(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110306229 A(43)申请公布日 2019.10.08
(21)申请号 201810411903.7(22)申请日 2018.04.27
(71)申请人 杭州天启钛智能科技有限公司
地址 310000 浙江省杭州市余杭区泰极路3
号高新区创业园103C(72)发明人 刘武健
(74)专利代理机构 北京乐知新创知识产权代理
事务所(普通合伙) 11734
代理人 江宇(51)Int.Cl.
C25D 11/26(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
一种全流程环保的钛合金镀膜着色方法(57)摘要
本发明涉及一种钛合金表面的阳极氧化镀膜着色，尤其是涉及一种全流程环保的钛合金表面阳极氧化镀膜着色方法。包括以下步骤：(1)将钛合金工件在食用级碱性溶液中浸泡；(2)在Micro-90清洗液中超声波清洗；(3)放入去离子水清洗干净；(4)将清洗干净的钛合金工件夹装置入食用级酸性溶液中阳极氧化；(5)将完成阳极氧化着色的工件用去离子水清洗干净；(6)封闭处理；(7)将封闭处理后的钛合金工件烘干，得到表面阳极氧化镀膜着色的钛合金工件。本方法在保证工件着色效果的同时，其使用的食用级碱性溶液与食用级酸性溶液大大降低了工件和操作人员受到毒害污染的风险，全程没有任何对人体和环境构成风险的无机酸根离子、重金属离子等参与或产生。
CN 110306229 ACN 110306229 A
权 利 要 求 书
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1.一种全流程环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将钛合金工件在食用级碱性溶液中浸泡；(2)在Micro-90清洗液中超声波清洗；(3)将钛合金工件放入去离子水清洗干净；
(4)将清洗干净的钛合金工件装在专用夹具上，置入食用级酸性溶液中阳极氧化，镀得不同色泽的氧化膜；
(5)将完成阳极氧化着色的钛合金工件用去离子水清洗干净；(6)将清洗后的钛合金工件封闭处理；(7)将封闭处理后的钛合金工件烘干，得到表面阳极氧化镀膜着色的钛合金工件。2.根据权利要求1所述的新型环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：所述步骤(1)中食用级碱性溶液包括浓度为20-200g·L-1的碳酸钠。
3.根据权利要求1所述的新型环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：所述步骤(1)中食用级碱性溶液浸泡温度为40-60℃，浸泡时间为2-8小时。
4.根据权利要求1所述的新型环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：所述步骤(2)中超声波清洗温度为70-80℃，清洗时间为5min。
5.根据权利要求1所述的新型环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：所述步骤(4)中食用级酸性溶液为10-200g·L-1的柠檬酸。
6.根据权利要求1所述的新型环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：所述步骤(4)中氧化温度为15-40℃，电流密度为10-15A·dm-2，电压为8-120V，氧化时间为1-20min。
7.根据权利要求1所述的新型环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：所述步骤(6)中封闭处理是将钛合金工件放入90～100℃的去离子水中，封闭处理5～10min。
8.根据权利要求1所述的新型环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：所述步骤(7)中所述烘干是将钛合金工件放入温度110～130℃的烘箱中，热风烘干处理10～20min。
9.根据权利要求1所述的新型环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：所述步骤(1)中食用级碱性溶液与所述步骤(4)中食用级酸性溶液在整个工艺流程中几乎没有损耗，全程方法没有任何对人体和环境构成风险的无机酸根离子、重金属离子等参与或产生；工艺流程结束后可将上述溶液按酸碱等摩尔比例中和得到柠檬酸钠溶液，该废液安全无毒；联合国粮农与世界卫生组织对其每日摄入量不作任何限制，可认为其属于无毒品。
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CN 110306229 A
说 明 书
一种全流程环保的钛合金镀膜着色方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种钛合金表面的阳极氧化镀膜着色，尤其是涉及一种全流程环保的钛合金表面阳极氧化镀膜着色方法。
背景技术
[0002]由于钛合金具有良好的机械性能、优良的耐腐蚀性能、质量轻且生物相容性好，鉴于以上优点，近年来，钛合金在航空航天、医疗器械、建筑装饰等各个领域均得到了广泛的应用。
[0003]但是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、植入人体溶出有毒元素对身体产生危害，由于其外观颜色的单一性，同时颜色不够鲜亮耐污能力比较差，使其应用受到了限制。为了扩大钛及钛合金的应用范围，必须对其进行表面处理。在钛及钛合金的表面处理中，阳极氧化表面处理技术工艺比较简单，氧化膜耐磨性能、防接触腐蚀和防氢脆性能好，在工艺生产中得到广泛应用。
[0004]目前普遍采用的钛合金阳极氧化处理均是酸洗后进行阳极氧化，如公开号 CN102051653A、CN1844483B、CN102115902A、CN107236982A、CN105442019A都是采用酸洗后再氧化，或者是公开号为CN102242387A、CN101717982B两项国家发明专利，其主要的方法是用电化学抛光的方式替代原先传统的化学酸洗腐蚀，以及公开号为 CN105316744A直接将超声清洗干净的产品进行阳极氧化处理。在以上钛合金表面阳极氧化方法中，均无法解决所用阳极氧化溶液或者酸洗溶液中含有对人体和环境构成风险的无机酸 (如磷酸、硫酸、铬酸、硅酸、氢氟酸、硝酸等)根离子中的多种或一种的问题，含电化学抛光步骤的方法则同时还应用到了高氯酸，因此工艺操作过程及废液的有待无害化处理始终给人体和环境带来了风险和压力。
发明内容
[0005]本发明为解决以上问题，主要提供了一种全流程环保的钛合金表面阳极氧化镀膜着色方法，在保证工件着色效果的同时，其使用的食用级碱性溶液与食用级酸性溶液在整个工艺流程中大大降低了工件和操作人员受到毒害污染的风险，全程方法没有任何对人体和环境构成风险的无机酸根离子、重金属离子等参与或产生。工艺流程结束后可将上述溶液按酸碱等摩尔比例中和得到柠檬酸钠溶液，该废液安全无毒。联合国粮农与世界卫生组织对其每日摄入量不作任何限制，可认为其属于无毒品。另外超声清洗步骤中所使用的Micro-90清洗液则是一种无毒的，弱碱性(PH＝9.5)液体。它既不可燃、无腐蚀性、又被定为无害材料。
[0006]其技术方案如下：
一种全流程环保的钛合金镀膜着色方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将钛合金工件在食用级碱性溶液中浸泡；(2)在Micro-90清洗液中超声波清洗；
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说 明 书
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(3)将钛合金工件放入去离子水清洗干净；
(4)将清洗干净的钛合金工件装在专用夹具上，置入食用级酸性溶液中阳极氧化，镀得不同色泽的氧化膜；
(5)将完成阳极氧化着色的钛合金工件用去离子水清洗干净；(6)将清洗后的钛合金工件封闭处理；(7)将封闭处理后的钛合金工件烘干，得到表面阳极氧化镀膜着色的钛合金工件。[0007]优选的，所述步骤(1)中食用级碱性溶液包括浓度为20-200g·L-1的碳酸钠。
优选的，所述步骤(1)中食用级碱性溶液浸泡温度为40-60℃，浸泡时间为2-8小时。[0008]优选的，所述步骤(2)中超声波清洗温度为70-80℃，清洗时间为5min。
优选的，所述步骤(4)中食用级酸性溶液为10-200g·L-1的柠檬酸。[0009]优选的，所述步骤(4)中氧化温度为15-40℃，电流密度为10-15A·dm-2，电压为8- 120V，氧化时间为1-20min。
优选的，所述步骤(6)中封闭处理是将钛合金工件放入90～100℃的去离子水中，封闭处理 5～10min。[0010]优选的，所述步骤(7)中所述烘干是将钛合金工件放入温度110～130℃的烘箱中，热风烘干处理10～20min。
有益效果：
本发明对比已有技术具有以下创新点：1.使用碳酸钠浸泡工件预洗；
2.使用柠檬酸溶液进行阳极氧化；3.全流程废液可封闭中和处理。
[0011]本发明对比已有技术具有以下显著优点：
1.全流程不使用任何对人体和环境构成风险的无机酸根离子、重金属离子等，工件无任何有害残留的可能，产品更具安全性；
2.操作人员在生产中不会有接触危险化学制剂的风险；
3.工艺流程结束后可将废液按酸碱等摩尔比例中和得到柠檬酸钠溶液，安全无毒。联合国粮农与世界卫生组织对其每日摄入量不作任何限制，可认为其属于无毒品。既可以无污染排放又可以安全存储，回收再利用，没有造成环境污染的风险。
[0012]
附图说明
[0013]图1为本发明实施例1的实拍图；
图2为本发明实施例2的实拍图；
具体实施方式
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。[0015]实施例1
工件为TA1材质本色钛合金餐勺
首先将工件置于浓度为50g·L-1的40℃碳酸钠溶液中搅拌后浸泡2小时。然后在温度
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说 明 书
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为70 ℃的Micro-90清洗液中超声波清洗10min，后用去离子水清洗。然后将工件餐勺柄端夹在钛制夹具上做为阳极，不锈钢作为阴极，没入温度为20℃、电压为120V的50g·L-1的柠檬酸溶液中阳极氧化着色10秒后，再匀速用20秒缓慢提起至完全离开液面。然后松开夹具调转餐勺，上下换方向夹好重新没入柠檬酸溶液中，匀速用1min缓慢提起至完全离开液面。然后去离子水冲洗干净后，将工件餐勺放入90℃的去离子水中，封闭处理5min，用热风机吹干，得到如图1渐变彩色的表面氧化膜。
实施例2
工件为TC4材质本色细喷砂钛合金腰带扣头
首先将工件置于浓度为80g·L-1的50℃碳酸钠溶液中搅拌后浸泡4小时。然后在温度为70 ℃的Micro-90清洗液中超声波清洗10min，后用去离子水清洗。然后将工件扣头夹在钛制夹具上做为阳极，不锈钢作为阴极，没入温度为15℃、电压分别为10V、12V、15V、20V、 30V、60V、90V、120V的80g·L-1的柠檬酸溶液中阳极氧化着色5min。然后去离子水冲洗干净后，将工件放入90℃的去离子水中，封闭处理5min，用热风机吹干，得到如图2色彩各异的表面氧化膜。
二、性能观察及测试1.成膜效果
取实施例1-2处理完成的钛及钛合金，观察表面氧化成膜情况。实施例1制备的氧化膜为从金黄到紫红到天蓝再到草绿的彩虹渐变色，此氧化膜表面光亮、色泽鲜艳、表面无杂色，手触摸无手指纹；实施例2制备的氧化膜依次为为暗金色、咖啡色、深紫红色、紫色、深蓝色、天蓝色、洋红色和金黄色，这些氧化膜表面光亮、颜色鲜亮无杂色，手触摸无手指纹。
2.氧化膜结合力
将实施例1-2制备完成的阳极氧化膜按GB5270-85中的划痕法测定镀层与基体的结合力，测定结果显示九种镀层均合格。
3.加速稳定实验
将实施例1-2制备完成的阳极氧化膜分别进行20次湿热灭菌(121℃，30min)实验，结果显示九种氧化膜均无脱落或变色，说明此种方法制备的氧化膜稳定。
4.细胞毒检测
将实施例1-2制备完成的钛及钛合金表面所得的氧化膜进行细胞毒检测，检测结果显示其细胞毒性均为1级，符合植入人体要求。
5.氧化膜厚度及硬度
分别测量实施例1-2制备完成的钛及钛合金表面所得的氧化膜，结果如表1所示：表1厚度及硬度测试结果
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说 明 书
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由表1可知，制备的氧化膜厚度小，而硬度平均达到360HV左右，说明该氧化膜具有较高的表面硬度、良好的结合力和耐蚀性。[0016]对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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