专利名称：一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液及其制备方法
一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液及其制备方法技术领域
本发明专利属于表面处理技术中的金属着色和染色领域。涉及一种针对钛合金零件，通过微弧氧化着色工艺在钛合金基体上直接产生蓝色陶瓷层的溶液。具体为一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液及其制备方法。
背景技术：
金属着色和染色，是指使金属自身表面产生与原来不同的色调，并保持金属光泽的工艺。目前公开报道的钛合金着色技术有电解着色技术，如专利CN102080247烟黄色钛合金着色加工方法，即为一种电解着色技术。其膜层为非晶态薄膜，膜层厚度小于I微米。 膜层不耐磨，用手摸易产生脱色，易吸附污迹、在200°C以上，膜层不能阻挡钛基体氧化而变色。钛合金具有耐蚀、比强度高的优点，而被越来越广泛应用于，对于具有高档装饰需求的行业，如钛合金眼镜架等迫切需要一种高质量的蓝色系着色技术，使着色膜层具有耐蚀、耐热、耐紫外光等优点，同时能保持金属的光泽，真正实现着色膜层具有实际应用价值的装饰效果。
微弧氧化是近十几年在阳极氧化基础上发展起来的一种金属表面原位生长陶瓷层的表面处理技术。即在一定的电解质溶液中，采用较高的工作电压，将工作区域由普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压火花放电区域，利用弧光放电使得阳极氧化形成的致密氧化层被击穿，产生弧光放电和瞬间高温(> 2000°C )，氧化膜在高温高压作用下熔融，离子弧消失后，熔融物激冷形成陶瓷膜。由于在液相介质内通过金属电极表面的等离子体放电生长和沉积陶瓷膜层，也称为等离子体液相电解沉积技术。
由于膜层生色机理复杂，特别是生产纯正的枪色难度相当大。溶液成分及溶液的配置方法对膜层色泽起根本性作用。因此，对槽液配方及配置方法需进行大量试验筛选。发明内容
本发明的目的在于提供一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液及其制备方法，克服电解着色膜层的缺陷。
本发明所采用的技术方案是
一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，包括产生微弧氧化的微弧氧化火花放电引入剂，蓝色微弧氧化着色剂，蓝色膜层致密促进剂，蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂，蓝色膜层稳定剂，槽液稳定剂。其中
微弧氧化火花放电引入剂为磷酸盐，其在着色液中含量为4g/L 20g/L ；
蓝色微弧氧化着色剂为镍盐或钴盐，镍或钴在着色液中含量为O. 2g/L 1.1g/ L，；
蓝色微弧氧化膜层致密促进剂为钨酸钠，其在着色液中含量为O. 5g/L 2g/L ；
蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂为甘油，着色液中含量为2ml/L 10ml/L ；
蓝色膜层稳定剂为乙二胺四乙酸二钠，含量为2g/L 20g/L ；
槽液稳定剂为氢氧化钠或氢氧化钾，含量为lg/L 3g/L ；如上所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，其中所述着色液使用温度为15 65 。如上所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，其中所述微弧氧化火花放电引入剂采用的磷酸盐为磷酸三钠、磷酸氢二钠、偏聚磷酸钠、焦磷酸钠、次亚磷酸钠中的任何一种。如上所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，其中所述蓝色微弧氧化着色剂为硫酸镍或硫酸钴，含量为lg/L 5g/L。一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液的制备方法,包括如下步骤步骤1:加入去离子水； 步骤2 :加入蓝色膜层稳定剂；步骤3 :加入槽液稳定剂；步骤4 :加入微弧氧化火花放电引入剂；步骤5 :加入蓝色微弧氧化着色剂；步骤6 :加入蓝色膜层致密促进剂；步骤7 :加入蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂；步骤8 :补充去离子水至拟定的溶液体积。如上所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液的制备方法,蓝色微弧氧化着色剂用去离子水溶解后，缓慢加入，加入过程中不间断搅拌，否则易导致浑浊，导致溶液配置失效。如上所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液的制备方法，其中所述制备过程采用的着色槽为聚丙烯塑料槽或不锈钢槽。如上所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液的制备方法，其中盛放所述溶液的不锈钢槽连接微弧氧化着色电源的负极。本发明的有益效果是本发明适应于对于具有高档装饰需求的钛合金制品，膜层具有耐蚀、耐热、耐紫外光、耐磨等优点，同时能保持金属的光泽，真正实现着色膜层的装饰效果。本发明通过采用特定的微弧氧化电流波形及工艺参数，使钛合金本体在微弧氧化生成陶瓷膜的同时，使溶液中的蓝色微弧氧化着色剂在钛合金材料表面与溶液的界面间，通过形成胶粒的形式，以电泳方式到达陶瓷膜孔隙内部，依靠电化学、等离子体化学、热化学等机制在膜层孔隙中直接生成有色的化合物，使膜层具有需要的色泽。由于等离子体放电温度高达2000°C 8000°C，该蓝色化合物与钛合金氧化膜通过烧结，形成微观层次上完全均匀的有色陶瓷膜。因微弧氧化生成陶瓷层是在钛合金基体上本位生成，决定了该着色陶瓷层具有很好的与基体的结合力。本发明提供的着色溶液化学性能稳定，使用温度为15°C 65°C，可以使钛合金本体在微弧氧化生成陶瓷膜的同时，微弧氧化着色剂，通过形成胶粒的形式以电泳方式到达陶瓷膜孔隙内部，依靠电化学、等离子体化学、热化学等机制在膜层孔隙中直接生成蓝色的化合物，使膜层具有光亮的蓝色色泽。在微弧氧化等离子体放电过程中，有色化合物与钛合金氧化膜通过烧结，形成微观层次上完全均匀的有色陶瓷膜，膜层具有耐磨性，鲜艳、细致，富有金属光泽。克服了一般通过钛合金阳极氧化溶液产生干涉色进行着色的膜层缺陷。 干涉色膜层厚度在I微米以下，不耐磨，手摸易产生脱色，易吸附污迹，在200°C以上，膜层不能阻挡钛基体氧化而变色。生产中膜层颜色对氧化时间、电压敏感，色泽不易复现。
通过本发明提供的溶液进行微弧氧化着色，膜层厚度可达到20微米，膜层厚度在 2微米 20微米均为需要的蓝色，且形成的膜层色泽稳定，具有耐摸，耐磨特点，膜层致密不会吸附污迹。更为优异的是膜层不含有机物，可长期耐紫外光。膜层在600°C以下，不会变色。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液进行介绍
一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，包括产生微弧氧化的微弧氧化火花放电引入剂，蓝色微弧氧化着色剂，蓝色膜层致密促进剂，蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂，蓝色膜层稳定剂，槽液稳定剂。其中，
微弧氧化火花放电引入剂为磷酸盐，优选为磷酸三钠、磷酸氢二钠、偏聚磷酸钠、焦磷酸钠、次亚磷酸钠中的任何一种，含量优选为4g/L 20g/L。
蓝色微弧氧化着色剂为不含氯或氟的任何可溶解于水的二价镍或钴化合物(包括可与络合剂形成络合物后溶于水的化合物)。镍离子或钴离子含量优选为O. 2g/L 1. lg/L0例如可以用硫酸镍或硫酸钴。
蓝色膜层致密促进剂为钨酸钠，含量优选为O. 5g/L 2g/L。
蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂为甘油，含量优选为2ml/L 10ml/L。
蓝色膜层稳定剂为乙二铵四乙酸二钠，含量优选为2g/L 20g/L。
槽液稳定剂为氢氧化钠或氢氧化钾，含量优选为lg/L 3g/L。
溶液使用温度优选为15°C 65°C。
实施例1:
一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，配方为
磷酸三钠8g/L
硫酸镍2g/L
钨酸钠lg/L
甘油5ml/L
乙二胺四乙酸二钠10g/L
氢氧化钠2g/L
实施例2
一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，配方为
焦磷酸钠15g/L
硫酸钻2g/L
钨酸钠0. 8g/L
甘油8ml/L
乙二胺四乙酸二钠15g/L
氢氧化钠3g/L。
实施例3
一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，配方为
磷酸氢二钠10g/L
硫酸镍4g/L
钨酸钠1.2g/L
甘油8ml/L
乙二胺四乙酸二钠18g/L
氢氧化钠1.8g/L。
实施例4
一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，配方为
磷酸三钠10g/L
硫酸镍4. 5g/L
钨酸钠1.8g/L
甘油6ml/L
乙二胺四乙酸二钠18g/L
氢氧化钾2g/L。
本发明提供的溶液进行微弧氧化着色，膜层厚度可达到20微米，膜层厚度在2微米 20微米均为需要的蓝色，且形成的膜层色泽稳定，具有耐摸、耐磨特点。膜层致密不会吸附污迹。更为优异的是膜层不含有机物，可长期耐紫外光。膜层在600°C以下，不会变色。
通过磷酸盐体系做为微弧氧化生成陶瓷膜的火花引入剂，磷酸盐浓度选用4g/L 20g/L。优点是生成陶瓷膜时，火花分布均匀，也就保证了微弧能量在复杂零件上的分
布均匀，可以保证复杂零件不同部位厚度均匀，且形成的该陶瓷膜孔隙均匀，成为着色剂在陶瓷膜中生色均匀的良好载体。蓝色微弧氧化着色剂选用可溶于水的镍盐和钴盐,镍或钴含量为O. 2g/L 1.1g/L，可以很好保证着色剂在零件不同部位的陶瓷膜中生色均匀，蓝色柔和，不会出现其他干扰色。与蓝色微弧氧化膜层相适应的膜层致密促进剂为钨酸钠，着色液中含量为O. 5g/L 2g/L。加入该致密促进剂可以保证陶瓷膜层孔隙均匀，孔隙小而密集，有利于着色剂在陶瓷膜中吸附的活性点浓度，保证蓝色色度。微弧氧化膜层色泽均匀剂为甘油，着色液中含量为2ml/L 10ml/L。可以较好保证复杂零件边缘，尖端部位等微弧氧化大电流密度区域，不会因过电流出现局部粗糙，膜层疏松。不会因膜层疏松引起色差。蓝色膜层稳定剂为乙二胺四乙酸二钠，含量为2g/L 20g/L，其可以络合着色剂中的钴离子或镍离子，避免其在碱性溶液中沉淀，引起着色槽液中着色剂损失。槽液稳定剂为氢氧化钠或氢氧化钾，含量为lg/L 3g/L，其一方面可以保证微弧氧化形成陶瓷层要求的溶液为碱性的条件。另一方面可以避免槽液中其他成分以沉淀析出，增加槽液稳定性。同时增加槽液的导电性，有降低槽电压，减少能耗作用。
着色槽可选用聚丙烯塑料槽或不锈钢槽。如选用不锈钢槽，不锈钢槽可连接微弧氧化着色电源的负极，这样不锈钢槽体就可兼做微弧氧化着色的阴极。
蓝色微弧氧化着色槽液配置方法为
在预配置的着色槽中，加入预配溶液体积2/3的去离子水。加入lg/L 3g/L氢氧化钠或氢 氧化钾，搅拌至溶解。加入2g/L 20g/L的化学纯乙二胺四乙酸二钠，搅拌至溶解。加入4g/L 20g/L的化学纯微弧氧化火花放电引入剂(如磷酸钠或磷酸氢二钠)， 搅拌溶解后，加入用去离子水溶解的含钴或镍量为O. 2g/L 1. lg/L的化学纯钴盐或镍盐溶液，边加入、边搅拌。然后加入O. 5g/L 2g/L的化学纯钨酸钠、2ml/L 10ml/L的化学纯甘油，搅拌溶解。补充去离子水到预配体积的液面。
一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液的制备方法，包括如下步骤
步骤1:加入去离子水
在预配置的着色槽中。如果预配体积为V升，加入2V/3的去离子水。
步骤2 :加入蓝色膜层稳定剂
在步骤I的水槽中，根据预配着色液体积V升，lg/L 3g/L计算量加入化学纯氢氧化钠或氢氧化钾，搅拌直至溶解。
当氢氧化钠含量或氢氧化钾小于lg/L，溶液中的钨酸钠容易在微弧氧化中析出， 导致槽液浑浊。当氢氧化钠或氢氧化钾含量大于3g/L，陶瓷膜层会出现一定程度腐蚀现象， 影响膜层颜色。
步骤3:加入槽液稳定剂
在步骤2得到的水溶液中，根据预配着色液体积V升，以2g/L 20g/L计算量加入化学纯乙二胺四乙酸二钠，搅拌直至溶解。
当乙二胺四乙酸二钠含量小于2g/L，溶液中的着色剂容易在微弧氧化过程中析出，导致槽液浑浊，膜层粗糙。
当乙二胺四乙酸二钠含量大于20g/L，会影响着色剂的着色作用，导致膜层色泽偏淡。
步骤4 :加入微弧氧化火花放电引入剂
在步骤3得到的水溶液中，根据预配着色液体积V升，缓慢加入以4g/L 20g/L 计算量的化学纯磷酸三钠、磷酸氢二钠、偏聚磷酸钠、焦磷酸钠、次亚磷酸钠中的任何一种， 边加边搅拌，直至溶解。
当磷酸盐含量小于4g/L，在复杂零件上形成的陶瓷层膜层厚度不均匀，当磷酸盐含量大于20g/L，在复杂零件上大电流区域容易出现膜层粗糙甚至烧坏零件边缘。
步骤5 :加入蓝色系微弧氧化着色剂
根据预配着色液体积V升，用去离子水将lg/L 5g/L计算量的化学纯硫酸镍或硫酸钴溶解，然后将溶解得到的溶液，缓慢加入到步骤4得到的水溶液中，边加边搅拌。
当硫酸镍或硫酸钴含量小于lg/L，形成的陶瓷层膜层色泽偏淡，当硫酸镍或硫酸钴含量大于5g/L，会影响陶瓷膜层的耐磨性和膜层的致密性。
步骤6 :加入蓝色膜层致密剂
在步骤5得到的水溶液中，根据预配着色液体积V升，以O. 5g/L 2g/L计算量加入化学纯钨酸钠，搅拌直至溶解。
当钨酸钠含量小于O. 5g/L，形成陶瓷层速度慢，孔隙过大，不利于着色物在陶瓷膜中烧结形成蓝色。当钨酸钠含量大于2g/L，会阻止着色物在陶瓷膜层中的吸附，膜层色泽会变淡。步骤7 :加入蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂在步骤6得到的水溶液中，根据预配着色液体积V升，以2ml/L 10ml/L加入甘油，搅拌均匀。当甘油含量小于2ml/L，形成陶瓷层色泽不均匀，复杂零件大电流区域容易出现膜层粗糙，色泽偏淡情况；当甘油含量大于10ml/L，形成陶瓷层会出现溶解趋势，成膜速度慢。
步骤8 :补充去离子水至拟配溶液的体积V补充去离子水至体积V，搅拌均匀。本发明所保护的技术方案并不局限于具体实施方式
部分所给出的实施例，而涵盖了其他具有相同性质和作用的替代成分及组合方式。
权利要求
1.一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，包括产生微弧氧化的微弧氧化火花放电引入齐 ，蓝色微弧氧化着色剂，蓝色膜层致密促进剂，蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂，蓝色膜层稳定剂，槽液稳定剂。其中 微弧氧化火花放电引入剂为磷酸盐，含量为4g/L 20g/L ； 蓝色微弧氧化着色剂为不含氯或氟的任何可溶解于水的镍盐或钴盐。镍离子或钴离子含量为 O. 2g/L 1. lg/L ； 蓝色膜层致密促进剂为蓝色膜层致密促进剂为钨酸钠，含量为O. 5g/L 2g/L ； 蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂为甘油，含量为2ml/L 10ml/L ； 蓝色膜层稳定剂为乙二胺四乙酸二钠，含量为2g/L 20g/L ； 槽液稳定剂为氢氧化钠或氢氧化钾，含量为lg/L 3g/L。
2.根据权利要求1所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，其特征在于所述着色液使用温度为15°C 65°C。
3.根据权利要求2所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，其特征在于所述微弧氧化火花放电弓I入剂采用的磷酸盐为磷酸三钠、磷酸氢二钠、偏聚磷酸钠、焦磷酸钠、次亚磷酸钠中的任何一种。
4.根据权利要求3所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液，其特征在于所述蓝色微弧氧化着色剂为硫酸镍或硫酸钴，含量为lg/L 5g/L。
5.一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液的制备方法，包括如下步骤 步骤1:加入去离子水； 步骤2 :加入蓝色膜层稳定剂； 步骤3 :加入槽液稳定剂； 步骤4 :加入微弧氧化火花放电引入剂； 步骤5 :加入蓝色微弧氧化着色剂； 步骤6 :加入蓝色膜层致密促进剂； 步骤7 :加入蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂； 步骤8 :补充去离子水至拟定的溶液体积。
6.根据权利要求5所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液的制备方法，蓝色微弧氧化着色剂应用去离子水溶解后，缓慢加入，加入过程中应不间断搅拌。
7.根据权利要求5所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液的制备方法，其特征在于所述制备过程采用的着色槽为聚丙烯塑料槽或不锈钢槽。
8.根据权利要求7所述的一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液的制备方法，其特征在于所述的盛放溶液的不锈钢槽连接微弧氧化着色电源的负极。
全文摘要
本发明属于表面处理技术中的金属着色和染色领域，具体涉及一种蓝色系钛合金微弧氧化着色溶液及其制备方法。目的是克服电解着色膜层的缺陷。该着色溶液包括产生微弧氧化的微弧氧化火花放电引入剂，蓝色微弧氧化着色剂，蓝色膜层致密促进剂，蓝色微弧氧化膜层色泽均匀剂，蓝色膜层稳定剂，槽液稳定剂。通过本发明提供的溶液进行微弧氧化着色，膜层厚度可达到20微米，膜层厚度在2微米～0微米均为需要的蓝色，且形成的膜层色泽稳定，具有耐摸，耐磨特点，膜层致密不会吸附污迹。更为优异的是膜层不含有机物，可长期耐紫外光。膜层在600℃以下，不会变色。
文档编号C25D11/26GK102995092SQ20121049713
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者汤宏才 申请人:北京星航机电设备厂