CN108754596A - 一种钛合金的环保抛光电解液及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种钛合金的环保抛光电解液及抛光方法，该电解液由乙醇、乙二醇、氯化钠、氟化铵、三乙醇胺组成，其各组分及其含量为：乙醇与乙二醇的体积比为1：1~20，氯化钠浓度为0.01~0.1 mol/L，氟化铵浓度为0.01~0.1 mol/L，三乙醇胺浓度为0.01~0.05 mol/L。本发明提供的环保钛合金的抛光电解液及抛光方法具有以下特点：不含有传统钛合金抛光电解液所常用的高氯酸、磷酸、硫酸、氢氟酸等强酸和高氯酸、铬酸酐、双氧水等强氧化剂，有效降低环境污染和对操作人员的健康危害；使用原料便宜易得，操作成本低廉；有效避免了点蚀、气泡、着黑等现象。

Description

一种钛合金的环保抛光电解液及抛光方法

技术领域

本发明涉及金属处理技术领域，特别是涉及一种钛合金的环保抛光电解液及抛光方法。

背景技术

钛合金具有高韧性、高强度、抗腐蚀等优点，广泛应用于航天、船舶、化工、能源等领域。但是钛合金导热性能差、硬度高、弹性模量低的特点使其难以被加工成形和表面处理。

目前，对钛合金的抛光方法可分为机械抛光、化学抛光和电化学抛光。

其中，电化学抛光也被称为电解抛光。电化学抛光是将工件作为阳极，通过工件表面有选择性的钝化溶解过程实现表面平整抛光的效果。电化学抛光基于非接触式的化学反应机理使得其适合于高硬度、高抗腐蚀金属材料的表面平整。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。

现有技术中，钛合金的电化学抛光存在如下问题：（1）抛光电解液一般为强酸（高氯酸、磷酸、硫酸、氢氟酸等）和强氧化剂（高氯酸、铬酸酐、双氧水等），有毒且易挥发，容易造成严重的环境污染；（2）电化学抛光常常伴有点蚀，气泡、着黑等现象，抛光条件有待优化。如：

中国发明专利申请（申请号：2017 1 0789294 .4）提供了“一种钛及钛合金的电化学抛光液及抛光方法”， 该电化学抛光液中各组分及其含量为：氯化钠10-40g/L；甘油40-70％；乙二醇20-40％；无水乙醇5-20％；高氯酸0.1-1％；添加剂1-5g/L；所述添加剂由加速剂、整平剂和光亮剂组成。然而，该申请使用高氯酸具有强烈腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。

因此，针对现有技术中的存在问题，亟需开发一种无强酸、无强氧化剂、环保、抛光效果好的钛合金电化学抛光技术以解决现有技术中的不足之处显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种无强酸、无强氧化剂、环保、抛光效果好的钛合金的抛光电解液。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种钛合金的环保抛光电解液，该电解液由乙醇、乙二醇、氯化钠、氟化铵、三乙醇胺组成，其各组分及其含量为：

乙醇与乙二醇的体积比为1：1~20，使用乙二醇可以增加电解液的粘度。

氯化钠浓度为0.01~0.1 mol/L，氯化钠作为支持电解质，使其溶解于乙醇与乙二醇混合液，用以增加抛光液导电能力，减小溶液极化，提高抛光效率。

氟化铵浓度为0.01~0.1 mol/L，氟化铵作为活化剂，与钛合金阳极溶解物形成络合物，破除表面氧化物钝化作用。

三乙醇胺浓度为0.01~0.05 mol/L，三乙醇胺作为缓蚀剂，对钛合金表面起保护作用，与氟化铵形成破钝化—缓蚀平衡，增加粗糙位点与平整位点电流密度差异，提高抛光效果。

由此，本发明提供一种不含有传统钛合金抛光电解液所常用的高氯酸、磷酸、硫酸、氢氟酸等强酸和高氯酸、铬酸酐、双氧水等强氧化剂。因而避免了上述有毒、有害、易挥发等化学品的使用，有效降低了环境污染和对操作人员的健康危害。

优选的，所述乙醇与乙二醇的体积比为1：1~10。

更优选的，所述乙醇与乙二醇的体积比为1：4。使用乙醇与乙二醇的体积比为1：4可以达到最佳效果，通过调控乙醇与乙二醇的体积比，优化抛光液粘度和电解质离子溶解度，实现在生产中最优。

另一优选的，所述氯化钠浓度为0.05~0.1 mol/L。使氯化钠尽可能多的溶解于乙醇与乙二醇混合液中，以增其离子含量，提高抛光液导电能力，减小溶液极化，提高抛光效率，促进电解。

本发明的另一目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种无强酸、无强氧化剂、环保的钛合金的抛光方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种环保钛合金的抛光方法，依次包括如下步骤：

(1）将所述电解液温度控制在0~5℃，可以利用冰水浴控制所述电解液温度；利用水泵不断更新电解槽中的电解液；

(2）将预处理后的钛合金和对电极片平行于电解液流动方向浸置于所述电解液中，设置钛合金和对电极片间距为1~2 cm；所述预处理是指经过砂纸打磨或者经过机械抛光后的钛合金待电化学抛光工件；

(3）以钛合金为阳极，对电极片为阴极，在恒电压模式或恒电流模式下抛光；

(4）将抛光后的钛合金用乙醇洗净，烘干。即得到光亮的钛合金表面，使用乙醇冲洗可以使所述待抛光件更加富有光泽。

本发明提供的环保钛合金电化学抛光技术不含强酸和强氧化剂，抛光过程通过电解液循环和严格控制电解液温度，同时引入平行于抛光面的强制对流场，有效加快两电极间的反应物和产物传质，从而有效避免了点蚀，气泡、着黑等现象，抛光后的钛合金表面光滑平整。

优选的，控制电解池进/出口体积流量为1~3 L/min。

优选的，所述对电极片为不锈钢片。使用不锈钢片以增加对电极片的寿命，降低使用成本。

另一优选的，所述对电极片为石墨片。

优选的，所述恒电压模式其电压为40~60 V；

优选的，所述恒电流模式，其电流密度为0.05~0.1 A/cm²。

优选的，抛光时间为10~60 分钟。

更优选的，抛光时间为20~40 分钟。

进一步的，抛光时间为20~30 分钟。

本发明的有益效果：

本发明的一种钛合金的环保抛光电解液及抛光方法，其中，该电解液由乙醇、乙二醇、氯化钠、氟化铵、三乙醇胺组成，其各组分及其含量为：乙醇与乙二醇的体积比为1：1~20，氯化钠浓度为0.01~0.1 mol/L，氟化铵浓度为0.01~0.1 mol/L，三乙醇胺浓度为0.01~0.05mol/L 。本发明提供的环保钛合金的抛光电解液及抛光方法具有以下特点：

1.不含有传统钛合金抛光电解液所常用的高氯酸、磷酸、硫酸、氢氟酸等强酸和高氯酸、铬酸酐、双氧水等强氧化剂，有效降低环境污染和对操作人员的健康危害；

2.使用原料便宜易得，操作成本低廉；

3.通过电解液循环和严格控制电解液温度，同时引入平行于抛光面的强制对流场，有效加快两电极间的反应物和产物传质，从而有效避免了点蚀、气泡、着黑等现象。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明实施例中TC4钛合金依次经过320目和1000目金相砂纸打磨后的表面激光共聚焦显微镜图；

图2为本发明实施例2得到的钛合金表面激光共聚焦显微镜图；

图3为本发明实施例3得到的钛合金表面激光共聚焦显微镜图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明的一种钛合金的环保抛光电解液及抛光方法的实施方式之一，包括以下步骤：

（1）预处理：将尺寸为20 mm × 10 mm × 2 mm的TC4钛合金依次经过320目和1000目金相砂纸打磨后，依次使用去离子水和无水乙醇冲洗，再在无水乙醇中超声波清洗5 min，烘干后备用。处理后的钛合金表面如图1所示。

（2）配置电解液。电解液组成如下：

乙醇 16 mL

乙二醇 64 mL

氯化钠 0.46 g

氟化铵 0.5 g

三乙醇胺 1 mL

（3）组装电解池：将电解液倒入储液池中，利用冰水浴控制储液池中电解液的温度在0~5℃。将水泵放入储液池中，利用水管连接水泵的出水口和电解池的进水口，将电解池的出水口用水管连接到储液池中。 开启水泵循环电解液，控制电解池进出口流速为1 L/min。将处理后的钛合金和不锈钢片置于电化学抛光电解液中，控制两电极平行于电解液流动方向，控制两电极间距1 cm。

（4）电化学抛光：以钛合金片为阳极，不锈钢片为阴极，接通电源，在恒电压40 V下抛光40 min。

（5）后处理：抛光后的钛合金用乙醇洗净，烘干即得到光亮的钛合金表面。，抛光后的钛合金表面光滑平整，具有一定的镜面反射效果

实施例2

本发明的一种钛合金的环保抛光电解液及抛光方法的实施方式之一，如图1、图2所示，本实施例2的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例2中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于：

（1）预处理：将尺寸为20 mm × 10 mm × 2 mm的TC4钛合金依次经过20目和1000目金相砂纸打磨后，依次使用去离子水和无水乙醇冲洗，再在无水乙醇中超声波清洗5 min，烘干后备用。处理后的钛合金表面如图1所示。

（2）配置电解液：电解液组成如下：

乙醇 16 mL

乙二醇 64 mL

氯化钠 0.46 g

氟化铵 0.3 g

三乙醇胺 1 mL

（3）组装电解池：将电解液倒入储液池中，利用并水浴控制储液池中电解液的温度在0~5℃。将水泵放入储液池中，利用水管连接水泵的出水口和电解池的进水口，将电解池的出水口用水管连接到储液池中。 开启水泵循环电解液，控制电解池进出口流速为3 L/min。将处理后的钛合金和不锈钢片置于电化学抛光电解液中，控制两电极平行于电解液流动方向，控制两电极间距2 cm。

（4）电化学抛光：以钛合金片为阳极，不锈钢片为阴极，接通电源，在恒电压60 V下抛光40 min。

（5）后处理：抛光后的钛合金用乙醇洗净，烘干即得到光亮的钛合金表面。

本实例抛光得到的钛合金表面如图2所示，表面粗糙度由未抛光前的1.6 μm下降到1.2 μm。

实施例3

本发明的一种钛合金的环保抛光电解液及抛光方法的实施方式之一，如图1、图3所示，本实施例3的主要技术方案与实施例2基本相同，在本实施例3中未作解释的特征，采用实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例2的区别在于：

（1）预处理：将尺寸为20 mm × 10 mm × 2 mm的TC4钛合金依次经过20目和1000目金相砂纸打磨后，依次使用去离子水和无水乙醇冲洗，再在无水乙醇中超声波清洗5 min，烘干后备用。处理后的钛合金表面如图1所示。

（2）配置电解液：电解液组成如下：

乙醇 16 mL

乙二醇 64 mL

氯化钠 0.2 g

氟化铵 0.1 g

三乙醇胺 0.5 mL

（3）组装电解池：将电解液倒入储液池中，利用并水浴控制储液池中电解液的温度在0~5℃。将水泵放入储液池中，利用水管连接水泵的出水口和电解池的进水口，将电解池的出水口用水管连接到储液池中。 开启水泵循环电解液，控制电解池进出口流速为3 L/min。将处理后的钛合金和不锈钢片置于电化学抛光电解液中，控制两电极平行于电解液流动方向，控制两电极间距2 cm。

（4）电化学抛光：以钛合金片为阳极，不锈钢片为阴极，接通电源，在恒电流0.1 A/cm2下抛光40 min。

（5）后处理：抛光后的钛合金用乙醇洗净，烘干即得到光亮的钛合金表面。

本实例抛光得到的钛合金表面如图3所示，表面粗糙度由未抛光前的1.6 μm下降到0.8 μm。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种钛合金的环保抛光电解液，其特征在于，该电解液由乙醇、乙二醇、氯化钠、氟化铵、三乙醇胺组成，其各组分及其含量为：

乙醇与乙二醇的体积比为1：1~20，

氯化钠浓度为0.01~0.1 mol/L，

氟化铵浓度为0.01~0.1 mol/L，

三乙醇胺浓度为0.01~0.05 mol/L。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金的环保抛光电解液，其特征在于：所述乙醇与乙二醇的体积比为1：1~10。

3.根据权利要求2所述的一种钛合金的环保抛光电解液，其特征在于：所述乙醇与乙二醇的体积比为1：4。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金的环保抛光电解液，其特征在于：所述氯化钠浓度为0.05~0.1 mol/L。

5.一种根据权利要求1~4任意一项所述的电解液的抛光方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

将所述电解液温度控制在0~5℃，利用水泵不断更新电解槽中的电解液；

将预处理后的钛合金和对电极片平行于电解液流动方向浸置于所述电解液中，设置钛合金和对电极片间距为1~2 cm；

以钛合金为阳极，对电极片为阴极，在恒电压模式或恒电流模式下抛光；

将抛光后的钛合金用乙醇洗净，烘干。

6.根据权利要求5所述的一种环保钛合金的抛光方法，其特征在于：控制电解池进/出口体积流量为1~3 L/min。

7.根据权利要求5所述的一种环保钛合金的抛光方法，其特征在于：所述对电极片为不锈钢片。

8.根据权利要求5所述的一种环保钛合金的抛光方法，其特征在于：所述恒电压模式其电压为40~60 V。

9.根据权利要求5所述的一种环保钛合金的抛光方法，其特征在于：所述恒电流模式，其电流密度为0.05~0.1 A/cm²。

10.根据权利要求5所述的一种环保钛合金的抛光方法，其特征在于：抛光时间为10~60分钟。