试样表面生成厚度大于 O.Oljun的氧化钛膜，对其表面生成氧化钛膜的试样经过水洗、烘干后，置 于真空环境或非氧化性气氛中进行热处理，在钛表面即形成黑色的氧化钛 膜。
所述真空环境是指真空度高于5Pa的真空环境，非氧化性气氛是指惰
性气氛；所述热处理的处理温度为200~iooox:，处理时间为1 300分钟。
本发明与现有技术相比具有以下优点本发明钛表面氧化钛黑膜制备 工艺简单，成本低，且无污染。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
把用工业钛材TA1制成的试样在大气下加热氧化，在其表面生成厚度 大于2jim的氧化钛膜。对试样进行水洗，并烘干，然后置入真空室中，在 真空度优于5Pa的真空条件下，给试样加热，在300C保温50分钟后降温， 温度低于50C时取出试样，此时，在钛表面形成了厚度为0.5~10jam的 黑色氧化钛膜。
实施例2
把用Ti6A14V钛合金制成的试样，釆用嶙酸溶液中的阳极氧化处理， 在其表面生成厚度大于O.Oljim的氧化钛膜。对试样进行水洗，并烘干， 然后置入真空室中，在真空度优于5Pa的真空条件下，通入惰性气体氩气， 给试样加热，在200。C保温300分钟后降温，温度低于501C时取出试样， 此时，在钛表面形成了厚度为0.01 ~ 0.02 jum的黑色氧化钛膜。
实施例3
把TC11钛合金制成的试样，釆用微弧氧化处理，在其表面生成厚度 大于10nm的氧化钛膜。对试样进行水洗，并烘干，然后置入真空室中， 在真空度优于5x10—2Pa的真空条件下，给试样加热，经过1000^C保温1 分钟后降温，温度低于501C时取出试样，此时，在钬表面形成了厚度大于 3nm的黑色氧化钬膜。
实施例4
把用工业钛材TA2钛合金制成的试样，采用微弧氧化处理，在其表面 生成厚度大于10pm的氧化钛膜。对试样进行水洗，并烘干，然后置入真 空室中，在真空度优于5x10 —的真空条件下，给试样加热，经过700 'C保温15分钟后降温，温度低于50。C时取出试样，此时，在钬表面形成 了厚度大于5nm的黑色氧化钛膜。
权利要求
1、一种钛表面黑色氧化钛膜的制备方法，其特征在于该方法是将表面清洁的钛或钛合金试样经大气氧化、阳极氧化或微弧氧化，在钛或钛合金试样表面生成厚度大于0.01μm的氧化钛膜，对其表面生成氧化钛膜的试样经过水洗、烘干后，置于真空环境或非氧化性气氛中进行热处理，在钛表面即形成黑色的氧化钛膜。
2、 根据权利要求1所述的一种钛表面黑色氧化钛膜的制备方法，其 特征在于所述真空环境是指真空度高于5Pa的真空环境，非氧化性气氛是 指惰性气氛。
3、 根据权利要求1所述的一种钛表面黑色氧化钛膜的制备方法，其 特征在于所述热处理的处理温度为200 1000X:,处理时间为1 300分钟。
全文摘要
本发明公开了一种钛表面黑色氧化钛膜的制备方法，将表面清洁的钛或钛合金试样经大气氧化、阳极氧化或微弧氧化，在钛或钛合金试样表面生成厚度大于0.01μm的氧化钛膜，对其表面生成氧化钛膜的试样经过水洗、烘干后，置于真空环境或非氧化性气氛中进行热处理，在钛表面即形成黑色的氧化钛膜。本发明钛表面氧化钛黑膜制备工艺简单，成本低，且无污染。
文档编号C23C8/10GK101177773SQ200710188529
公开日2008年5月14日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者鹏 严, 奚正平, 李争显, 李晴宇, 杜继红, 王宝云, 高广睿, 黄春良 申请人:西北有色金属研究院