一种单一α相钛的液相等离子纳米抛光液及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及等离子纳米技术应用技术领域，具体涉及一种单一α相钛的液相等离子纳米抛光液及其制备方法、应用。

背景技术

由于钛的导热系数小、摩擦系数高、与氧亲和能力极强、致使其在磨削和抛光过程中易产生烧伤和氧化，故钛和钛合金被认为是最难抛光的金属之一。钛熔点高(1668℃)，且在高温下性质活泼，因而在铸造过程中，钛表面易被氧气污染并与包埋料中Si、Al、Mg等成分发生反应，形成脆而硬的反应层。可见钛的后期表面处理十分的重要。

α钛合金(TA1、TA2、TA3)是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。

目前常用的抛光方法有：电解法、机械法、化学法、超声法等。

机械抛光依次用橡皮轮、抛光砂(325#白刚玉粉)、布轮加抛光膏即可获得光洁表面。公知的机械抛光法耗费人力，并且比较适合平面材料，对于非平面的材料，将有无法抛光的死角。

化学抛光一般是HF与HNO

至于电解抛光法方面，如同化学抛光法，也需利用高浓度的酸性溶液作为电解液，如针对Ti–10V–2Fe–3Al钛合金发明了一种不含氢氟酸、甲醇、铬酐等有毒物质的低毒、无刺激的环保型电化学抛光工艺，但其所含的高氯酸在实际的抛光过程中会产生大量的热，易引起爆炸。此种方法仍存在着高毒性、高危险性、制作过程管理不易以及废液污染等种种问题。

《钛合金的环保电化学抛光工艺》(于美、徐永振等，北京科技大学学报，2009，31(1)：68-73)公开了一种含高氯酸、高氯酸钠、乳酸、无水乙醇的钛合金抛光液，但使用该抛光液处理时，钛合金基体表面容易生成氧化膜，且该氧化膜硬度高，抛光难度大，钛合金表面易产生抛光纹路，难以达到镜面效果。专利CN107460534A专利提出一种以甘油、乙二醇、氯化钠为主体的抛光液，其中甘油所占比例过大，抛光时会产生大量的气泡，严重影响抛光效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于解决现有的钛合金抛光液的抛光效果差的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种单一α相钛的液相等离子纳米抛光液，包括以下质量百分比的原料：2-6％的氯化铵、0.01-0.1％的氟化钾、0.01-0.1％的乙二胺四乙酸钠、0.02-0.06％的亚硝酸钠、0.02-0.06％的葡萄糖酸钠，余量为去离子水。

本发明将氯化铵、氟化钾、乙二胺四乙酸钠、亚硝酸钠和葡萄糖酸钠与去离子水混合制得等离子纳米抛光液，采用该抛光液对钛进行抛光处理，可使α钛合金件的表面粗糙度降低一倍甚至更多，并且划痕较少；本发明通过氟化钾的添加，可大大降低α钛合金件的表面粗糙度和光泽度，α钛合金件的表面粗糙度最高可降低4倍多，同时光泽度可提高6倍，达到镜面效果。

氯化铵使溶液整体呈现弱酸性，是抛光液的基本组成部分，有利于抛光过程中水蒸汽、氢气、氧气等混合气层的产生，而混合气层又是影响等离子纳米抛光质量的重要因素；葡萄糖酸钠和乙二胺四乙酸钠作为络合剂，能与钙、镁、铁等金属离子络合，有效阻止抛光液中沉淀物和α钛合金表面污垢的产生，其次葡萄糖酸钠还可以阻止金属表面发生氧化，起缓蚀作用；亚硝酸钠提高了抛光液离子浓度，离子活性强。

一种单一α相钛的液相等离子纳米抛光液的制备方法，包括以下步骤：

向去离子水中加入氯化铵、氟化钾、乙二胺四乙酸钠、亚硝酸钠和葡萄糖酸钠，充分搅拌，混合均匀，加热到60-90℃，即制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

优选地，向每100g去离子水中加入2g氯化铵、0.01g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠，充分搅拌，混合均匀，然后加热至60℃。

优选地，向每100g去离子水中加入2g氯化铵、0.01g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠，充分搅拌，混合均匀，然后加热至70℃。

优选地，向每100g去离子水中加入2g氯化铵、0.01g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠，充分搅拌，混合均匀，然后加热至80℃。

优选地，向每100g去离子水中加入2g氯化铵、0.01g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠，充分搅拌，混合均匀，然后加热至90℃。

优选地，向每100g去离子水中加入6g氯化铵、0.1g氟化钾、0.1g乙二胺四乙酸钠、0.06g亚硝酸钠、0.06g葡萄糖酸钠，充分搅拌，混合均匀，然后加热至90℃。

优选地，向每100g去离子水中加入4g氯化铵、0.05g氟化钾、0.05g乙二胺四乙酸钠、0.04g亚硝酸钠、0.04g葡萄糖酸钠，充分搅拌，混合均匀，然后加热至80℃。

本发明还提供上述一种单一α相钛的液相等离子纳米抛光液在α钛合金件表面抛光处理中的应用。

α钛合金的液相等离子纳米抛光液的使用方法为：将抛光液置于工作槽内加热并通电为阴极，α钛合金件使用夹具夹持并通电为阳极，电机带动α钛合金件缓慢浸入电解液内，电解液受热蒸发后在α钛合金件表面附近形成致密气层，气层成分为电解液形成的等离子体，等离子体内出现放电通道，由于金属表面为等势面，放电通道出现概率会在α钛合金件表面不光滑区域增大，放电通道内产生小面积内极大电流是接触到的α钛合金件表面微融化，微融化之α钛合金件表面将根据等势面原理在电磁场作用下变为规则平面，通过以上过程，α钛合金件表面实现抛光效果。

本发明具有如下的有益效果：

1、本发明将氯化铵、氟化钾、乙二胺四乙酸钠、亚硝酸钠和葡萄糖酸钠与去离子水混合制得等离子纳米抛光液，采用该抛光液对钛进行抛光处理，可使α钛合金件的表面粗糙度降低一倍甚至更多，并且划痕较少；本发明通过氟化钾的添加，可大大降低α钛合金件的表面粗糙度和光泽度，α钛合金件的表面粗糙度最高可降低4倍多，同时光泽度可提高6倍，达到镜面效果。

2、本发明的抛光液制备方法简单，操作安全；抛光过程中溶质的消耗量很少，单位体积抛光液可以抛光更多金属表面积，从而降低抛光成本；抛光液以弱酸性的氯化铵为主，氯化铵又是农业用肥料，抛光废液可作为肥料二次利用，具有环保、节能、减排等优点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1

将2g氯化铵、0.01g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至60℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

实施例2

将2g氯化铵、0.01g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至70℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

实施例3

将2g氯化铵、0.01g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至80℃，制得α钛合金(TA1、TA2、TA3)的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

实施例4

将2g氯化铵、0.01g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至90℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

实施例5

将6g氯化铵、0.1g氟化钾、0.1g乙二胺四乙酸钠、0.06g亚硝酸钠、0.06g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至90℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

实施例6

将4g氯化铵、0.05g氟化钾、0.05g乙二胺四乙酸钠、0.04g亚硝酸钠、0.04g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至80℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

实施例7

将2g氯化铵、0.01g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至60℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

实施例8

将2g氯化铵、0.03g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至60℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

实施例9

将2g氯化铵、0.07g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至60℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

实施例10

将2g氯化铵、0.1g氟化钾、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至60℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本实施例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

对比例1

将2g氯化铵、0.01g乙二胺四乙酸钠、0.02g亚硝酸钠、0.02g葡萄糖酸钠加入100g去离子水中，充分搅拌，混合均匀，然后加热至60℃，制得α钛合金的液相等离子纳米抛光液。

用粗糙度仪，测试未经抛光处理的α钛合金件表面的原始粗糙度，然后经过上述液相等离子纳米抛光液抛光处理后，再测一次表面粗糙度，测量结果如表1所示。

根据GB/T8807-1988塑料镜面光泽试验方法，检测本对比例的α钛合金件抛光处理前后的光泽度，检测结果如表1所示。

表1为实施例1-10与对比例1的α钛合金的抛光处理前后的粗糙度和光泽度对比结果

根据表1的结果可知，本发明将氯化铵、氟化钾、乙二胺四乙酸钠、亚硝酸钠和葡萄糖酸钠与去离子水混合制得等离子纳米抛光液，采用该抛光液对钛进行抛光处理，可使α钛合金件的表面粗糙度降低一倍甚至更多，并且划痕较少；通过对比实施例1-10和对比例1的结果可以发现，对比例1中未添加氟化钾制得的抛光液，经该抛光液抛光后的α钛合金件的粗糙度不仅没有降低反而增加了，且光泽度变得更低；而本发明通过氟化钾的添加，可大大降低α钛合金件的表面粗糙度和光泽度，α钛合金件的表面粗糙度最高可降低4倍多，同时光泽度可提高6倍，达到镜面效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。