[发明专利]一种钛合金阳极氧化活化退膜二合一溶液的熟化方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金表面处理技术领域，具体是一种钛合金阳极氧化活化退膜二合一溶液的熟化方法。

背景技术

由于钛及钛合金本身的优越性能，已被广泛应用于航空、医疗、化工等领域并得到快速发展。钛的化学性质活泼，平衡电位比较负，理论上热力学的腐蚀倾向大，而实际上钛在许多介质中是很稳定的，因为钛极易与氧反应而钝化，生成的氧化膜使其耐蚀性提高，阻止了钛合金进一步氧化。此外，这层氧化膜的电阻率较高，使钛合金有优异的电化学抗蚀能力。但是当钛合金与异种金属接触时，由于氧化膜的存在，钛合金的电位比其他金属正，会导致其他金属作为阳极而发生接触腐蚀。而钛合金作为阴极，将会导致吸氢，使材料发生氢脆。为防止和减轻钛合金与其它金属材料接触时所产生的接触腐蚀倾向，进一步提高钛合金的抗蚀能力及其表面性能，钛合金通常采用阳极氧化处理获得氧化膜。然而，钛合金易在大气中形成一层自然的氧化膜，不经过活化处理，这层自然的氧化膜会阻止钛合金进一步阳极氧化，导致阳极氧化膜不均匀，结合力差等问题的出现。另外，在实际生产中由于阳极氧化工艺的合格率不能保证百分之百，导致不合格产品的出现；在航空领域中，大量采用钛及钛合金等轻质金属材料，飞机在飞行一段时间后，机身零件会出现磨损、腐蚀等现象，如果这些零件直接报废，将带来巨大的经济损失和资源、能源、人力物力的浪费。因此，如何进行零件的返修、材料的再加工也已成为一项重要工作。

航空钛合金的氧化膜较民用钛合金的氧化膜更难处理，因为航空用途对钛合金的力学性能要求高，不允许因为吸氢而导致材料力学性能下降，同时，实验表明即使在pH值高于5的有机酸性体系中仍然存在吸氢。所以一般的酸性体系不适用于航空用钛合金氧化膜的活化退膜处理，而采用碱性或中性体系退膜是避免吸氢的有效途径。在实际生产中，航空企业已有应用碱性双氧水体系退除膜层的技术。此方法是依靠双氧水H₂O₂的氧化还原性及活化金属表面的特性，具有成分简单、易维护、产物无污染等优点。但在实际应用中发现，活化退膜过程中H₂O₂分解速率过快，存在稳定性差消耗量大等缺点。

钛合金的氧化膜TiO₂是两性氧化物，能与氢氧化钠NaOH反应，因此钛合金在碱性双氧水体系中，NaOH能除去表层部分氧化物，并使氧化膜松动，使得氧化物的结构疏松，形成了许多通道。H₂O₂通过通道，到达钛合金基体与氧化物之间，钛合金合金成分中的Fe、V等成分作为催化剂，加速H₂O₂的分解，分解出H₂O和[O]，[O]形成O₂ 在内部产生向外的压力，而外部的H₂O₂同时分解出O₂，产生了一种气流波动，使氧化膜受到两种力的同时作用；并且H₂O₂兼有还原和氧化两种作用，在这里起着还原表面氧化物的作用。多种作用同时进行，起到了活化或退膜效果。

由于H₂O₂在常温可以发生缓慢分解反应生成H₂O和O₂，在加热或加入催化剂后能加快分解反应。另外，H₂O₂显弱酸性，在碱性环境中，更不稳定，分解产物H₂O的大量聚集，槽液体积不断增加，溶液浓度被稀释，为保证使用效果需要经常补加H₂O₂，槽液维护频繁，操作繁琐，给日常的生产带来了不便。

随着我国经济发展及对环境需求不断提高，现代退膜液配方判断标准是：退膜效率高，槽液稳定性好，使用方便，不会降低钛合金重新氧化后膜层质量，不吸氢不腐蚀基体，对钛合金材料适应性强。

在由氢氧化钠、葡萄糖酸钠、三乙醇胺、二甲基酮肟和自来水组成的基础液中，氢氧化钠提供碱性条件来溶解或松动由TiO₂组成的氧化膜，TiO₂与NaOH的反应如反应方程式（1）所示。

TiO₂+2NaOH（浓）→Na₂TiO₃+H₂O   …………………… （1）

上述反应生成的偏钛酸钠难溶于基础液中，吸附在试样表面从而阻止反应的进行。