一种钛及钛合金表面阳极氧化着色方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钛及钛合金表面阳极氧化着色方法，属于金属表面处理技术领域。
【背景技术】
[0002]钛及钛合金具有良好的机械性能和力学性能、密度低、刚度大，硬度低、耐高温、耐蚀性好，被广泛应用于航空航天、汽车、军工和化工等领域。钛及钛合金还存在一些固有缺陷，如硬度低、耐磨性差、导热导电性不良。当钛与其他金属材料的零件接触连接时，由于过大的电位差，极易产生电偶腐蚀，导致与其相连的零件产生腐蚀。为了进一步提高钛及钛合金的使用特性，需要对钛及钛合金材料进行表面处理和改性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种钛及钛合金表面阳极氧化着色方法，可在钛及钛合金表面获得耐蚀性能好，装饰效果佳的彩色阳极氧化膜工艺，具体包括以下步骤:
(1)将裁剪成一定尺寸的钛或钛合金试样经打磨等方式对表面进行处理，去除表面缺陷、污染等，然后，用去离子水、无水酒精等对表面进行仔细清洗，确保表面清洁，然后进行电解抛光，清洗干净后备用；
(2)将步骤(1)处理过的试样放置浓硫酸和甲基磺酸的混合溶液中进行阳极氧化处理，在混合溶液中浓硫酸的加入量为50~150mL/L、甲基磺酸加入量为5~10mL/L ;
(3)将阳极氧化处理后的试样迅速用乙醇、去离子水清洗，然后在真空下进行干燥得到着色后的试样
优选的，本发明所述电解抛光以钛或钛合金为阴极，石墨板为阳极，阴阳极面积比为1:2-1: 3，极间距离为2~10cm ;抛光液的温度为15~25°C，电源电压为3~10V。
[0004]优选的，本发明步骤(1)所述电解抛光所用抛光液为氢氟酸、浓硝酸和水的混合溶液，其中，氢氟酸、浓硝酸、水的体积比为1~3:8~6:100 ;电解抛光时间为1~10分钟。
[0005]优选的，本发明步骤(1)中所述清洗过程为:电解抛光后的试样，迅速用去离子水清洗，并在乙醇溶液中进行超声波清洗10~30分钟。
[0006]优选的，本发明步骤(1)中所述干燥的温度为50~60°C。
[0007]优选的，本发明所述阳极氧化处理过程以钛或钛合金为阳极，石墨板为阴极，阴阳极面积比为3，极间距离为5~15cm;溶液的温度为15~25°C，接通直流电源，电压6~15V，接通电源进行阳极氧化处理。
[0008]优选的，本发明步骤（2)中所述阳极氧化处理时间为3~10min
优选的，本发明所述的步骤（3)中的干燥过程：真空度为0. l~0.04MPa，温度为100~120°C，时间为 l~2h。
[0009]本发明所述的浓硫酸、甲基磺酸、氢氟酸、浓硝酸均为市售的分析纯。
[0010]本发明的有益效果：本发明工艺过程简单，采用电解抛光表面处理和阳极氧化2两步工艺，大大简化了传统钛合金阳极氧化工艺。同时，采用的阳极氧化处理工艺使处理时间缩短，提高了效率。获得的氧化膜颜色均匀，不易掉色，抗腐蚀性能好，自腐蚀电位显著提高，自腐蚀电流密度显著降低；钝化区范围更大，腐蚀电流密度较低，并保持恒定；氧化膜均匀致密，并且自修复能力提高。
【附图说明】
[0011]图1为实施例1钛阳极氧化试样表面形貌；
图2为实施例1钛阳极氧化试样表面显微组织特性；
图3为氧化膜的Tafel极化曲线图；
图4为实施例2钛阳极氧化试样表面显微组织特性；
图5为实施例2钛阳极氧化试样平整度。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0013]实施例1
本实施提供一种钛表面阳极氧化着色方法，具体包括以下步骤：
(1)室温下，将尺寸lOmmXIOmmXO. 2mm的工业纯钛先后置于丙酮、乙醇溶液中超声波震荡，处理20min后取出，然后用去离子水清洗备用。
[0014](2)在200mL的去离子水中依次加入2mL的氢氟酸和16mL的浓硝酸，配制成电解抛光液；将除油处理后的纯钛片放入电解抛光液，以钛片为阴极，石墨板为阳极，阴阳极间距离为10cm，阴阳极面积比为1:2，电压调整为10V，通电处理lmin后取出；将电解抛光处理后的纯钛先后用去离子水清洗，然后在乙醇溶液中超声波清洗lOmin，然后放入干燥箱中，在50°C下干燥30min后取出。
[0015](3)室温下，在lOOOmL去离子水中依次加入50mL浓硫酸，5mL甲基磺酸配置成阳极氧化着色液；将处理后的纯钛试样放入着色液中，以钛片为阳极，石墨板为阴极，阴阳极面积比为1:2，极间距离为5cm，电压调整为6V，恒压阳极氧化处理3min后取出。
[0016](4)将阳极氧化后的工业纯钛先后迅速用乙醇、去离子水清洗，然后放入真空干燥箱中，真空度为0. IMPa，在100°C下保温lh ;取出试样，获得呈现淡金色的钛阳极氧化试样其色泽光亮均匀；如图1为其表面形貌，图2为表面氧化膜显微组织形貌特征；可以看出，阳极氧化膜的表面形貌呈凹凸不平的沟壑状，膜层的厚度约为0. 428 μπι ;图3为阳极氧化膜的Tafel极化曲线图，可以看出，在阳极区，电流密度在很宽的电压范围内保持不变，具有明显的钝化特征，表明处理后钛片的耐腐蚀性得到提高。
[0017]实施例2 本实施提供一种钛表面阳极氧化着色方法，具体包括以下步骤：
(1)将尺寸矩形TC4板试样先后置于丙酮、乙醇溶液中超声波震荡，处理20min后取出，然后用去离子水清洗备用。
[0018](2)在200mL的去离子水中依次加入6mL的氢氟酸和12mL的浓硝酸，配制成电解抛光液；将除油处理后的钛片放入电解抛光液，以钛片为阴极，石墨板为阳极，阴阳极面积比为1:3，极间距离为2cm，电压调整为3V，通电处理lOmin后取出；将电解抛光处理后的试样先后用去离子水清洗，然后在乙醇溶液中超声波清洗30min，然后放入干燥箱中，在60°C下干燥30min后取出。
[0019](3)室温下，在lOOOmL去离子水中依次加入15