专利名称：钛材工件表面着灰色膜的着色剂的制作方法
技术领域：
本发明专利属于通过电化学的阳极氧化法，在医用纯钛和钛合金工件表面上形成灰色氧化膜。溶液的配方是室温下、低电压、低电流状态使用的着色剂(电解液)。
背景技术：
生物医用金属材料植入人体以修复器官、恢复功能和降低副作用而得到应用。纯钛和钛合金与其他传统医用金属材料(如不锈钢)相比较，有其独特的优越性能，在医学上已得到广泛的使用。为了赋予医用纯钛和钛合金(TI-6AL-4V)工件表面更优越的生物相容性和生物活性，美国、加拿大、德国等国家在医用的纯钛和钛合金(TI-6AL-4V)骨板、螺钉等工件表面上着灰色氧化膜，所采用的化学的方法或阳极氧化法进行制备灰色氧化膜，其化学溶液配方，工艺没有公布。我国目前正处在研究和试制阶段，采用高电压(280V)和大电流(20-25A)，以挂件方式进行生产，为此电源设备大，价格高；化学溶液用量大(1M3)，相应的废液量也大，污染环境；由于挂件方式生产，成品率为70% ，生产率也低。化学溶液配方也没有公布。
发明内容
本发明的目的是提供一种灰色着色剂(电解液)，在室温(15-25°C)、低电流(3. OA)和低电压(70-100V)下使用，着色剂(电解液)用量少(仅需2000ML)，夹持工件摆动着色，适于各种尺寸和形状复杂的骨板、螺钉等医用工件。灰色与基体结合牢固、均匀，并重现性好，每件着色只需4-5秒时间，按每日连续工件5小时计算，可生产3000多件，成品率高达97 %以上，每件着色成本很低。
具体实施例方式首先配制好活化剂、着色剂和按着灰色设定电流、电压参数，然后夹持钛材工件带电全侵入着色剂中摆动着色，同时观察电流和电压变化。电流由设定电流值降至O. 2-0安培，电压由零伏升至设定值，当电压达到设定值后，停l-2秒钟，就可将带电工件由着色剂中取出放入纯净水槽中，也就完成了着色工作. 产品工艺过程工件表面光饰①一水洗②一除油③一超声波除油 —活化⑤一水
洗 —着色⑦一热水洗⑧一干燥⑨。 ①.工件表面机械粗细抛光(或光饰、抛丸)。 ②.用纯净水(去离子水)擦洗二次或三次。 ③.用金属清洗剂761或洗洁净擦洗工件表面，清除工件表面油污，然后用纯净水(去离子水)清洗二次。
.用超声波除油30分钟。槽中溶液为纯净水(去离子水)并加入洗洁净10%。超声波除油后，工件在纯净水(去离子水)中清洗二或三次。 ⑤. .活化剂按体积比例配制，HF : HN03 : H20 = 30 : 350 : 620 (ML)。室温下把工件全浸活化剂中，并不断翻动，时间为15-30秒钟，取出工件用纯净水(去离子水)清洗三次，配制活化剂用氢氟酸质量分数40%，硝酸质量分数70%，皆为化学纯。水为纯净
水或去离子水。
⑦.着色剂(电解液)配方 a.灰色(着色剂为1000ML) 硫酸(H2S04质量分数98% ) :400ML
盐酸(HCL质量分数37% ) :65ML
重铬酸钾(K2CR207) :5g/L
硫酸锰(MNS04) :5g/L
硼酸(H3B03) :2g/L
阳极电流(DA) :3. OA/DM2
电压90-95V
温度15-20。C 阴极面积阳极面积=(3-5 : 1)阴极为不锈钢 b.灰黑色(着色剂1000ML) 重铬酸钾(K2CR207) :60g/L 硫酸锰(MNS04) :40g/L 硫酸铵(NH4S04) :30g/L 硼酸(H3B03) :3g/L 温度15-20。C 电流(DA) :2. OA/DM2 电压75-85V 阴极为不锈钢 首先将纯净水(去离子水)放入聚氯乙稀槽中，约占槽容积的2/3，(槽尺寸为 500X250X150匪)，再加入各种盐类，搅拌使全部溶解，后加入盐酸和硫酸。把着色剂槽放在 水浴锅中加以控制温度。着色剂温度控制在15-20°C。 ⑧.⑨.以手持纯钛夹夹持钛材工件带电入出着色剂，着色结束后，立即将工件放 入纯净水(去离子水)中清洗二次并自然风干. 医用纯钛和钛合金(TI-6AL-4V)工件表面上阳极氧化后生成灰色的二氧化钛膜， 使其工件的耐蚀性、耐磨性和生物相容性都显著提高，对工件的内部组织、外形尺寸精度和 外表皆无影响，二氧化钛膜(TN02)为纳米极尺寸.阳极氧化法是通过纯钛和钛合金工件做 为阳极，使其表面与着色剂(电解液)在界面上的电化学反应，在其工件表面上形成牢固的 二氧化钛膜.此膜形成实质是一种人为控制的纯钛和钛合金工件表面氧化过程，它不同于 外加的电镀层.在形成时必须有纯钛和钛合金工件表面直接参加氧化膜形成反应，其反应 是物理化学、电化学和化学过程，是一个比较复杂的过程.二氧化钛膜作为纯钛和钛合金 工件表面的防护层，其防护功能主要是依靠降低纯钛和钛合金工件表面化学活性，以提高 人体环境介质中的热力学稳定性，为此，作为生物内植入材料，有优越的生物相容性和骨骼 的粘附性，广泛用于医疗器械上，如骨板、骨髓针、螺钉、人工髋关节、膝关节、人造椎体和人 工种植牙等. 此二氧化膜为无色透明膜，在阳光照射下，由于氧化膜厚度不同，光的干涉作用而 显示不同灰色. 设备是一台稳压直流电源，电流为(0-20A) ±0. 5%，电压为(0-150V) ±0. 5% .
灰色氧化膜的钛材工件也广泛应用于航空、航天部件和装饰领域.
权利要求
着色剂(电解液)是室温下使用，用量少，废液量也少，适于低电压、低电流着色，颜色均匀，重复性好。工件着色前必须活化，手工夹持操作。
2. 根据权利要求1所述，活化剂为HF : HN03 : H20 = 30 : 350 : 620(ML)，时间为 15-30秒，活化至着色时间间隔为30-60分钟，以避免工件吸氢，物理和化学吸附而污染工 件表面，活化时工件表面显现金属显微组织。
3. 根据权利要求1所述，用纯钛制夹具，而不是挂具，手工夹持工件摆动着色，保证接 触良好，电压稳定，着色均匀，重现性好。
全文摘要
本发明属于通过电化学的阳极氧化法，使用二种着色剂能在医用纯钛和钛合金(TI-6AL-4V)工件表面形成灰色氧化膜(TO2)。目前在纯钛和钛合金(TI-6AL-4V)工件表面上形成的灰色氧化膜，阳极氧化法采用高电压(280V)、高电流(20A以上)，挂件方法，生产率低和成品率70％，溶液用量大，废液量大。本发明的灰色着色剂是在室温下、低电流2-3A/dm2，低电压(0-90V)，手持夹件摆动着色，废液量很少，成品率高达97％，生产率高。此发明不但广泛用于医疗器械领域，同时也用于航空、航天器的部件和装饰领域。
文档编号C25D11/02GK101736387SQ200810153338
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者王振东 申请人:王振东