專利名稱：鈦合金制品的脈沖電化學(xué)光整加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬電化學(xué)光整加工領(lǐng)域，特別是鈦合金制品的脈沖電化學(xué)光整加工技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于鈦合金的切削性能差，表面易氧化，國內(nèi)外目前通常采用精鍛、真空精鑄、冷(熱)鐓等非機械加工方法對其進行成形加工，并采用電鍍、化學(xué)鍍、熱擴散、熱噴涂、高能束表面合金化、離子注入、機械拋光等方法進行表面光整加工和表面改性處理。上述方法或者工藝復(fù)雜、影響因素多、難以掌握，或者易產(chǎn)生氫脆、裂紋、表面粗糙等缺陷；或者成本高、設(shè)備投入大。近年來，國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者的主要注意力集中在醫(yī)用鈦合金植入物及器械的多聚物涂層耐腐蝕性能方面，如英國的M.thoma、D.D.Macdonald、美國的R.W.Staehlie、LeyensC、法國的Vanliere J.W等人，中國上海第二醫(yī)科大學(xué)、沈陽軍區(qū)總醫(yī)院、北京航空材料研究院等單位。國內(nèi)上海冶金研究所與華山醫(yī)院、中山醫(yī)科大學(xué)與廣州有色金屬研究院、寶雞有色金屬研究院等單位的實驗研究結(jié)果均表明經(jīng)過電化學(xué)拋光處理的鈦合金制品其耐腐蝕性比較好。但有關(guān)鈦合金脈沖電化學(xué)拋光研究的資料與報道卻鮮見。鈦合金電化學(xué)光整加工屬于國際上新興的高技術(shù)含量的表面加工技術(shù)。在國內(nèi)，90年代中期，合肥工業(yè)大學(xué)朱樹敏教授采用以甲酰胺為基的非水電解液對鈦合金進行直流電拋光，獲得了較好的效果，引起國內(nèi)外電加工行業(yè)的極大重視，并把注意力轉(zhuǎn)移到該方向的研究上來，但由于非水電解液價格昂貴，目前尚未用于生產(chǎn)實際中。而采用脈沖電化學(xué)拋光技術(shù)對鈦合金進行光整加工，以期提高鈦合金制品的耐腐蝕性并改善其表面粗糙度，現(xiàn)國內(nèi)外尚未見相關(guān)資料報道。脈沖電化學(xué)拋光工藝是基于金屬電化學(xué)陽極溶解機理來實現(xiàn)金屬表面光整加工的，目前在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、五金、建筑裝飾、醫(yī)療衛(wèi)生及廚房設(shè)備制造等行業(yè)，加工對象主要為不銹鋼、銅、鋁及其合金、低碳合金鋼等材料。根據(jù)對國內(nèi)市場外的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，美國醫(yī)療行業(yè)每年所用鈦合金等金屬植入物達200萬件以上，其費用約2億美元；我國每年僅醫(yī)療行業(yè)所生產(chǎn)和使用的經(jīng)過表面光整加工和處理的鈦合金植入物及器械總產(chǎn)值達數(shù)億元人民幣，加工費用上億元，如果加上航空航天、輕工、電子、化工等行業(yè)的用量，市場對經(jīng)過表面光整加工和處理的鈦合金材料及其制品的總需求量是相當(dāng)可觀的?？梢?，成本低、生產(chǎn)工藝簡單、投入少、效率高、加工質(zhì)量好的鈦合金制件表面脈沖電化學(xué)光整加工工藝，具有極為廣泛的應(yīng)用前景，應(yīng)用于生產(chǎn)實際中，必將產(chǎn)生巨大的社會效益與經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的脈沖電化學(xué)光整加工方法，對鈦合金制品，特別是醫(yī)用鈦合金制品如醫(yī)用鈦合金植入物和醫(yī)用器械，進行表面光整加工，使鈦合金制品的耐腐蝕性、表面粗糙度、亮度和使用性能得到顯著改善和提高，以達到擴大鈦合金材料及其制品的應(yīng)用范圍、提高其使用價值，推動國內(nèi)醫(yī)療制品和醫(yī)療器械制造業(yè)、廚房設(shè)備、化工、食品等行業(yè)迅速發(fā)展的目的。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種鈦合金制品的脈沖電化學(xué)光整加工方法，其特征在于將鈦合金制品依次進行堿洗除油、漂洗，酸洗液酸洗、漂洗，脈沖電化學(xué)拋光、漂洗和干燥處理；其中酸洗和脈沖電化學(xué)拋光加工工藝參數(shù)為酸洗溫度 室溫酸洗時間 30-120秒陽極 表面粗糙值Ra＝1.6-3.2μm的鈦合金陽極 組成為1Cr18Ni9Ti的不銹鋼脈沖峰值電流密度iD3-18A/cm2極間距δ 5-30mm極間電壓V 10-40V脈沖電流波形 矩形波脈沖寬度tg50-10ms脈沖占空比tp/tj1-1/8電解拋光溫度T 55-60℃電解拋光時間 1-3min。
在這種鈦合金制品的脈沖電化學(xué)光整加工方法中，酸洗液的體積百分組成為36％的HCl 80-95％，40％的HF 5-20％；拋光液的重量百分組成為10-25％NaNO3，55-65％HCONH3，10-32％無機組分A，3％光亮劑B；其中無機組分A為H3NO3S、KI、KSCN中的一種或兩種以上混合物；光亮劑B為硫脲、糖精和丁炔二醇中的一種或兩種以上混合物。利用本發(fā)明方法處理的鈦合金材料組成為Ti-6Al-4V，它可以是臨床用鈦合金網(wǎng)、人工骨、人工關(guān)節(jié)、人造牙、各種矯形物、人工心臟瓣膜支架、血管套吻合物、腦止血夾、心血管支架等植入物或手術(shù)器械、醫(yī)療器械和人工假肢等醫(yī)用鈦合金制品，也可以是飛機發(fā)動機葉片、濾網(wǎng)等設(shè)備部件。
利用本發(fā)明提供的脈沖電化學(xué)光整加工方法來加工鈦合金制品，具有成本低、生產(chǎn)工藝簡單、投入少、效率高等優(yōu)點。加工成的醫(yī)用鈦合金制品，在保持強度、硬度、配合精度不變的情況下，其生物相容性、導(dǎo)入性、可植入性、耐腐蝕性及表面粗糙度(Ra 0.23μm)和亮度大大提高；產(chǎn)品附加值提高0.3-0.5倍；使用壽命提高0.5-1.0倍。加工成的飛機發(fā)動機葉片、濾網(wǎng)等鈦合金件的使用性能和壽命都有很大程度的提高。
以下用實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
具體實施例方式
實施例1將精鍛成的臨床用鈦合金網(wǎng)、人工骨、人工關(guān)節(jié)、人造牙、各種矯形物、人工心臟瓣膜支架、血管套吻合物、腦止血夾、心血管支架等植入物或手術(shù)器械、醫(yī)療器械和人工假肢等醫(yī)用鈦合金制品，首先經(jīng)過堿洗除油、清水漂洗后，在體積百分組成為36％的HCl 80％，40％的HF 20％的酸洗液中，于室溫下酸洗30-120秒后，用清水充分漂洗。然后放入拋光液中進行脈沖電化學(xué)拋光，其中拋光液的重量百分組成為10％NaNO3，55％HCONH3，32％無機組分A，3％光亮劑B；其中無機組分A為H3NO3S、KI、KSCN中的一種或兩種以上混合物，光亮劑B為糖精和丁炔二醇的等重量混合物。脈沖電化學(xué)拋光加工工藝參數(shù)為陽極 表面粗糙值Ra＝1.6-3.2μm的鈦合金陽極 組成為1Cr18Ni9Ti的不銹鋼脈沖峰值電流密度iD3-18A/cm2極間距δ5-30mm極間電壓V10-40V脈沖電流波形 矩形波脈沖寬度tg50-10ms脈沖占空比tp/tj1-1/8電解拋光溫度T55-60℃電解拋光時間 1-3min。
拋光后的制品用清水漂洗后經(jīng)干燥處理即為成品。產(chǎn)品的附加值提高0.3-0.5倍，使用壽命提高0.5-1.0倍。
實施例2將精鍛成的飛機發(fā)動機葉片、濾網(wǎng)等鈦合金件，首先經(jīng)過堿洗除油、清水漂洗后，在體積百分組成為36％的HCl 95％，40％的HF 5％的酸洗液中于室溫下酸洗30-120秒后，用清水充分漂洗，然后放入拋光液中進行脈沖電化學(xué)拋光。其中拋光液的重量百分組成為25％NaNO3，62％HCONH3，10％無機組分A，3％光亮劑B；其中無機組分A為H3NO3S、KI、KSCN的等重量混合物；光亮劑B為硫脲。脈沖電化學(xué)拋光加工工藝參數(shù)為陽極 表面粗糙值Ra＝1.6-3.2μm的鈦合金陽極 組成為1Cr18Ni9Ti的不銹鋼脈沖峰值電流密度iD3-18A/cm2極間距δ 5-30mm極間電壓V 10-40V脈沖電流波形 矩形波脈沖寬度tg50-10ms脈沖占空比tp/tj1-1/8電解拋光溫度T 55-60℃電解拋光時間 1-3min拋光后的制品用清水漂洗后經(jīng)干燥處理即為成品，產(chǎn)品的使用性能和壽命都有很大程度的提高。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金制品的脈沖電化學(xué)光整加工方法，其特征在于將鈦合金制品依次進行堿洗除油、漂洗，酸洗液酸洗、漂洗，拋光液脈沖電化學(xué)拋光、漂洗和干燥處理；其中酸洗和脈沖電化學(xué)拋光加工工藝參數(shù)為酸洗溫度 室溫酸洗時間 30-120秒陽極 表面粗糙值Ra＝1.6-3.2μm的鈦合金陽極 組成為1Cr18Ni9Ti的不銹鋼脈沖峰值電流密度i03-18A/cm2極間距δ 5-30mm極間電壓V 10-40V脈沖電流波形 矩形波脈沖寬度tp50-10ms脈沖占空比tp/tj1-1/8電解拋光溫度T 55-60℃電解拋光時間 1-3min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金制品的脈沖電化學(xué)光整加工方法，其特征在于酸洗液的體積百分組成為36％的HCl 80-95％，40％的HF 5-20％；拋光液的重量百分組成為10-25％NaNO3，55-65％HCONH3，10-32％無機組分A，3％光亮劑B；其中無機組分A為H3NO3S、KI、KSCN中的一種或兩種以上混合物；光亮劑B為硫脲、糖精和丁炔二醇中的一種或兩種以上混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金制品的脈沖電化學(xué)光整加工方法，其特征在于這種鈦合金制品的組成為Ti-6Al-4V。
全文摘要
一種鈦合金制品的脈沖電化學(xué)光整加工方法，是將鈦合金制品依次進行堿洗除油、漂洗，酸洗液酸洗、漂洗，拋光液脈沖電化學(xué)拋光、漂洗和干燥處理；經(jīng)過這種方法處理的鈦合金材料，其生物相容性、耐腐蝕性及表面粗糙度和亮度大大提高，產(chǎn)品廣泛用做醫(yī)用鈦合金制品以及飛機發(fā)動機葉片、濾網(wǎng)，使用性能得到顯著的提高。
文檔編號C25F3/00GK1590598SQ200410033290
公開日2005年3月9日 申請日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月15日
發(fā)明者包勝華, 吳蒙華, 李智, 夏法鋒 申請人:大連大學(xué)