表面渗氢钛合金在草酸溶液中的应用的制作方法

本发明涉及钛合金的表面防护技术领域，具体为表面渗氢钛合金在草酸溶液中的应用。

背景技术：

钛及钛合金以其优异的耐蚀性广泛应用于航空航天、石油化工、生物医药等领域。钛及钛合金优异的耐蚀性源于其表面致密的钝化膜，该钝化膜完整致密连续，赋予钛优异的耐蚀性，使得钛及钛合金能够广泛应用于各种腐蚀性极强的化工介质中。但是在某些有机酸介质比如草酸溶液中，钛的耐蚀性会急剧下降以至于不能正常使用。草酸属于还原性有机酸且对金属离子具有很强的络合作用，钛合金在草酸溶液中无法形成稳定的钝化膜，导致钛合金发生严重的腐蚀现象。根据黄健中等主编的《材料的耐蚀性和腐蚀数据》第324页可知，纯钛在1％草酸溶液中35℃和60℃条件下，腐蚀速率分别为0.151mm/a和4.5mm/a。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明在于表面渗氢钛合金在草酸溶液中的应用，通过该种防护应用能够有效解决钛合金在草酸溶液中的腐蚀问题，极大扩宽了钛及钛合金的应用领域。

表面渗氢钛合金在草酸溶液中的应用，钛合金表面存在一层均匀且致密的渗氢层，作为钛合金在草酸溶液中的腐蚀阻挡层。

其中，所述渗氢层的厚度为3-15μm，渗氢层化学成份为氢化钛。

优选地，所述渗氢层的厚度为10-12μm。

所述的表面渗氢钛合金的制备方法，将钛合金表面进行打磨、清洗处理，然后将表面处理后的钛合金放入渗氢溶液中进行电化学渗氢，钛合金表面形成均匀且致密的渗氢层。

其中，所述电化学渗氢的渗氢时间为2-24h，渗氢溶液为h2so4和ch4n2s的混合溶液，渗氢电流密度为10ma/cm²。

其中，所述混合溶液中h2so4的浓度为0.5mol/l，ch4n2s的浓度为2g/l。

其中，所述钛合金表面打磨、清洗处理为用砂纸将钛合金表面逐级打磨至2000目，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗，冷风吹干。

所述表面渗氢钛合金的制备方法，还可以为室温气相充氢法，高温高压充氢，化学腐蚀充氢和电化学充氢。

本发明具有如下有益效果：

虽然钛合金表面存在致密的氧化膜可以阻挡大部分的腐蚀性介质，但在具有还原性介质中其腐蚀速率非常快，尤其在草酸溶液中钛合金的腐蚀非常严重。钛合金表面存在渗氢层可以有效的防止钛合金在草酸溶液中的腐蚀，腐蚀速率最低仅为0.03mm/a，相对于未表面渗氢钛合金，其缓蚀效率为99.3％，极大扩宽了钛及钛合金的应用领域。

附图说明

图1为实施例1、2、3和对比例钛合金在草酸溶液中的腐蚀速率。

图2为实施例1、2、3和对比例钛合金在草酸溶液中的极化曲线。

图3为实施例1、2、3和对比例钛合金在草酸溶液中的交流阻抗。

图4中(a)和(b)为对比例腐蚀浸泡实验前后的sem图像、(c)和(d)为实施例3腐蚀浸泡实验前后的sem图像。

具体实施方式

实施例1：

(1)表面渗氢钛合金的制备：将钛合金表面打磨、处理为用砂纸将钛合金表面逐级打磨至2000目，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗，冷风吹干。然后将打磨处理后的钛合金在室温条件下进行渗氢，渗氢溶液为0.5mol/lh2so4和2g/lch4n2s的混合溶液，渗氢电流密度为10ma/cm²，渗氢时间为2h，钛合金表面渗氢层为3.9μm。

(2)测试方法：

a、腐蚀浸泡实验：将表面渗氢钛合金置于真空干燥箱中在常温下真空干燥8h，然后称重并记录，然后放入1wt％草酸溶液中，实验温度为60℃，浸泡时间为24h。浸泡完成后的试样先使用毛刷去除表面腐蚀产物，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗并置于真空干燥箱中在常温下真空干燥8h，称重并记录。

b、电化学测试：电化学测试采用电化学工作站和标准三电极体系：其中工作电极为表面渗氢钛合金，辅助电极为铂电极，参比电极为通过盐桥连接的饱和甘汞电极(sce)。测试介质为1wt％的草酸溶液，测试温度为60℃，温度通过恒温水浴锅控制。测试开始前，先将试样在开路状态下保持1h，使开路电位(ocp)达到稳定状态。电化学阻抗谱(eis)测试频率范围为100khz～10mhz，交流激励信号幅值为10mv。动电位极化曲线测量范围为ocp-0.3v～3v，扫描速率为1mv/s。

(3)测试结果：如图1所示，表面渗氢钛合金在草酸介质中的腐蚀速率为3.48mm/a，图2和图3为表面渗氢钛合金在草酸介质中的极化曲线和交流阻抗，腐蚀电流密度和极化电阻分别为1.05×10^-5a·cm^-2和5.03kω·cm²。

实施例2：

(1)表面渗氢钛合金的制备：将钛合金表面打磨、处理为用砂纸将钛合金表面逐级打磨至2000目，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗，冷风吹干。然后将打磨处理后的钛合金在室温条件下进行渗氢，渗氢溶液为0.5mol/lh2so4和2g/lch4n2s的混合溶液，渗氢电流密度为10ma/cm²，渗氢时间为8h，钛合金表面渗氢层为6.8μm。

(2)测试方法：与实施例1相同。

(3)测试结果：如图1所示，表面渗氢钛合金在草酸介质中的腐蚀速率为1.79mm/a，图2和图3为表面渗氢钛合金在草酸介质中的极化曲线和交流阻抗，腐蚀电流密度和极化电阻分别为3.89×10^-6a·cm^-2和7.46kω·cm²。

实施例3：

(1)表面渗氢钛合金的制备：将钛合金表面打磨、处理为用砂纸将钛合金表面逐级打磨至2000目，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗，冷风吹干。然后将打磨处理后的钛合金在室温条件下进行渗氢，渗氢溶液为0.5mol/lh2so4和2g/lch4n2s的混合溶液，渗氢电流密度为10ma/cm²，渗氢时间为24h，钛合金表面渗氢层为11.9μm。

(2)测试方法：与实施例1相同。

(3)测试结果：如图1所示，表面渗氢钛合金在草酸介质中的腐蚀速率为0.03mm/a，图2和图3为表面渗氢钛合金在草酸介质中的极化曲线和交流阻抗，腐蚀电流密度和极化电阻分别为1.58×10^-6a·cm^-2和24.1kω·cm²。

对比例：

(1)将钛合金表面打磨、处理为用砂纸将钛合金表面逐级打磨至2000目，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗，冷风吹干。

(2)测试方法：

a、腐蚀浸泡实验：将钛合金置于真空干燥箱中在常温下真空干燥8h，然后称重并记录，然后放入1wt％草酸溶液中，实验温度为60℃，浸泡时间为24h。浸泡完成后的试样先使用毛刷去除表面腐蚀产物，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗并置于真空干燥箱中在常温下真空干燥8h，称重并记录。

b、电化学测试：电化学测试采用电化学工作站和标准三电极体系：其中工作电极为钛合金，辅助电极为铂电极，参比电极为通过盐桥连接的饱和甘汞电极(sce)。测试介质为1wt％的草酸溶液，测试温度为60℃，温度通过恒温水浴锅控制。测试开始前，先将试样在开路状态下保持1h，使开路电位(ocp)达到稳定状态。电化学阻抗谱(eis)测试频率范围为100khz～10mhz，交流激励信号幅值为10mv。动电位极化曲线测量范围为ocp-0.3v～3v，扫描速率为1mv/s。

(3)测试结果：如图1所示，钛合金在草酸介质中的腐蚀速率为0.03mm/a，图2和图3为钛合金在草酸介质中的极化曲线和交流阻抗，腐蚀电流密度和极化电阻分别为2.75×10^-4a·cm^-2和0.2kω·cm²。

实施例1-3和对比例的测试结果见下表：

表1实施例1-3和对比例的测试结果

结果表明，钛合金表面存在渗氢层可以有效的防止钛合金在草酸溶液中的腐蚀，尤其是实施例3制备的表面渗氢钛合金，在草酸溶液中的腐蚀速率为0.03mm/a，相对于对比例，其缓蚀效率为99.3％。图4为对比例和实施例3腐蚀浸泡前后的sem图像，表面渗氢钛合金在草酸溶液中浸泡后，表面形貌基本没有变化。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。