1.本发明属于钛合金浮雕制备技术领域，尤其涉及一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法。
背景技术：
2.传统的文字及画作基体大多采用纸质、布质及竹简材料，然而这些材料易损坏、褪色并且传承千年较为困难。文字及画作的寿命除了依赖于基体的寿命，亦受到颜料的影响。如兵马俑虽然是彩色的，但是出土后瞬间变色。因此，许多保存下来的文字及画作多以壁画、碑文的形式传承下来，而且，它们多为浮雕或阴刻结构。
3.以石质为基体的文字及画作一般较为笨重，且上色受颜料限制，很大程度上限制了其应用范围。进而，衍生出了金属浮雕板画，金属浮雕板画多以铜和铁为主。然而，铜制金属浮雕板画色彩单调，铁质金属浮雕板画易生锈，两者均不利于体现艺术表现力。
技术实现要素：
4.本发明的目的是提供一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，以解决铜制浮雕板画色彩单调和铁质浮雕板画易生锈的问题。
5.本发明采用以下技术方案：一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，包括以下步骤：
6.根据设计需求选择钛合金基体板材；
7.根据浮雕板画的二维图、浮雕凸起高度、钛合金基体板材的属性信息生成精雕路径；
8.基于精雕路径利用精雕设备对钛合金板材进行精雕，得到钛合金浮雕板画；
9.采用阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分上色。
10.优选的，采用阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分上色包括：
11.对浮雕部分进行酸洗，直至浮雕部分的酸洗面形成梨皮花纹；
12.基于阳极氧化方法，采用蘸有酸溶液的电笔为酸洗面进行上色；其中，阳极氧化的电压为4～95v，电流密度为0.1～12a
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，酸洗面的温度为10～30℃；
13.对上色后的酸洗面进行封闭处理，得到钛合金彩色浮雕板画。
14.优选的，对浮雕部分进行酸洗包括：
15.悬吊钛合金浮雕板画，使浮雕部分浸泡于酸溶液中。
16.优选的，对浮雕部分进行酸洗后还包括：
17.冲洗酸洗面；
18.对冲洗后的酸洗面进行二次酸洗，并冲洗烘干
19.优选的，采用蘸有酸溶液的电笔为酸洗面进行上色包括：
20.调整待上色的酸洗面为竖向。
21.优选的，第一次酸洗和第二次酸洗的酸溶液不同。
22.优选的，对上色后的酸洗面进行封闭处理包括：
23.将上色后的酸洗面浸泡在封闭溶液中，浸泡时间为20～30min；其中，封闭溶液为100℃蒸馏水，或，无机盐和有机物的混合溶液。
24.优选的，对钛合金板材进行精雕包括：
25.精雕过程中切削温度为450～750℃。
26.优选的，钛合金基体板材的由以下重量百分含量的成分组成：
27.0.0％≤al≤8.0％，0.0％≤v≤6.0％，0.0％≤fe≤3.0％，0.0％≤sn≤3.0％，0.0％≤mn≤2.0％，0.0％≤cr≤1.0％，0.0％≤si≤0.40％，0.0％≤o≤0.30％，余量为ti以及不可避免的杂质元素。
28.优选的，钛合金基体板材的厚度为6～30mm，浮雕凸起高度为钛合金基体板材厚度的1/5～2/3。
29.本发明的有益效果是：本发明通过使用钛合金基体板材来加工浮雕板画，得到钛合金浮雕板画，再通过阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分进行上色，可以得到设计要求的彩色钛合金浮雕板画，且克服了铁质金属板画易生锈的问题。
具体实施方式
30.下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
31.钛及钛合金材料被称为21世纪金属，具有熔点高、密度小、无磁性、导热系数低、可塑性好、易于加工、耐腐蚀、美观等优良特性，广泛应用于航空航天、舰船、海洋装备、医疗、化工、建筑装饰等各个领域。
32.基于钛及钛合金材料密度小、易加工、耐腐蚀及可形成彩色氧化膜等特征，本发明采用钛合金作为板画的基体，利用精雕手段形成立体浮雕式文字及图案，后可进一步通过阳极氧化方法形成彩色氧化膜给板画上色。该发明的浮雕板画艺术表现力强，不易掉色并耐酸、碱腐蚀，可传承千年，具有较高的文化及经济价值。具体的，本发明中的浮雕板画包括人物造型、动物造型、植物造型、风景造型以及各类字体造型等。
33.本发明公开了一种钛合金彩色浮雕板画的制备方法，包括以下步骤：根据设计需求选择钛合金基体板材；根据浮雕板画的二维图、浮雕凸起高度、钛合金基体板材的属性信息生成精雕路径；基于精雕路径利用精雕设备对钛合金板材进行精雕，得到钛合金浮雕板画；采用阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分上色。
34.本发明通过使用钛合金基体板材来加工浮雕板画，得到钛合金浮雕板画，再通过阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分进行上色，可以得到设计要求的彩色钛合金浮雕板画，且克服了铁质金属板画易生锈的问题。
35.首先，选择钛合金基体板材的材料及厚度。作为一种优选的实例，钛合金基体板材的由以下重量百分含量的成分组成：0.0％≤al≤8.0％，0.0％≤v≤6.0％，0.0％≤fe≤3.0％，0.0％≤sn≤3.0％，0.0％≤mn≤2.0％，0.0％≤cr≤1.0％，0.0％≤si≤0.40％，0.0％≤o≤0.30％，余量为ti以及不可避免的杂质元素。这种成分组成的钛合金材料可以影响板材的强度，进而可以影响精雕过程中的切削粘性。
36.关于板材的厚度，优选为6～30mm，浮雕凸起高度为钛合金基体板材厚度的1/5～2/3，具体也要根据精雕设备刀尖的大小来确定。浮雕的厚度不仅对美观性有影响，其还会影响浮雕上色时的电流密度以及上色的均匀度，所以，板材的厚度、浮雕的厚度以及板材的
成分组成和阳极氧化的电参数是相互配合确定的。更为具体的，浮雕的凸起高度一般小于等于10mm。
37.精雕采用三轴以上精雕加工设备，选择不同规格尺寸的切削刀按照加工路径进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为高速钢或硬质合金。精雕过程中切削温度控制为450～750
°
，具体可以采用浇筑切削液来实现，以保证加工顺利。
38.二维图，即板画的二维电子图，也是板画的平面图，将其与浮雕凸起高度一起输入到精雕设备中，精雕设备会生成三维图，进而根据三维图生成精雕路径。通常为了保证精雕准确定，板画的二维电子图的分辨率不低于300dpi。
39.在一个实施例中，采用阳极氧化法为钛合金浮雕板画的浮雕部分上色包括：对浮雕部分进行酸洗，直至浮雕部分的酸洗面形成梨皮花纹；基于阳极氧化方法，采用蘸有酸溶液的电笔为酸洗面进行上色；其中，阳极氧化的电压为4～95v，电流密度为0.1～12a
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，酸洗面的温度为10～30℃；对上色后的酸洗面进行封闭处理，得到钛合金彩色浮雕板画。
40.另外，在酸洗前需要将钛合金浮雕板画置于丙酮溶液中处理2～10min，清洗油污，清洗后取出用蒸馏水冲净，再风干或烘干。由于只需要对浮雕部分进行上色，所以酸洗也仅需要对浮雕部分。
41.本实施例中，准备好酸洗池，然后将钛合金浮雕倒挂起来，使其浮雕部分朝下，在缓慢将其放入酸洗液中浸泡2～8min，应注意钛合金基体不能接触到酸洗液，在该过程中观察酸洗面是否出现梨皮花纹，如果出现则表明酸洗完成，取出钛合金浮雕板画用蒸馏水快速冲洗。
42.在该实施例中，对浮雕部分进行酸洗包括：悬吊钛合金浮雕板画，使浮雕部分浸泡于酸溶液中。具体的，对浮雕部分进行酸洗后还包括：冲洗酸洗面；对冲洗后的酸洗面进行二次酸洗，并冲洗烘干。更为具体的，第一次酸洗和第二次酸洗的酸溶液不同。
43.在该实施例中，二次酸洗的目的是清除第一次酸洗后酸洗表面形成的粉状污物，所以，二次酸洗实用氢氟酸与过氧化氢水溶液，取出后用蒸馏水快速冲洗，完全烘干再进行下一步处理。
44.在一个具体的实现方式中，采用蘸有酸溶液的电笔为酸洗面进行上色包括：调整待上色的酸洗面为竖向。
45.具体的，酸洗完成后采用高精度直流稳压电源进行阳极氧化，将电笔蘸上特制溶液(如100～200g/l的磷酸、20～80g/l的有机酸或5g/l的草酸等)。
46.作为一种具体的实现方式，对上色后的酸洗面进行封闭处理包括：将上色后的酸洗面浸泡在封闭溶液中，浸泡时间为20～30min；其中，封闭溶液为100℃的蒸馏水，或，无机盐和有机物的混合溶液。无机盐指5～20g/l的乙酸钙，或ce盐，有机溶剂指三乙醇胺。
47.本发明的钛合金浮雕板画比传统的铁基/铜基浮雕板画更耐腐蚀且颜色鲜艳，有很高的收藏及文化价值，且钛合金浮雕板画采用精雕的方法，精细化程度更高，处理画作的细节化程度更佳，更能发挥出原来板画的艺术张力及表现力。而且，本发明的钛合金浮雕板画选用的钛合金材料广泛，可使用市面上多数牌号的钛合金，此外还可采用钛合金废料进行再回收加工利用，节约成本和资源。总之，本发明的操作简单、材料渠道广泛、艺术及文化价值较高，易于实现产品及文化推广。
48.实施例1：
49.本实施例制备一副120mm*300mm*12mm规格钛合金原色浮雕板画，浮雕凸起高度为基板厚度的1/3，约4mm。选择ta1作为基板，尺寸约为130mm*310mm*12mm。根据板画的二维电子图及浮雕高度制定三维图，建立精雕路径。精雕采用三轴精雕cnc加工中心进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为高钒高速钢，切削温度为450～550℃(由于切削温度难掌握，所以该实施例中的温度是在该范围内波动)，切削过程浇注切削液。将板画整体至于丙酮溶液中处理10min，清洗油污，后取出用蒸馏水冲净烘干，得到钛合金原色浮雕板画。
50.实施例2：
51.本实施例制备一副120mm*300mm*12mm规格钛合金金色浮雕板画，浮雕凸起高度为基板厚度的1/3，约4mm。选择tc4钛合金作为基板，尺寸约为130mm*310mm*12mm。根据板画的二维电子图及浮雕高度制定三维图建立精雕路径。精雕采用三轴精雕cnc加工中心进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为高钒高速钢，切削温度为450～550℃(由于切削温度难掌握，所以该实施例中的温度是在该范围内波动)，切削过程浇注切削液。将板画整体至于丙酮溶液中处理6min，清洗油污，后取出用蒸馏水冲净烘干。
52.将浮雕凸出的位置进行酸洗，将板画倒挂，控制浮雕凸出位置浸泡于酸溶液处理8min，形成梨皮花纹，后用蒸馏水快速冲洗，后将板画二次酸洗，清除一次酸洗形成的粉状污物，使用的溶液为氢氟酸与过氧化氢水溶液。取出后用蒸馏水快速冲洗板画，完全烘干进行下一步处理。
53.采用高精度直流稳压电源进行阳极氧化，将电笔蘸上特制溶液对字进行上色，调节电压40v，温度25℃，电流密度12a
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。该步骤特制溶液成分为磷酸、醋酸和草酸混合液。将形成的彩色板画进行封闭处理30min(封闭处理是为了将形成的氧化膜多孔结构进行封闭，防止粘指纹)，封闭溶液为100℃的蒸馏水(30min)，。最终获得钛合金金色浮雕板画。
54.实施例3：
55.本实施例制备一副120mm*300mm*12mm规格钛合金黑色浮雕板画，浮雕凸起高度为基板厚度的1/3，约4mm。选择tc4钛合金作为基板，尺寸约为130mm*310mm*12mm。根据板画的二维电子图及浮雕高度制定三维图建立精雕路径。精雕采用三轴精雕cnc加工中心进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为硬质合金，切削温度为550～650℃(由于切削温度难掌握，所以该实施例中的温度是在该范围内波动)，切削过程浇注切削液。将板画整体至于丙酮溶液中处理2min，清洗油污，后取出用蒸馏水冲净烘干。
56.将浮雕凸出的位置进行酸洗，将板画倒挂，控制浮雕凸出位置浸泡于酸溶液处理4min，形成梨皮花纹，后用蒸馏水快速冲洗，后将板画进行二次酸洗，清除一次酸洗形成的粉状污物，使用的溶液为氢氟酸与过氧化氢水溶液。取出后用蒸馏水快速冲洗板画，完全烘干进行下一步处理。
57.采用高精度直流稳压电源进行阳极氧化，将电笔蘸上特制溶液对字进行上色，调节电压95v，温度25℃，电流密度0.15a
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。该步骤特制溶液成分为重铬酸、硫酸锰和硫酸铵混合液。将形成的彩色板画进行封闭处理20min，封闭溶液为ce盐和三乙醇胺的混合溶液(20min)。最终获得钛合金黑色浮雕板。
58.实施例4：
59.本实施例制备一副120mm*300mm*8mm规格钛合金咖色浮雕板画，浮雕凸起高度为基板厚度的1/4，约2mm。选择ti-5al-2.5fe合金作为基板，尺寸约为130mm*310mm*8mm。根据
板画的二维电子图及浮雕高度制定三维图建立精雕路径。精雕采用三轴精雕cnc加工中心进行粗加工-半精加工-精加工，切削刀材质为硬质合金，切削温度为650～750℃(由于切削温度难掌握，所以该实施例中的温度是在该范围内波动)，切削过程浇注切削液。将板画整体至于丙酮溶液中处理6min，清洗油污，后取出用蒸馏水冲净烘干。
60.将浮雕凸出的位置进行酸洗，将板画倒挂，控制浮雕凸出位置浸泡于酸溶液处理8min，形成梨皮花纹，后用蒸馏水快速冲洗，后将板画二次酸洗，清除一次酸洗形成的粉状污物，使用的溶液为氢氟酸与过氧化氢水溶液。取出后用蒸馏水快速冲洗板画，完全烘干进行下一步处理。
61.采用高精度直流稳压电源进行阳极氧化，将电笔蘸上特制溶液对字进行上色，调节电压4v，温度25℃。该步骤特制溶液成分为磷酸、醋酸和草酸混合液。将形成的彩色板画进行封闭处理30min(封闭处理是为了将形成的氧化膜多孔结构进行封闭，防止粘指纹)，封闭溶液为无机盐和有机物的混合溶液，为乙酸钙和三乙醇胺混合溶液，最终获得钛合金咖色浮雕板画。