不引入与钛及钛合金基材不一致元素的阳极氧化着色方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钛及钛合金领域，具体涉及一种不引入与钛及钛合金基材不一致元素 的阳极氧化着色方法。
【背景技术】
[0002] 由于钛及钛合金具有高的机械性能、良好的耐腐蚀性能以及生物惰性等特性故而 引起医学工程技术、医疗器械的设计师们及各种专业的医生们对这种新结构材料高度重 视，因此钛合金广泛应用于牙齿和骨骼的种植体，以及血管内支架。
[0003] 但是钛及钛合金也有其不足之处，如耐磨性、与其他金属接触易发生接触腐蚀、 TC4骨科植入物植入人体可能存在有毒的钒离子溶入人体内，使其应用受到了限制。为了扩 大钛及钛合金的应用范围，医疗器械行业普遍采用表面阳极氧化处理，钛及钛合金随着氧 化膜层厚度的改变，其表面呈现不同的颜色。氧化膜为钛的氧化物(一般为Ti02)，其硬度高 耐磨性能较好，与其他金属接触也不会发生接触腐蚀，同时由于钛及钛合金表面的致密氧 化膜材料内的有毒元素也很难溶入人体内。
[0004] 目前普遍采用的磷酸或磷酸盐阳极氧化溶液，其主要缺点是含磷氧化液后期的污 水处理比较困难，即使不使用磷系也会使用其他添加剂如硅酸钠、葡萄糖酸钠等，如此形成 的氧化膜内就会产生含有如磷、硅、钠等与钛及钛合金原材料不一致的杂质元素，此类元素 可能会对人体产生一定危害，因此为了最大限度保证人体的安全最好是钛及钛合金阳极氧 化处理后不引入与原材料不一致的元素。因此开发一种无磷且氧化后氧化膜不引入与原材 料不一致的元素的阳极氧化新技术是迫切需要的。
[0005] 众所周知钛及钛合金氧化前的酸洗效果对后续的氧化效果影响显著，如氧化膜的 表面光亮度、耐污性能以及颜色的一致性都会产生影响。传统的酸洗液如公开号 CN102115902A的中国发明专利申请给出了一种《一种钛及钛合金表面阳极氧化着色的处理 方法》，其酸洗液是氢氟酸和硝酸的混合溶液，其氢氟酸:硝酸:水为1:3:8。该专利中酸洗的 配方是传统的氢氟酸和硝酸的组合，其很容易去除钛及钛合金表面的氧化皮，但是酸洗后 的表面光亮度差，如果是喷砂后的工件很容易产生发暗现象，因此对于改进酸洗工艺对后 期氧化膜形成的至关重要。
[0006]
【发明内容】
[0007] 本发明主要提供了一种不引入与钛及钛合金基材不一致元素的阳极氧化着色方 法，最大限度保证植入医疗器械的安全性，同时以一种改良的酸洗工艺实现对各种不同表 面状态的钛及钛合金进行阳极氧化处理并且保证颜色一致性。
[0008] 其具体技术方案如下:一种不引入与钛及钛合金基材不一致元素的阳极氧化着色 方法，其特征在于:包括以下步骤：
[0009] (1)在Micro-90清洗液中超声波清洗；
[001 0 ] (2)将清洗干净的钛及钛合金置入酸洗溶液中处理；
[0011] (3)将钛及钛合金用纯化水冲洗干净；
[0012] (4)将清洗干净的钛及钛合金装夹在特定的挂具上，将挂具置入阳极氧化着色溶 液中氧化；
[0013] (5)将阳极氧化着色的钛及钛合金用纯化水冲洗干净；
[0014] (6)将冲洗干净的钛及钛合金吹干后放入干净的流转盒内流转。
[0015] 优选的，所述酸洗溶液包括浓度为30-100mL · I/1的氢氟酸、50-250mL · I/1的硝酸 和50-250mL · L-1的双氧水。
[0016] 优选的，所述阳极氧化着色溶液包括浓度为50_250g · I/1的酒石酸、5_50mL · I/1 的双氧水、5_50mL · L-1的丙三醇和5-50mL · L-1的乳酸。
[0017] 优选的，步骤(1)中超声波清洗温度为70-80°C，清洗时间为lOmin。
[0018] 优选的，步骤(2)中在酸洗溶液中处理时间为0.5-2min。
[0019] 优选的，步骤⑷中氧化温度为15-35°c，电流密度为5-10A · dm-2,电压为10-100V， 氧化时间为2_15min。
[0020] 采用上述不引入与钛及钛合金基材不一致元素的阳极氧化着色方法，本发明具有 以下优点：
[0021] (1)本发明方法制备的氧化膜不引入与钛及钛合金基材不一致元素，保证器械的 生物安全性；
[0022] (2)本发明的阳极氧化溶液不含磷酸或磷酸盐，氧化溶液只含碳、氢、氧3种元素， 废水只需简单处理即可直排；
[0023] (3)本发明通过改进了酸洗工艺，可处理不同表面状态（喷砂、抛光、机加工状态） 的钛及钛合金，同时均能得到光亮的氧化膜且能保证颜色的一致性；
[0024] (4)本发明通过设定不同的电压值可以获得不同颜色的氧化膜，同时本发明工艺 步骤少，操作简单、成本低、无毒环保对工业批量生产比较适合；
[0025] (5)本发明氧化所得氧化膜与基体结合力比较好，在湿热灭菌锅内经121°C湿热灭 菌30min，重复20次，颜色无变化，说明氧化膜环境耐受力好。
【附图说明】
[0026] 图1为实施例1制备的氧化膜用扫描电子显微镜观察到的表面形貌。
【具体实施方式】
[0027] -种钛及钛合金的表面光亮阳极氧化着色方法，包括以下步骤：
[0028] (1)在Micro-90清洗液中超声波清洗lOmin，超声波清洗温度为70-80°C;
[0029] (2)将清洗干净的钛及钛合金置入酸洗溶液中处理；
[0030] (3)将钛及钛合金用纯化水冲洗干净；
[0031] (4)将清洗干净的钛及钛合金装夹在特定的挂具上，在15_35°C、电流密度为5-10A · dnf2、电压为10-100V条件下，将挂具置入阳极氧化着色溶液中氧化2-15min;
[0032] (5)将阳极氧化着色的钛及钛合金用纯化水冲洗干净；
[0033] (6)将冲洗干净的钛及钛合金用气枪吹干后放入干净的流转盒内流转。
[0034] 其中，所述酸洗溶液包括浓度为30-100mL · L-1的氢氟酸、50-250mL · L-1的硝酸和 50-250mL · L-1 的双氧水。
[0035] 所述阳极氧化着色溶液组成为：50~250g · L-1酒石酸、5~50mL · L-1双氧水、5~ 50mL · L-1 丙三醇、5~50mL · L-1 乳酸。
[0036] -、具体实施例 [0037] 实施例1
[0038]首先在Micro-90清洗液中超声波清洗lOmin，超声波清洗温度为70°C。将除油清洗 后的微型接骨板在常温条件下置入酸洗溶液内腐蚀〇.5min，然后用纯化水冲洗干净。将清 洗后的微型接骨板(TA3)挂持在专用的挂具上做为阳极，不锈钢作为阴极，在温度为15°C、 电流密度为10A · dnf2、电压为35V的阳极氧化溶液中阳极氧化着色2min，然后纯化水冲洗干 净后用气枪吹干，得到彩色的表面氧化膜。
[0039] 所述酸洗溶液组成为：30mL · L-1的氢氟酸、50mL · L-1的硝酸和50mL · L-1的双氧 水。
[0040] 所述阳极氧化溶液组成为:50g · L-1的酒石酸、5mL · L-1的双氧水、5mL · L-1的丙三 醇和5mL · Γ1的乳酸。
[0041 ] 实施例2
[0042]首先在Micro-90清洗液中超声波清洗lOmin，超声波清洗温度为75°C。将除油清洗 后的微型接骨板在常温条件下置入酸洗溶液内腐蚀lmin，然后用纯化水冲洗干净。将清洗 后的微型接骨板(TA3)挂持在专用的挂具上做为阳极，不锈钢作为阴极，在温度为20°C、电 流密度为5A · dnf2、电压为50V的阳极氧化溶液中阳极氧化着色5min，然后纯化水冲洗干净 后用气枪吹干，得到彩色的表面氧化膜。
[0043] 所述酸洗溶液组成为:50mL · I/1的氢氟酸、lOOmL · I/1的硝酸和lOOmL · Γ1的双氧 水。
[0044] 所述阳极氧化溶液组成为：100g · I/1的酒石酸、10mL · I/1的双氧水、10mL · I/1的 丙三醇和10mL · L-1的乳酸。
[0045] 实施例3
[0046]首先在Micro-90清洗液中超声波清洗lOmin，超声波清洗温度为80°C。将除油清洗 后的锁定螺钉(TC4)在常温条件下置入酸洗溶液内腐蚀1.5min，然后用纯化水冲洗干净。将 清洗后的锁定螺钉(TC4)挂持在专用的挂具上做为阳极，不锈钢作为阴极，在温度为25°C、 电流密度为7A · dnf2、电压为75V的阳极氧化溶液中阳极氧化着色7min，然后纯化