專利名稱：可減少氧化膜層應(yīng)力的鈦合金黑色陽極氧化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對鈦合金部件表面進行消光處理的黑色陽極氧化工藝方法， 特別是一種能夠減少鈦合金陽極氧化膜層應(yīng)力的陽極氧化方法。
背景技術(shù)：
鈦及其合金由于其比重小、重量輕、比強度高，在氧化性介質(zhì)或海水及
海洋性氣氛中具有較高耐蝕性，以及在溫度高達400 50(TC的環(huán)境下仍能保 持自身的強度等優(yōu)異性能，在航空、航天和軍事領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，特別 是在空間像機中大量使用鈦合金件。鈦合金在空間光學(xué)中被用作鏡筒和其它 結(jié)構(gòu)件，大部分需要進行黑色陽極化處理，對膜層的反射率和牢固度有很高 的要求。
鈦合金氧化膜層的脆性是由鈦合金的固有特性決定的鈦是一種具有高 度活性的的金屬，但是，它對許多腐蝕介質(zhì)都呈現(xiàn)出特別優(yōu)異的耐蝕性。原 因是鈦和氧有很大的親和力，當(dāng)鈦暴露于大氣或任何含氧介質(zhì)時，表面立即 形成一層堅固而致密的鈍態(tài)氧化薄膜。膜的厚度隨溫度和陽極電位而變化， 膜的成分隨厚度而改變，接近金屬的膜內(nèi)表面是TiO，上面是Ti02，中間是 Ti203。此膜是兩性化合物，因此這層鈍化膜保護性非常強，使鈦在許多腐蝕 介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性。但是，當(dāng)薄膜超過某一厚度時，單位體積中的應(yīng) 變能就可能超過膜脫離金屬所需的功，從而，發(fā)生膜的破裂和損壞。
現(xiàn)有技術(shù)的鈦合金黑色陽極化處理的前處理工藝條件一般是首先在含 有氫氧化鈉及碳酸鈉等堿性物質(zhì)及少量乳化劑的溶液中進行化學(xué)除油，以達 到除凈工件表面油污，使得工件在后續(xù)工序中能被水溶液百分之百潤濕。典型工藝為氫氧化鈉30 50 g/l、碳酸鈉30 50g/1、磷酸鈉15 30g/l、硅酸 鈉3 5g/1、 0P乳化劑l 2g/1，溫度70 9(TC，工件放入溶液中至取出清 洗后百分之百被清水潤濕為止。然后，在酸性溶液中去除工件表面微弱氧化 膜，為工件在進行后續(xù)陽極氧化工序時提供能迅述發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的活性表 面。典型工藝為68。/。硝酸60 120m1/1、 40%氫氟酸6 12ml/l，室溫，10 60秒。
現(xiàn)有技術(shù)的不足在于由于氧化膜層的厚度依賴于氧化時間和氧化電流， 有消光要求的氧化膜層要求小于1%的鏡面反射率，需一定的膜層厚度來保 證。隨著氧化膜層厚度的增加，膜層的應(yīng)力加大、發(fā)脆，甚至自然脫落，特 別是經(jīng)熱水煮后時常發(fā)生工件離水后膜層迅速脫落現(xiàn)象，工藝穩(wěn)定性差。生 產(chǎn)中時有發(fā)生在裝配前用壓縮空氣吹掃經(jīng)黑色陽極氧化處理的工件表面時，
黑色氧化膜層局部脫落的現(xiàn)象；在工件存放過程中，有的一周、有的一個月 至半年等，偶有膜層自然脫落現(xiàn)象發(fā)生，嚴重的從氧化槽液中將工件拿出后 見空氣即破裂脫落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服目前鈦合金黑色陽極氧化工藝所獲的氧化層存在 應(yīng)力大、容易脫落而使用壽命短的缺點，提出一種改進技術(shù)的可減少氧化膜 層應(yīng)力的鈦合金黑色陽極氧化方法，以提高產(chǎn)品表面氧化膜的穩(wěn)定性。
本發(fā)明可減少氧化膜層應(yīng)力的鈦合金黑色陽極氧化方法，包括以下目前
常規(guī)步驟堿性化學(xué)表面除油，酸性表面活化處理，黑色陽極氧化處理，其 特點是，在所述堿性化學(xué)表面除油步驟后、酸性表面活化處理步驟前進行下 述表面化學(xué)微浸蝕處理
微浸蝕處理溶液為每升水中含有硫酸銨70 100克，氟化氫銨50 80 克，焦磷酸鉸30 50克的水溶液；在45 65'C溫度下，浸蝕10 30min。
本發(fā)明所述的表面化學(xué)微浸蝕處理步驟的作用機理是使工件表面形成微觀不連續(xù)狀態(tài)，將使得下步陽極氧化膜層形成的應(yīng)力高度分散。微浸蝕處 理溶液配方中，氟離子產(chǎn)生微觀點蝕，焦磷酸根起絡(luò)合作用增加表面的均勻 性，硫酸根和銨離子起緩沖作用使溶液穩(wěn)定。本配方酸性較弱，對鈦合金基
體作用溫和，對工件不產(chǎn)生形變，尺寸變化g.5)^m。
本發(fā)明的積極效果
對除油后、活化前的工件進行適度化學(xué)微浸蝕處理，使得工件表面形成 微觀不連續(xù)狀態(tài)，進而將使鈦合金黑色陽極化膜層的應(yīng)力高度分散，致使單 位體積的應(yīng)變能低于膜層脫離金屬所需的功，消除了膜層脫落現(xiàn)象。本工藝 對工件的尺寸改變小，消雜光性好，特別適合于鈦合金精密鏡頭等工件的黑 色陽極氧化消光處理，明顯提高部件使用壽命。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。 實施例1
對尺寸為200x150x15的鈦合金TC4試件按下述歩驟進行黑色陽極氧化 消光處理。
a. 堿性化學(xué)表面除油。
除油溶液為每升水中含有氫氧化鈉30 50克、碳酸鈉30 50克、磷酸 鈉15 30克、硅酸鈉3 5科、OP乳化劑1 2克的堿性水溶液；溫度為 70 80°C;工件放入溶液中至取出清洗后百分之百被清水潤濕為止。
b. 表面化學(xué)微浸蝕處理。
經(jīng)前述除油、清洗后浸入到45 5(TC微浸蝕處理溶液中浸蝕30min，取 出清洗；
微浸蝕處理溶液成分為硫酸銨100g/水L、氟化氫銨80g/水L、焦磷酸 銨30g/水L。
c. 酸性表面活化處理。經(jīng)前述微浸蝕處理后的部件浸入到室溫下酸性活化液中浸蝕10 60秒 后取出清洗；
酸性活化液成分為68%硝酸60 120ml/水L、40。/。氫氟酸6 12ml/水L。 d.黑色陽極氧化處理。
經(jīng)前述酸性活化后的部件，在下述條件下進行黑色陽極化處理 氧化溶液成分為重鉻酸鉀20 30g/水L、硫酸錳15 20g/水L、硫酸 銨20 30g/水L，硫酸鈰2 5g/水L;
陽極電流0.05 1.0A/dm2、時間15 30min。
處理后的工件，經(jīng)9CTC熱水煮5min后，用0.3mpa壓縮空氣近距離 (100mm)吹掃，膜層無任何脫落。用Lambd950型紫夕卜/可見/近紅外分光光 度計檢測，在400 2500nm光譜范圍內(nèi)膜層鏡面反射率〈0.5。/。，滿足<1%的使 用要求。
實施例2
對尺寸為200x150x15的鈦合金TC4試件按下述步驟進行黑色陽極氧化 消光處理。
a. 堿性化學(xué)表面除油。
除油溶液為每升水中含有氫氧化鈉30 50克、碳酸鈉30 50克、磷酸 鈉15 30克、硅酸鈉3 5科、OP乳化劑1 2克的堿性水溶液；溫度為 70 80°C;工件放入溶液中至取出清洗后百分之百被清水潤濕為止。
b. 表面化學(xué)微浸蝕處理。
經(jīng)前述除油、清洗后浸入到45 5(TC微浸蝕處理溶液中浸蝕10min，取 出清洗；
微浸蝕處理溶液成分為硫酸銨70g/水L、氟化氫銨50g/水L、焦磷酸 銨50g/水L。
c. 酸性表面活化處理。經(jīng)前述微浸蝕處理后的部件浸入到室溫下酸性活化液中浸蝕10 60秒 后取出清洗；
酸性活化液成分為68%硝酸60 120ml/水L、40。/。氫氟酸6 12ml/水L。 d.黑色陽極氧化處理。
經(jīng)前述酸性活化后的部件，在下述條件下進行黑色陽極化處理
氧化溶液成分為重鉻酸鉀20 30g/水L、硫酸錳15 20g/水L、硫酸 銨20 30g/水L，硫酸鈰2 5g/水L;
陽極電流0.05 1.0A/dm2、時間15 30min。
處理后的工件，經(jīng)9(TC熱水煮5min后，用0.3mpa壓縮空氣近距離 (100mm)吹掃，膜層無任何脫落。用Lambd950型紫夕卜/可見/近紅外分光光 度計檢測，在400 2500nm光譜范圍內(nèi)膜層鏡面反射率〈0.5。/。，滿足<1%的使 用要求。
實施例3
對尺寸為200x150x15的鈦合金TC4試件按下述步驟進行黑色陽極氧化 消光處理。
a. 堿性化學(xué)表面除油。
除油溶液為每升水中含有氫氧化鈉30 50克、碳酸鈉30 50克、磷酸 鈉15 30克、硅酸鈉3 5科、OP乳化劑1 2克的堿性水溶液；溫度為 70 80°C;工件放入溶液中至取出清洗后百分之百被清水潤濕為止。
b. 表面化學(xué)微浸蝕處理。
經(jīng)前述除油、清洗后浸入到55 65'C微浸蝕處理溶液中浸蝕20min，取 出清洗；
微浸蝕處理溶液成分為硫酸銨80g/水L、氟化氫銨60g/水L、焦磷酸 銨40g/水L。
c. 酸性表面活化處理。經(jīng)前述微浸蝕處理后的部件浸入到室溫下酸性活化液中浸蝕10 60秒 后取出清洗；
酸性活化液成分為68%硝酸60 120ml/水L、40。/。氫氟酸6 12ml/水L。 d.黑色陽極氧化處理。
經(jīng)前述酸性活化后的部件，在下述條件下進行黑色陽極化處理 氧化溶液成分為重鉻酸鉀20 30g/水L、硫酸錳15 20g/水L、硫酸 銨20 30g/水L，硫酸鈰2 5g/水L;
陽極電流0.05 1.0A/dm2、時間15 30min。
處理后的工件，經(jīng)9(TC熱水煮5min后，用0.3mpa壓縮空氣近距離 (100mm)吹掃，膜層無任何脫落。用Lambd950型紫夕卜/可見/近紅外分光光 度計檢測，在400 250011111光譜范圍內(nèi)膜層鏡面反射率<0.5%，滿足<1%的使 用要求。
8
權(quán)利要求
1. 一種可減少氧化膜層應(yīng)力的鈦合金黑色陽極氧化方法，包括以下步驟堿性化學(xué)表面除油，酸性表面活化處理，黑色陽極氧化處理，其特征在于，在所述堿性化學(xué)表面除油步驟后、酸性表面活化處理步驟前進行下述表面化學(xué)微浸蝕處理微浸蝕溶液為每升水中含有硫酸銨70～100克，氟化氫銨50～80克，焦磷酸銨30～50克的水溶液；在45～65℃溫度下，浸蝕10～30min。
全文摘要
本發(fā)明涉及對鈦合金部件表面進行消光處理的黑色陽極氧化工藝方法，特別是一種可減少氧化膜層應(yīng)力的鈦合金黑色陽極氧化方法。包括以下步驟堿性化學(xué)表面除油，酸性表面活化處理，黑色陽極氧化處理，其特點是在所述堿性化學(xué)表面除油步驟后、酸性表面活化處理步驟前進行下述表面化學(xué)微浸蝕處理微浸蝕溶液為每升水中含有硫酸銨70～100克，氟化氫銨50～80克，焦磷酸銨30～50克的水溶液；在45～65℃溫度下，浸蝕10～30min。本方法對工件的尺寸改變小，消雜光性好，特別適合于鈦合金精密鏡頭等工件的黑色陽極氧化消光處理，明顯提高部件使用壽命。
文檔編號C25D11/26GK101457383SQ20081018762
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者申德新 申請人:長春奧普光電技術(shù)股份有限公司