本發(fā)明屬于拋光液領(lǐng)域，尤其是涉及一種鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液及拋光工藝。

背景技術(shù)：

1、t?i-6al-4v是一種α+β雙相鈦合金，由于其綜合性能優(yōu)異，在航空航天、國防、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，t?i?6-al-4v合金因其低密度、高強(qiáng)重比、低彈性模量、耐腐蝕、優(yōu)異的生物相容性等特點(diǎn)，被用于制造骨植入物、關(guān)節(jié)假體、人工心臟瓣膜等。然而，鈦合金表現(xiàn)出低導(dǎo)熱性和高化學(xué)反應(yīng)性，在加工過程中帶來了挑戰(zhàn)，如切削溫度升高、易受加工回彈和表面硬化。鈦合金零件加工常采用精密鑄造、數(shù)控銑削、增材制造等方式，在表面留下粗糙度高、重熔層多、殘余應(yīng)力分布不均勻等加工缺陷，影響使用性能。此外，后處理，如在一些生物醫(yī)學(xué)部件上噴涂羥基磷灰石涂層，需要高質(zhì)量的基材表面。因此，經(jīng)常需要拋光來提高部件的表面質(zhì)量和使用壽命。

2、電解質(zhì)等離子拋光是一種創(chuàng)新的金屬表面處理技術(shù)，結(jié)合了陽極溶解和等離子體化學(xué)處理。在加工過程中，工件在特定溫度下浸入低濃度無機(jī)鹽水基電解質(zhì)中。通過施加直流高壓在工件表面形成包裹工件的氣膜層。局部高壓擊穿氣膜層，導(dǎo)致等離子體產(chǎn)生。陽極表面在等離子體增強(qiáng)的電化學(xué)氧化作用下形成氧化膜，然后通過放電轟擊、電化學(xué)溶解和等離子體放電侵蝕等復(fù)雜的物理和化學(xué)過程剝離氧化膜。氧化膜形成與剝離之間的動態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)了工件的材料去除和表面拋光。與電化學(xué)、機(jī)械拋光等拋光方法相比，電解質(zhì)等離子拋光具有無結(jié)構(gòu)選擇性、無宏觀受力、加工效率高、拋光質(zhì)量好、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，別適用于拋光具有自由形狀表面或復(fù)雜幾何形狀的生物醫(yī)學(xué)部件，如膝關(guān)節(jié)，牙科植入物和手術(shù)器械等。不僅可以作為生物醫(yī)學(xué)零件的最終加工工序，還可以作為熱噴涂、離子注入、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等加工工藝的預(yù)處理，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出，電解質(zhì)等離子拋光技術(shù)在不銹鋼材料方面的研究較多，其相關(guān)拋光機(jī)理、工藝參數(shù)以及表面性能等方面研究深入，已經(jīng)有了較為成熟的應(yīng)用。對于鈦合金等閥金屬材料的拋光，其拋光作用機(jī)制尚不明確，目前電解質(zhì)等離子拋光技術(shù)所能達(dá)到的拋光效果有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提出一種鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液及拋光工藝。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了一種鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液，該拋光液包括如下重量份的組分：氯化銨1.5-3份，氟化銨1.25-2.75份，氟化鉀0.75-4.65份，溶劑89-97份。

4、進(jìn)一步，所述的溶劑為純水。

5、本發(fā)明提供了一種使用所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液的拋光工藝，包括如下步驟：

6、(1)將權(quán)利要求1中的各組分混合后溶于去離子水中，攪拌均勻后得到所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液，將所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液至于不銹鋼拋光槽內(nèi)，設(shè)定蒸汽發(fā)生器的加熱溫度和拋光的作業(yè)時間；

7、(2)將待拋光的鈦合金工件固定在陽極桿與電源的正極連接，不銹鋼拋光槽與電源的負(fù)極連接，然后將待拋光的鈦合金工件浸入所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液中，進(jìn)行電解質(zhì)等離子拋光作業(yè)即成。

8、進(jìn)一步，所述的步驟(1)中的加熱溫度為80-95℃。

9、進(jìn)一步，所述的步驟(1)中的拋光的作業(yè)時間為1-30min。

10、進(jìn)一步，所述的步驟(2)中的電源為280-350v的直流電壓，峰值電流＜200a。

11、進(jìn)一步，所述的步驟(2)中的待拋光的鈦合金工件浸入拋光液的速度為10-40cm/min，所述的待拋光的鈦合金工件的頂部位于液面以下5-15cm。

12、進(jìn)一步，所述的拋光工藝還包括后期處理，具體步驟為：使用無水乙醇與去離子水對工件進(jìn)行超聲清洗，然后烘干即成。

13、進(jìn)一步，所述的待拋光的鈦合金工件為gb/t3620.1-2007標(biāo)準(zhǔn)的t?i-6a?l-4v。

14、本發(fā)明還提供了一種鈦合金工件，該工件由所述的拋光工藝處理而成。

15、gb/t3620.1-2007標(biāo)準(zhǔn)的t?i-6al-4v鈦合金工件，采用上述的拋光工藝進(jìn)行處理，該鈦合金工件的表面粗糙度從sa?1.1758μm下降到sa?0.1-0.3μm。

16、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

17、本發(fā)明所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液包括氯化銨、氟化銨與氟化鉀，氟化銨與鈦合金工件形成穩(wěn)定性很強(qiáng)的絡(luò)合物，能夠緊密吸附在鈦合金工件的表面，抑制基體表面氧化膜的生成，同時氯化銨作為電解質(zhì)可提高鈦合金工件氧化階段的氧化速率提高整體拋光效率，氟化銨與氟化鉀作為絡(luò)合劑不僅氟離子濃度增加，其絡(luò)合作用增強(qiáng)，更容易形成可溶性氟化物，其次氟化銨，氟化鉀與氯化銨配比得到的近中性氟鹽電解液有助于溶解鈦合金工件表面的氧化膜，該化學(xué)作用能夠與表面氣層放電等離子體轟擊作用相互配合實(shí)現(xiàn)形狀與結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鈦合金工件表面材料的去除。

18、本發(fā)明所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液配比近中性氟鹽電解液，隨著工作電壓和溫度繼續(xù)升高到280v，90℃時，能量輸入增加，vge增厚并逐漸穩(wěn)定，反應(yīng)過程中試樣表面不斷與拋光液接觸和分離，等離子體放電和電化學(xué)溶解反應(yīng)同時進(jìn)行，氧化膜去除速度與生成速度逐漸平衡，進(jìn)而工件表面實(shí)現(xiàn)均勻的材料去除，當(dāng)電解質(zhì)等離子拋光作業(yè)7min時，試樣表面輪廓波峰波谷差減小，材料表面變平滑，達(dá)到較好的拋光效果。

19、相比較傳統(tǒng)的電化學(xué)拋光，采用低濃度無機(jī)鹽溶液相比較高濃度無機(jī)酸溶液，減少了環(huán)境的污染以及保障了工人的操作工作環(huán)境。

20、相比較傳統(tǒng)的機(jī)械拋光，電解質(zhì)等離子拋光對工人的依賴性小，拋光效率高，對工件表面的損傷小。

技術(shù)特征：

1.一種鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液，其特征在于：該拋光液包括如下重量份的組分：氯化銨1.5-3份，氟化銨1.25-2.75份，氟化鉀0.75-4.65份，溶劑89-97份。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液，其特征在于：所述的溶劑為純水。

3.使用權(quán)利要求1或所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液的拋光工藝，其特征在于：包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液的拋光工藝，其特征在于：所述的步驟(1)中的加熱溫度為80-95℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液的拋光工藝，其特征在于：所述的步驟(1)中的拋光的作業(yè)時間為1-30min。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液的拋光工藝，其特征在于：所述的步驟(2)中的電源為280-350v的直流電壓，峰值電流＜200a。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液的拋光工藝，其特征在于：所述的步驟(2)中的待拋光的鈦合金工件浸入拋光液的速度為10-40cm/min，所述的待拋光的鈦合金工件的頂部位于液面以下5-15cm。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液的拋光工藝，其特征在于：所述的拋光工藝還包括后期處理，具體步驟為：使用無水乙醇與去離子水對工件進(jìn)行超聲清洗，然后烘干即成。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液的拋光工藝，其特征在于：所述的待拋光的鈦合金工件為gb/t3620.1-2007標(biāo)準(zhǔn)的ti-6al-4v。

10.一種鈦合金工件，其特征在于：該工件由權(quán)利要求3-9中任一項(xiàng)所述的拋光工藝處理而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液及拋光工藝，該拋光液包括如下重量份的組分：氯化銨1.5?3份，氟化銨1.25?2.75份，氟化鉀0.75?4.65份，溶劑89?97份。本發(fā)明所述的鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光液包括氯化銨、氟化銨與氟化鉀，氟化銨與鈦合金工件形成穩(wěn)定性很強(qiáng)的絡(luò)合物，能夠緊密吸附在鈦合金工件的表面，抑制基體表面氧化膜的生成，同時氯化銨作為電解質(zhì)可提高鈦合金工件氧化階段的氧化速率提高整體拋光效率，氟化銨與氟化鉀作為絡(luò)合劑不僅氟離子濃度增加，其絡(luò)合作用增強(qiáng)，更容易形成可溶性氟化物。

技術(shù)研發(fā)人員：單旭,曹乘榕,姚鈺輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長三角物理研究中心有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7