[发明专利]一种钛及钛合金电化学抛光的电解液及其表面抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面抛光技术领域，具体地说，涉及一种钛及钛合金电化学抛光电解液及其表面抛光方法。

背景技术

钛及钛合金材料具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能优异、高温强度及低温韧性优良等优点，已广泛应用于航空航天、核工业、石油、化工及日常生活用品等领域。钛及钛合金制品的生产，为了美观或者装配配合的需要，往往需要进行表面抛光处理。钛及钛合金表面一般可通过机械抛光、化学抛光、电化学抛光等方法进行表面光整加工。其中，电化学抛光由于具有成本低、效率高、抛光效果好、抛光面不局限于平面等特点，在工业中具有普遍的应用。

电化学抛光借助于电源提供电流，工件一般接于阳极，在阳极金属/电解液界面发生金属氧化、氧化物被电解液溶解的过程。溶解过程，金属以阳离子形式脱离阳极并进入溶液中。传统的钛及钛合金电化学抛光的电解液一般为含高氯酸电解液(如CN101148774A)与含氢氟酸电解液(如CN1358240A)。高氯酸具有助燃性，温度过高易引发爆炸，且具有强烈腐蚀性，危险性极高。氢氟酸挥发性较强，防护不当时可引发人体呼吸道粘膜、人体骨骼及牙齿的严重损害，而传统氢氟酸电解液中HF含量较高，生产过程中挥发严重，不利于工人健康和设备的长期使用。2008年公开一项美国专利应用于钛金属表面抛光，其以甲磺酸为基本组成(US2008/0217186A1)。甲磺酸对粘膜、上呼吸道、眼和皮肤有强烈刺激性，可灼伤人体，且易造成水体和大气污染，故甲磺酸电解液亦具有较强毒性。

因此，目前钛及钛合金的电化学电解液均具有较强的毒性和危害性。所以，研发低毒、安全、环保的电化学抛光工艺具有明显的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺点，提供一种安全、环保的钛及钛合金电化学抛光的电解液。

本发明提供的钛及钛合金电化学抛光的电解液，包括氢氟酸1～3质量％，去离子水20～30质量％，余量为乙二醇。本发明的电解液以氢氟酸和去离子水作为关键成分，以乙二醇作溶剂。通过提高电解液中去离子水含量，保持较低的氢氟酸浓度(低于3.0质量％)，从而达到消除电解液刺激性气味，降低电解液对人体直接危害的目的。

本发明的另一个目的是提供利用上述电解液对钛及钛合金表面进行抛光的方法。

本发明的钛及钛合金表面抛光方法，包括如下步骤：

(1)配制电解液：以乙二醇作溶剂，氢氟酸的质量分数为1～3质量％，去离子水质量分数为20～30质量％；

(2)阳极氧化处理：以直流稳压电源作为阳极氧化电源，将工件接在阳极，电源的阴极接铅板、石墨板、钛板或铂片；将阳极与阴极浸于阳极氧化电解液中进行处理；本发明的钛及钛合金表面抛光方法的核心步骤是阳极氧化处理。

(3)去氧化层处理：将所得工件进行干燥，然后再次浸于清水槽，超声处理，氧化层脱落，取出工件晾干。第二步处理后的工件表层有一层半透明状氧化层，本步骤目的为去除该氧化层。将阳极氧化处理后的工件于清水中清洗干净。晾干。此时氧化层由于应力作用，出现轻微脱落。将此工件再次浸于清水槽中超声处理大于5min。氧化层将全部脱落，将工件取出晾干。

在上述钛及钛合金表面抛光方法中，采用直流稳压电源作为阳极氧化电源，电源电压的范围为10V～120V。

在上述钛及钛合金表面抛光方法中，所述电解液的恒温温度为10～40℃。

在上述钛及钛合金表面抛光方法中，将工件接在阳极，电源的阴极接铅板、石墨板、钛板或铂片；阳极工件与阴极工件间距为5～30mm。

在上述钛及钛合金表面抛光方法中，将阳极与阴极浸于电解液中进行电解时，对电解液进行搅拌，其搅拌速度为0～600rpm。

在上述钛及钛合金表面抛光方法中，阳极氧化抛光时间为1～10h。

在上述钛及钛合金表面抛光方法中，所述超声处理的时间大于5min。

在上述钛及钛合金表面抛光方法中，在阳极氧化处理前对工件进行前处理，所述前处理为：分别用400目、600目、800目、1000目以及1200目砂纸打磨工件，并用清水冲洗干净。

与现有技术相比，本发明具有如下有益结果：