钛及钛合金表面阳极氧化处理的进展
钛及钛合金阳极氧化
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材料 ・ 热工艺
钛及钛合金阳极氧化
刘天国， 张海金
（中国航空工业第六!九研究所， 湖北 襄樊
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钛合金阳极氧化 (2)
钛合金阳极氧化1. 简介钛合金是一种具有优异耐腐蚀性和轻质高强度特性的金属材料。
然而，钛合金表面易受到氧化而导致腐蚀和磨损。
为了增加钛合金的耐腐蚀性和改善其表面性能，钛合金阳极氧化技术应运而生。
本文将介绍钛合金阳极氧化的原理、过程和应用。
2. 阳极氧化的原理阳极氧化是一种通过电化学反应在金属表面形成氧化层的技术。
在钛合金阳极氧化中，钛合金作为阳极，经过特定的电解处理，形成氧化膜层。
这种氧化膜层具有良好的耐腐蚀性、硬度和附着力。
在阳极氧化过程中，首先将钛合金作为阳极浸泡在电解液中，然后通过施加一定的电流密度和电压，使阳极发生氧化反应。
这个过程在电极上会产生一定的氧气，并在钛合金表面形成一层致密的氧化膜。
3. 阳极氧化的过程钛合金阳极氧化的过程主要包括以下几个步骤：3.1 电解液准备选择适当的电解液对于阳极氧化的成功至关重要。
常用的电解液包括硫酸、磷酸、硫酸铬和硫酸钠等。
这些电解液中含有一定浓度的酸或盐，可以通过调节电解液的成分和浓度来控制氧化膜的形成和性质。
3.2 清洗和预处理在进行阳极氧化之前，钛合金表面需要进行清洗和预处理，以去除表面的污垢和氧化物。
这可以通过使用溶剂、碱性清洗剂和机械刮削等方法来实现。
3.3 电解过程将清洗和预处理后的钛合金放置在电解槽中，将其作为阳极连接到正极，使其与电解液相接触。
然后，通过施加一定的电流密度和电压，使阳极氧化反应发生。
在电解过程中，阳极会释放出氧气，并在钛合金表面形成一层氧化膜。
电解过程的时间和条件可以根据需要来调整，以获得不同厚度和性质的氧化膜。
3.4 氧化膜处理完成阳极氧化后，需要对生成的氧化膜进行一些处理。
这可以包括清洗、封闭和染色等步骤。
清洗可以去除电解液和残留物，封闭可以提高氧化膜的耐腐蚀性能，染色可以改变氧化膜的颜色。
4. 阳极氧化的应用钛合金阳极氧化技术在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些主要的应用领域。
4.1 航空航天钛合金在航空航天领域具有重要的应用价值，阳极氧化可以提高钛合金的耐腐蚀性能和硬度，延长其使用寿命。
钛表面阳极氧化处理
钛表面阳极氧化处理发表时间：2011-05-25T11:53:02.153Z 来源：《魅力中国》2011年4月上作者：谢海峰杜勇义鹏[导读] 钛表面阳极氧化技术克服了钛不耐磨的缺点和提高了其生物相容性等。
谢海峰杜勇义鹏(溶胶-凝胶法钛表面涂层制备及性能研究项目组)中国矿业大学材料科学与工程学院江苏徐州 221000)中图分类号：TF823 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2011）04-0000-01 摘要：钛表面阳极氧化技术克服了钛不耐磨的缺点和提高了其生物相容性等，使其在航空及医学行业得到充分地运用。
本文还介绍了一些具体的方法及阳极氧化的原理。
关键词：钛表面阳极氧化氧化膜引言：钛因其比强度高、耐蚀性好而在宇航工业中广泛的应用，但又因存在易于磨损而限制了它的充分利用。
为了防止和减轻钛的磨损,可以通过阳极氧化在钛表面生成氧化层[1]。
除此，钛及其合金以其特有的优良机械性能、化学性能和生物相容性越来越多的被应用到临床[2] 。
作为一种常用的金属表面处理方法, 阳极氧化是利用电化学原理通过调整阳极氧化的电解条件, 可以在金属表面形成不同程度粗糙、多孔的氧化层, 附加在原有的极薄的自然氧化物上, 从而促进生物细胞的黏附, 抑制金属离子的释放和增强金属离子抗腐蚀性能[ 3, 4] 。
1.阳极氧化原理阳极氧化是通过改变阳极工艺参数来获得不同厚度的氧化膜，从而满足各种不同的生产与应用需求。
主要经过除油—水洗—酸洗—水洗—阳极氧化—水洗的工艺流程。
钛膜阳极氧化时,在阳极上会发生如下的阳极反应:Ti +H2O TiO + 2H+ + 2e (1)2Ti + 3H2O Ti2O3 + 6H+ + 6e (2)Ti + 2H2O TiO2 + 4H + + 4e (3)3Ti + 5H2O Ti3O5 + 10H + + 10e (4)由反应式(1) ～ (4)可知:钛阳极上生成了钛的氧化物。
而钛的低价氧化物在阳极氧化继续时又会生成高价钛的氧化物,其反应式(5) ～ (7)为: 2TiO +H2O Ti2O3 + 2H + + 2e (5)Ti2O3 +H2O 2TiO2 + 2H + + 2e (6)3Ti2O3 +H2O 2Ti3O5 + 2H+ + 2e (7)2.阳极氧化研究现状目前钛及钛合金阳极氧化主要在酸性溶液中进行。
钛合金工件阳极氧化新工艺
户后 ， 给用户一 种易掉 膜的错觉 。
为解决 以上 问题 ， 研究 了一 种 钛合 金 阳极氧 化 新工 艺 ， 介绍 给 同行 以供参考 。
成份是金红石型 Ｔ ） 由于它对光的折射率大 ， ｉ’ （， 而且
膜是 透明的 ， 因此 能产生光 的干涉 ， 又因为在 不同 的 电压条 件下生成 不 同厚 度 的膜层 ， 而 产生 不 同 的 从 光 的干涉 ， 故形 成不 同颜色 的膜层 。 钛合金工 件 阳极 氧 化前 应 为本 色 （ 白色 ）但 银 ， 因其 在空气 中极 易 与空 气 中 的氧发 生反 应 ， 在表 面 形成 一层 Ｔ 氧 化 膜 ， 氧 化 膜 只 有 ５埃 一７ 该 ０埃
２ 工艺原理
要 想提 高钛 合金 工 件 阳极氧 化 的质量 ， 首先必 须提高 工件在 氧化前 的表 面质量 。笔者认 为在钛合 金工 件氧化前处 理上不 能采用酸性 溶液 清洗 工件表 面， 只能考虑用 碱溶液 清洗 ， 因为碱 溶液 对钛合金 没
有腐蚀作用 ， 不产生吸氢现象 ， 不影 响工件表面质
性、 耐热性 、 非磁性 、 良好 的低 温韧 性 以及 抗疲 劳性 等优 点 ， 已被航 空 、 航天及 其它行业 广泛应用 。为 了 对钛合 金工件进 行装 饰 和 防护 ， 常采 用 的方 法是 通 阳极氧化处 理 。 钛合 金工 件经 过 阳极 氧化 ， 在表 面形 成一 层几 百埃到 十几个 微米 厚 的氧 化薄 膜 ， 氧化 膜 的主要 该
维普资讯
２０ 年 ８ ０８ 月
涂
装
与
电
镀
钛 合 金 工 件 阳极 氧 化 新 工 艺
钛合金表面处理工艺阳极氧化
钛合金表面处理工艺阳极氧化一、前言钛合金是一种具有优良性能的金属材料，广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车等领域。
然而，钛合金表面容易受到化学腐蚀和机械磨损的影响，因此需要进行表面处理。
本文将介绍一种常用的钛合金表面处理工艺——阳极氧化。
二、工艺流程1. 清洗首先，将待处理的钛合金件放入清洗槽中，使用化学溶液或超声波清洗器进行清洗。
目的是去除表面油污和杂质，保证表面干净。
2. 酸洗将清洗后的钛合金件置于酸洗槽中进行酸洗处理。
酸洗液可以选择硫酸或盐酸，也可以使用混合酸。
酸洗时间一般为10-20分钟。
酸洗后要用水彻底冲洗干净。
3. 阳极氧化将经过清洗和酸洗处理的钛合金件放入阳极氧化槽中进行处理。
阳极氧化液可以选择硫酸或草酸，也可以使用混合液。
处理时间一般为30-60分钟。
在处理过程中要控制电压和电流密度，以保证表面处理质量。
4. 封孔经过阳极氧化处理后，钛合金件表面会形成一层氧化膜。
为了防止氧化膜被破坏，需要进行封孔处理。
封孔液可以选择热水或镁盐溶液。
封孔时间一般为30-60分钟。
5. 清洗最后，将经过封孔处理的钛合金件放入清洗槽中进行清洗。
清洗时间一般为10-20分钟。
清洗后要用水彻底冲洗干净。
三、工艺参数1. 清洗液：使用去离子水或化学溶液。
2. 酸洗液：硫酸、盐酸或混合酸。
3. 阳极氧化液：硫酸、草酸或混合液。
4. 电压：一般在10-20V之间。
5. 电流密度：一般在2-5A/dm²之间。
6. 处理时间：清洗和酸洗时间各为10-20分钟；阳极氧化时间为30-60分钟；封孔时间为30-60分钟。
四、工艺优点1. 阳极氧化可以增加钛合金表面硬度和耐腐蚀性。
2. 阳极氧化处理后的钛合金表面具有一定的装饰性能，可以提高产品的美观度。
3. 阳极氧化处理后的钛合金表面具有一定的润滑性能，可以减少机械磨损。
五、工艺缺点1. 阳极氧化处理需要较长的时间，且需要控制电压和电流密度，工艺要求较高。
2. 阳极氧化液对环境有一定污染，需要进行废液处理。
钛及钛合金表面纳米化之阳极氧化
钛及钛合金表面纳米化之阳极氧化作者：罗锦洁来源：《科技创新与应用》2015年第26期摘要：综述了钛及钛合金的性质、现阶段的发展状况、应用领域，为了冲破其使用的局限性，可对钛及钛合金进行表面纳米化，对其表面改性的方法多种多样，而阳极氧化最为实用，并对阳极氧化的原理机制进行了阐述，同时对钛及钛合金发展的未来进行了展望。
关键词：钛及钛合金的性质；发展状况；应用领域除氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁之外，钛在地球蕴藏量占到第九位，其储藏量约为0.44%～0.57%，属于蕴藏量较多的元素[1]。
钛在纯净状态下其颜色呈银白色，同时具有金属光泽，熔点极高，是一种较为难溶的金属。
钛有两种同素异构体分别是α-Ti和β-Ti，α-Ti为密排六方结构，只有在882℃以下才能保持稳定，当超过882℃，α-Ti将转变为β-Ti，β-Ti为体心立方结构，它能在882℃～1678℃间保持稳定。
钛从发现以来，一直受到人们的广泛关注，科学家对它的研究探索从未止步，现在我们对钛的性质有了较为深入的了解，钛和钛合金有许多优点，比如密度高、比强度高、耐蚀耐高温、机械力学性能好、质量轻等，它们凭借这些优异的性能发展迅猛，在各行各业中都得到了广泛应用，例如化工、航空航天、医用材料、电子行业等各个领域，相比于其它金属，钛还具有优异的生物相容性，与人体股骨头的弹性模量极为接近，因此将钛用于制备生物材料对人类某些疾病的治疗有着极大帮助[2]。
钛和钛合金虽然具有其他金属无法比拟的优点，但是随着社会的进步及科学的发展，它们自身所具备的性能已经无法满足人类生产生活需要，如何对其改性来冲破其使用的局限性成为一个亟待解决的问题，与传统材料相比，纳米材料具有更加优越的性能，由此人们想到在钛及钛合金上应用纳米技术，使它的应用更加广泛。
现如今直接制备纳米体材料的成本高、产出小，对设备、材料的标准要求苛刻，而表面纳米化技术相对来说对设备等硬件条件要求低，成本小，操作技术简单、成熟，在一定程度上可以满足生产所需，所以直接对钛和钛合金进行表面纳米化，来提高或改善其性能，提升其应用价值。
钛及钛合金表面阳极氧化着色的方法[发明专利]
![钛及钛合金表面阳极氧化着色的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/435441b58662caaedd3383c4bb4cf7ec4bfeb641.png)
[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1844483A[43]公开日2006年10月11日[21]申请号200610070863.1[22]申请日2006.03.15[21]申请号200610070863.1[71]申请人厦门大学地址361005福建省厦门市思明南路422号[72]发明人王周成 唐毅[74]专利代理机构厦门南强之路专利事务所代理人陈永秀 马应森[51]Int.CI.C25D 11/26 (2006.01)权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 2 页[54]发明名称钛及钛合金表面阳极氧化着色的方法[57]摘要钛及钛合金表面阳极氧化着色的方法，涉及一种钛及钛合金，提供一种廉价、简单，可在钛及钛合金表面获得具有不同色彩效果的阳极氧化膜层的工艺方法。
其步骤为在60～75℃和超声波条件下，钛或钛合金在碱洗溶液中处理10～15min，漂洗后放入酸洗溶液中处理0.5～1min，漂洗后在15～35℃，电流密度5～10A·dm －2，电压20～90V下放入阳极氧化着色溶液中着色15～30min，漂洗后在去离子水中封闭处理15～30min；110～130℃下烘干处理30～60min。
工艺步骤少，操作简单，易于维护。
着色的阳极氧化膜表面硬度高、结合力与耐蚀性能好、色泽光亮、均匀无杂色、装饰效果好。
200610070863.1权 利 要 求 书第1/1页 1、钛及钛合金表面阳极氧化着色的方法，其特征在于其步骤如下： 1)在60～75℃和外加超声波条件下，将钛或钛合金放入碱洗溶液中处理10～15min，取出后用水漂洗；2)将经步骤1)处理后的钛或钛合金放入酸洗溶液中处理0.5～1min，取出后用水漂洗；3)在15～35℃，电流密度5～10A·dm-2，电压20～90V下，将经碱洗和酸洗处理后的钛或钛合金放入阳极氧化着色溶液中阳极氧化着色15～30min，取出后用水漂洗，获得带有色泽的阳极氧化膜层；4)将阳极氧化着色的钛或钛合金放入沸腾的去离子水中，封闭处理15～30min；5)将封闭处理后的钛或钛合金在110～130℃下，烘干处理30～60m i n。
钛合金阳极氧化
钛合金阳极氧化钛是地壳中储量较丰富的元素之一，它在地壳中的丰度约为0.64%,在结构金属中仅次于铝、镁和铁居第四位，1791年英国矿物爱好者W.Gregoy在黑色磁铁矿中发现了化学元素Ti，在分析这种钛铁矿时把它称为Menachanite ；1795年, 德国化学家Klaproth在分析匈牙利Boinik出产的一种红金石时，发现一种新的金属，称其为titanium。
钛及钛合金在工程上应用较晚，直到1952年才正式作为结构材料使用，这主要是因为钛和氧、氮、氢和碳等元素有很强的亲和力，并易产生化学作用，致使钛及其合金的生产成本较高的缘故。
近年来钛及钛合金因其具有优良的机械性能在现代工业中得到了广泛应用。
钛合金作为工程结构材料，与其它金属相比，钛合金具有密度小，相当于铁的57%；比强度高，如Ti-6A1-4V 钛合金的比强度为21.7，而LY12铝合金为16.7 ;高耐酸性，纯钛在硝酸以及在常温5 %以下的硫酸、盐酸、磷酸中有较好的耐腐蚀性，在海水中几乎不被腐蚀；同时钛合金拥有优良的高、低温力学性能，TC11钛合金能在600 C的高温下长期稳定工作，在-200 C低温下仍能保持很好的塑性；另外，钛合金还具有无磁、良好的弹性、形状记忆、吸氢、超导、低阻尼、高抗冲击强度、耐压、抗震、与复合材料有良好的相容性等性能。
钛及其合金作为21世纪最重要的工程金属，以其优异的性能而被广泛用于航空航天、舰船、汽车、医疗、化工等行业。
但钛合金不耐磨，与其它金属易产生接触腐蚀等问题限制了其应用范围。
因此适当的表面处理以增强钛合金的耐蚀性、耐磨性及装饰性具有重要的现实意义。
传统的钛合金表面处理技术有许多不足之处，例如，工艺复杂、成本高、电解液对环境不友好等。
钛合金的特性(1) 钛合会的最主要性能之一是密度小，比强度高。
钛的密度为4. 5 g /cm 3，在常用金属中只有铝的密度为2. 7 g/cm'比它轻，但铝合金的强度较低，而低碳锏7. 86 g/ca。