一种用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料及抛光工艺制造技术

本发明专利技术涉及属于金属表面处理领域，具体为一种用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料及抛光工艺。所述悬浮态电解浆料包括酸1～5wt％，离子导电高分子树脂20～60wt％，支持电解质1～20wt％，去离子水余量。所述抛光工艺包括如下步骤：(1)配制悬浮态电解浆料；(2)电化学抛光处理；(3)超声冲洗处理。利用该悬浮态电解浆料进行抛光处理可得到低粗糙度的钛及钛合金表面，悬浮态电解浆料具有很好的安全性和环保性。和环保性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料及抛光工艺


[0001]本专利技术涉及属于金属表面处理领域，具体为一种用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料及抛光工艺。

技术介绍

[0002]钛及其合金(如：TC4等)因其密度小、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，在医学器械、化工机械、航天航空甚至是日常生活用品等领域得到越来越广泛的应用。表面抛光对提高钛及钛合金的装饰性、耐蚀性、耐磨性和生物相容性等具有重大的意义。在众多的表面抛光技术中，电化学抛光因其具有高效率、高精度、速度快、劳动强度小的优势，并且具有表面无加工硬化层、耐蚀、耐磨反射率高等一系列优点而得到广泛的应用。
[0003]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。
[0004]在传统的钛及钛合金电化学抛光中，通常使用水溶液体系，以水或有机物作为溶剂，体系中常使用大量的氢氟酸、高氯酸、醚类、甲醇、无水氯化铝、无水氯化锌、氨基磺酸等易挥发、强刺激性且对人体和环境有毒有害的化学品作为溶质的电解液。这类电解液有害物含量高，失效溶液处理困难，不仅增加了操作的危险性，而且对人体和环境均有严重的毒害作用。例如，大量的氢氟酸挥发可引发人体呼吸道粘膜、人体骨骼及牙齿的严重损害；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。
[0005]因此，开发新型的低毒、安全、环保的电化学抛光溶液及工艺体系具有重要的工业应用意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的缺点，本专利技术的目的是提出一种安全、环保的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料及抛光工艺，采用颗粒状的离子导电高分子树脂材料为主体，制备仅含有极低量酸的悬浮态电解浆料，进而配合必要的电抛光参数，利用离子导电高分子的溶解和离子传导特性，实现工件表面上粗糙尖端的快速溶解，达到钛及钛合金工件的快速低粗糙度抛光的目的。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，按重量百分比计，其组成为：酸1～5wt％，离子导电高分子树脂20～60wt％，支持电解质1～20wt％，去离子水余量。
[0009]所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，离子导电高分子树脂为聚苯并咪唑、磺化聚醚醚酮、磺化聚乙烯、磺化聚丙烯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯并噻唑、全氟磺酸树脂、全氟羧酸树脂中的一种或两种以上的混合物；离子导电高分子树脂的形状
为颗粒状，包括球形、片状及不规则形状的树脂颗粒，颗粒状离子导电高分子树脂的颗粒尺寸在1μm～1000μm。
[0010]所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，酸为盐酸、硝酸、醋酸、高氯酸、甲基磺酸、氨基磺酸、硫酸、甲酸、硼酸、磷酸、正硅酸、偏铝酸中的一种或两种以上的混合物。
[0011]所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，酸为盐酸、硝酸、醋酸、高氯酸、甲基磺酸、氨基磺酸、硫酸、甲酸、硼酸、磷酸、正硅酸、偏铝酸中的一种或两种以上的混合物。
[0012]所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，支持电解质为钠、钾、锂、镁、铝、钙、锌、铁、锡、钡、锶、铷、铯的可溶性的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐、醋酸盐、高氯酸盐、正硅酸盐以及偏铝酸盐中的一种或两种以上的混合物。
[0013]一种用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料的抛光工艺，包如以下步骤：
[0014](1)配制悬浮态电解浆料；
[0015](2)电解抛光处理；所使用电源为直流电源，电源正极与被抛光钛及钛合金正极工件连接，电源负极与电解用负极电极材料连接；
[0016](3)超声冲洗处理。
[0017]所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料的抛光工艺，负极电极材料包括金属材料、碳材料的至少一种，其中：金属材料包括不锈钢、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铌、钽、锆、钨、铈、铝、铋、铼、钡、锇、锡、铅、金、银、铂、钯、铱、铑、钼、钌中的至少一种；碳材料包括石墨、玻璃碳、硼掺杂金刚石、活性炭、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、碳海绵中的任意一种；
[0018]负极的电极形状包括片状、棒状、丝状、粒状、海绵状、网状和多孔结构中的任意一种。
[0019]所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料的抛光工艺，电解抛光处理时：电压范围1～100V，电流密度10～500mA/cm2；正极工件与负极电极材料的极间距为0.5～3cm，电解时间为1～15min，悬浮态电解浆料的恒温温度为10～40℃；对悬浮态电解浆料进行搅拌，搅拌为正向和/或反向，速度为0～3000rpm。
[0020]所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料的抛光工艺，将电解抛光处理的工件进行超声处理1～10min，再去离子水冲洗，除去表面氧化层后，吹干，获得抛光的表面。
[0021]所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料的抛光工艺，钛为工业纯钛TA1、TA2、TA3或TA4，钛合金牌号为TA8、TA9、TA10、TA17、TA18、TB5、TB8、TB9、TC4、TC1、TC2、TC3或TC10。
[0022]本专利技术的设计思想是：
[0023]利用离子导电高分子的树脂的离子传导和一定程度的碰撞摩擦作用，控制钛合金表面钝化—溶解的速率，降低酸及有机溶剂的用量的同时，实现有效抛光。本专利技术的电解液呈悬浮式浆料态，以离子导电的高分子树脂和少量酸作为关键成分，去离子水作溶剂。通过离子导电高分子树脂来大幅降低酸及有机溶剂的用量，从而达到减少有毒有害化学品用量、降低传统电解液对人体和环境直接危害的目的。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益结果：
[0025]1、本专利技术提供的电解抛光体系，通过离子导电高分子树脂来大幅降低酸及有机溶剂的用量，同时借助高速搅拌使树脂颗粒与工件表面发生碰撞，不仅可以达到减少有毒有害化学品用量、降低电解液对人体和环境直接危害的目的，还可以在传统电解抛光的基础上，引入部分机械碰撞来加速工件抛光速度。
[0026]2、利用本专利技术的电解液和抛光工艺，处理速度快(<15min)，所得工件表面呈现明显金属光泽，表面粗糙度Ra<0.1μm。
附图说明
[0027]图1为未经抛光工艺处理前的钛金属工件扫描电镜图片。
[0028]图2为经抛光工艺处理后的钛金属工件的扫描电镜图片。
具体实施方式
[0029]在具体实施过程中，本专利技术用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，包括酸1～5wt％(优选为2～4wt％)，离子导电高分子树脂20～60wt％(优选为30～50wt％)，支持电解质1～20wt％(优选为5～15wt％)，去离子水余量。抛光工艺包括如下步骤：(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，其特征在于，按重量百分比计，其组成为：酸1～5wt％，离子导电高分子树脂20～60wt％，支持电解质1～20wt％，去离子水余量。2.如权利要求1所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，其特征在于，离子导电高分子树脂为聚苯并咪唑、磺化聚醚醚酮、磺化聚乙烯、磺化聚丙烯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯并噻唑、全氟磺酸树脂、全氟羧酸树脂中的一种或两种以上的混合物；离子导电高分子树脂的形状为颗粒状，包括球形、片状及不规则形状的树脂颗粒，颗粒状离子导电高分子树脂的颗粒尺寸在1μm～1000μm。3.如权利要求1所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，其特征在于，酸为盐酸、硝酸、醋酸、高氯酸、甲基磺酸、氨基磺酸、硫酸、甲酸、硼酸、磷酸、正硅酸、偏铝酸中的一种或两种以上的混合物。4.如权利要求1所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，其特征在于，酸为盐酸、硝酸、醋酸、高氯酸、甲基磺酸、氨基磺酸、硫酸、甲酸、硼酸、磷酸、正硅酸、偏铝酸中的一种或两种以上的混合物。5.如权利要求1所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料，其特征在于，支持电解质为钠、钾、锂、镁、铝、钙、锌、铁、锡、钡、锶、铷、铯的可溶性的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐、醋酸盐、高氯酸盐、正硅酸盐以及偏铝酸盐中的一种或两种以上的混合物。6.一种权利要求1至5之一所述的用于钛及钛合金电化学抛光的悬浮态电解浆料的抛光工艺，其特征在于，包如以下步骤：(1)配制悬浮态电解浆料；(2)电解抛光处理；所使用电源为直流电源，电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建国，何虹祥，赵金玲，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：