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不锈钢电解抛光液了解吗?总结钛金属的表面处理及应用

中国钛产业 2019-10-08 11:58:29

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钛金属的表面处理及其应用可以从三个发面来总结:

  一、匠性表面处理

  应用于物顶、大夏的外壁等建材,眼睛、手表和垂饰等装饰品,这些用途都是利用了钛的优良的耐蚀性,但另外还要求表面的鲜艳性、光泽性和时髦感等意匠性加工。

  (一)表面精加工

  1.研磨

  2.退火加酸洗—表面失泽/灰色

  3.真空退火+酸洗---表面有光泽/深灰色

  4.喷丸(50-500um 玻璃珠)----表面显犁皮状

  5.密条纹加工:150—240#的砂带研磨,使其具有长而连续的研磨条纹的加工方法。

  6.花纹压印加工(凹凸加工)--加工表面有凹凸的浮雕图案。(经化学刻蚀或机械雕制图案的压花扎制的方法。

  7.化学刻蚀---图案

  (二)镜面精加工—钛是镜面精加工较难的材料。

  1.软带抛光:加工表面有硬化层、效率低、液:氧化铝+水+KOH、聚氨酯带

  2.化学抛光:影响因素:温度、时间和抛光液。

  3.电解抛光:无水有机电解液对钛有较好的电抛光作用。

  (三)着色

  钛表面本来为银白色,为了提高其意匠性,可进行着色处理,即彩色不锈钢。其主要色彩有青古铜、红古铜、宝石蓝、酒红、咖啡红、钛金、翡翠绿、黑金、玫瑰金等等。(参考资料:彩色不锈钢 http://www.hcxbxg.com)

  1.大气氧化法:是在电炉等在大气中加热的方法,钛表面生成氧化膜的反射光和通过氧化膜内部,在氧化膜和钛界面反射的内部反射光发生光的干涉作用而显色。成本低,着色均匀性、再现性差,不适用于装饰品。

  色度:时间:5min。300℃ 不变

  350℃ 金属色 550 紫色 750 赤紫

  微黄 600 兰紫 800 光泽灰色

  淡黄 650 天蓝 850 亮灰色

  500 淡褐 700 黄绿

  2.阳极氧化法

  是利用电解作用使金属表面形成氧化膜过程。钛和氧的亲和性高,在特定的电解液中电解时,随着工艺条件的变化可获得各种颜色膜层。阳极氧化着色又称电解着色。钛在含氧介质中阳极电解时,在阳极发生氧化反应,钛和氧结合形成钛的氧化膜。钛阳极氧化着色原理是由于氧化膜表面的反射光与氧化膜-钛界面的内部反射光,发生光的干涉作用而显色。钛的阳极氧化着色是电压依赖性的,在不同电压下电解时可生成不同厚度的氧化膜,由于光的干涉作用而显现出不同的颜色。钛的氧化膜强度较高,化学稳定性好,色彩鲜艳,颜色均匀,工艺简单,成本低,有较高的装饰和使用价值。在工业上已用于建筑装饰材料和各种工艺品的着色。

  为了改善口腔修复体的美观,美国学者Wang(1995)进行了对钛的阳极氧化着色进行了初步研究。在0.1M H2SO4电解液中,在10v、15v、25v的电解电压下,钛表面分别出现金黄色、浅蓝色和蓝色的色调变化。采用10v电压,对3个单位的钛制固定桥进行着色试验得到同样的金黄色外观。认为阳极氧化着色法可用于钛义齿表面着色。其着色工艺和在口腔环境下的腐蚀性和颜色稳定性还有待于进一步研究。

  3.氮化法(CVD\PVD\PCVD\离子注入法)(钛的氮化物为金黄色)。

  采用辉光放电等离子体渗氮、物理化学气相沉积、多弧离子镀、氮离子注入和激光束氮化等现代表面改性与化学热处理技术,都可在钛表面形成一层金黄色TiN结构,从而达到表面改性强化的目的。钛义齿部件经氮化处理后,表面金黄色的氮化层,可改善义齿的美学效果,提高义齿的耐磨、耐蚀等理化性能,但技术复杂,设备昂贵,钛义齿的加工成本也将更高,表面氮化处理用于钛义齿的着色与改性,目前,要达到临床实用化还存在困难。

  二、耐蚀性表面处理

  由于钛自身具有优良的耐蚀性,一般不进行进一步提高其耐蚀性表面处理,但为了防止钛在较易受腐蚀的盐酸、硫酸等非氧化性酸水溶液中的全面腐蚀,防止在NaCl水溶液中的间隙腐蚀和点蚀,有时采用表面处理的方法。

  大气氧化处理:钛在高温大气中防置,就使氧化膜增厚,其膜厚随温度的升高,时间的延长而增厚。大气氧化处理对钛的全面腐蚀、间隙腐蚀都有效,方法比较简便,但耐久性不十分可靠,这是因为大气氧化处理仅使氧化膜增厚,纯钛在腐蚀环境中,增厚的氧化膜随时间的延长而变薄,最终导致腐蚀。其耐蚀性能维持的时间由大气氧化处理条件(T、t)以及腐蚀环境的苛刻程度所决定的,具体预测这个时间是很困难的。要求长期稳定运转的部件材料一般不太采用这种方法。

  贵金属涂覆:钛的耐蚀性是依靠表面形成的氧化膜来维持的。这种氧化膜的生成反应,一般由下式表示:

  Ti +2H2O棗→TiO2 +4H+ +4e?/P> 这一反应是阳极反应,因此,只要提高钛的电位就可使此反应进一步向右方向进行,这意味着钛的氧化膜的稳定和耐蚀性的提高。但提高钛电位,必须由对电极,并从外部施加高电压,同时,在面积大时,施加均一电压也很困难,所以不常采用。一般,贵金属在苛刻的环境下,也不腐蚀,显高电位。利用这一点,在钛表面涂覆贵金属,钛的电位就向贵的一方(电位高的方向),从而提高其耐蚀性。

  在贵金属中通常采用较便宜的Pd、Ru或者它们的氧化物(PdO、RuO2)进行钛的涂覆。

  在钛上涂覆贵金属或其氧化物对改善其耐蚀性及其有效,涂覆处理材料的耐蚀性可与Ti?/FONT>0.15Pd合金匹敌。缺点是在流体或含固形物的流体中长期使用时,贵金属膜会从钛表面剥离,尽管这种剥离很少。目前,日本正在开发密和性好的涂覆方法,但成本更高。

  干式工艺涂覆TiC、TiN膜(CVD、PVD、PCVD):

  TiC、TiN以及TiCN具有比钛更优良的耐蚀性,方法有气体法、CVD、PVD、PCVD

  气体法,由于必须在远高于钛相变点温度下加热,使组织、形状发生变化等造成制品不能满足使用要求;而CVD、PVD、PCVD法需要特殊设备而且能批量生产的大型设备正在开发中,成本高。(这些处理方法来提高耐蚀性的甚少,作为提高耐磨性有时采用。Pb+、Pt+注入法(离子束、电子束)

  离子注入表面改性对提高耐蚀性非常有效,但成本更高,正在研究中,尚未实用化。

  三、耐磨性表面处理

  钛的缺点就是耐磨性差,表面易产生麻面等缺陷,目前,难以适用于滑动机械部件。目前正在积极研究开发种种表面处理方法。适用于钛表面处理的方法有镀Cr、Ni为代表的湿式镀膜法、热扩散法、堆焊法和溅射法等,最近比较先进的方法是CVD、PVD、PCVD表面强化法。

  1.湿式镀膜:

  主要用镀Cr、Ni-P法,(直接在钛上镀Cr困难,通常在钛基体先镀Ni,再镀Cr。电解法成膜速度快,厚度数微米,(装饰性镀层仅1um)。是一种有效的耐磨表面处理方法。

  2.热扩散法:

  广泛用于钢铁材料的硬化处理的渗碳、氮化及硼化等热扩散工艺,最近也被用于钛。主要介绍一下离子氮化法 与气体氮化不同,是采用辉光放电等离子体破坏钛表面氧化膜,因此氮化前处理,不须除去氧化膜的机械研磨、酸洗,而且氮化效率高。钛在850度,氮化膜厚从0.7um增至5.0um,表面硬度达1200—1600Hv,具有良好的耐膜性。

  3.堆焊法:

  利用等离子转移弧进行钛表面堆焊硬化改性也具有优良的耐磨性。方法简单,被处理材无须整个高温下暴露,可防止力学性能的下降,。但须二次加工。仅局现于处理较厚的大型工件。

  4.溅射法:

  利用等离子流高速空气射流,使滴下的熔融金属喷镀在被处理材表面的方法,不须真空,可在大气中处理,生产效率高。但镀膜的密合度不够。

  5.CVD、PCD、PCVD法

  6.离子注入法

  


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