專利名稱：：鈦材工件表面多彩膜使用室溫單一鹽飽和溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明專利是通過(guò)陽(yáng)極氧化方法，在醫(yī)用純鈦和鈦合金工件表面上形成氣化胰(TI02)時(shí)，釆用室溫(15-25'C)單一的中性鹽飽和溶液的配方。
背景技術(shù)：
：生物醫(yī)用金屬材料植入人體以修復(fù)器官，恢復(fù)功能和降低副作用而得到應(yīng)用。純鈦和鈦合金與其他傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料(如不銹鋼等)相比較，有其獨(dú)特的優(yōu)越性，在醫(yī)學(xué)上得到廣泛使用，為了賦予純鈦和鈦合金工件表面更優(yōu)越的生物相容性和生物活性，各國(guó)都大力研究開發(fā)純鈦和鈦合金工件表面處理新技術(shù)，取得了滿意的結(jié)果，并在醫(yī)學(xué)上得到廣泛應(yīng)用。美國(guó)，加拿大和德國(guó)等國(guó)家通過(guò)陽(yáng)極氧化法使純鈦和鈦合金工件表面上形成一層納米的氧化膜(TI02)，但著色劑(電解液)配方都不公布，處于保密狀態(tài)。我國(guó)目前各生產(chǎn)企業(yè)使用的著色劑是各種無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸和堿類配制的著色劑。為此，配制復(fù)雜、費(fèi)時(shí)費(fèi)工、壽命短、不易保存、有毒和污染環(huán)境。生產(chǎn)過(guò)程中著色劑的濃度隨時(shí)間在變化，難以控制，要不斷調(diào)整PH值，難以保證純鈦和鈦合金工件表面上顏色的均勻性和重現(xiàn)性，純鈦工件表面上的高端顏色難以實(shí)現(xiàn)。不同規(guī)格、不同品種的工件表面上的顏色不穩(wěn)定。成品率為50—70%。生產(chǎn)中通常采用掛件的方式，又造成生產(chǎn)率低，小件不能著色。生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的廢酸溶液和廢堿溶液，增加了處理成本，并對(duì)環(huán)境造成污染。批量生產(chǎn)有一定困難。
發(fā)明內(nèi)容本技術(shù)的著色劑(電解液)是一種室溫下(15—2ST)單一的鹽飽和溶液，也是環(huán)保型的著色劑。著色劑是室溫下的鹽飽和溶液，配制極為簡(jiǎn)單，便于操作，使用壽命長(zhǎng)，便于保存，穩(wěn)定性好，無(wú)毒，不需要調(diào)整PH值。生產(chǎn)時(shí)著色劑用量少，壽命長(zhǎng)，產(chǎn)生廢液少，并可過(guò)濾后重復(fù)作用。如需要處理廢液時(shí)，只要用自來(lái)水稀釋后就可排放，無(wú)污染，是環(huán)保型著色劑。醫(yī)用純鈦和鈦合金工件表面上氧化膜顏色均勻，重現(xiàn)性好。設(shè)備簡(jiǎn)單，只需一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源，易于操作，生產(chǎn)中只控制電流、電壓數(shù)值就可實(shí)現(xiàn)著各種顏色，而不是常用的記時(shí)方法，也3就保證了顏色的重現(xiàn)性、均勻性和穩(wěn)定性。操作以?shī)A持方法，在著色劑中擺動(dòng)，對(duì)操作者的技術(shù)要求不高，勞動(dòng)強(qiáng)度很低。設(shè)定電流、電壓后，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值后就立即取出工件放入純凈水中，就完成了著色工作。不論工件大小，每件只需4一5秒鐘時(shí)間，按每日工作5小時(shí)計(jì)算，可生產(chǎn)60X60X5/5=3600件，這樣每日生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足了生產(chǎn)要求。批量生產(chǎn)，成品率為9S_100%，每件著色成本很低。具體實(shí)施例方式配制好著色劑和設(shè)定電參數(shù)后，夾持工件浸入鹽溶液中擺動(dòng)，達(dá)到設(shè)定電壓后，電流為零，取出工件，放入純水中就完成了著色工作。氧化膜(TI02)和基體結(jié)合牢固、厚度均勻、穩(wěn)定性好。同一著色劑可形成多彩的氧化膜，顏色鮮艷，色調(diào)為棕、藍(lán)、金黃、玫瑰紅、翠綠單色以及它們的過(guò)渡色調(diào)共40—6Q多個(gè)顏色。和國(guó)外產(chǎn)品是一致的。產(chǎn)品工藝過(guò)程為工件表面光飾①一水洗②一除油③一水洗④—活化—水洗⑥一干燥⑦一著色⑧一熱水洗⑨一干燥逾。①工件表面機(jī)械粗細(xì)拋光、光飾。②用純凈水(去離子水)擦洗二次③④用金屬清洗劑76l或洗潔凈擦洗工件表面，清除表面油污，用純凈水(去離子水)清洗二次，最后超聲波除油三十分鐘并清洗二次。⑤⑥活化劑按體積比例HF:HN03:H20=30:350:620(ML)配制。把工件全浸活化劑中，并隨時(shí)翻動(dòng)，時(shí)間為15-30秒后，取出工件清洗二次。⑦清洗后工件自然風(fēng)千或高壓空氣吹千。⑧凈純凈水(去離子水)放入聚氯乙烯糟中，約占槽容積的三分之二。然后把結(jié)晶的鹽溶入純凈水中，并加以攪拌，直至為室溫下(15—25°C)的飽和溶液。槽的尺寸為150X250X500毫米容積，槽板厚4一6毫米。依工件需要的顏色確定電參數(shù)進(jìn)行著色。⑨⑩著色后工件放入熱水中清洗并自然風(fēng)千。純鈦和鈦合金工件表面上陽(yáng)極氧化著色后，其而蝕性、而磨性和生物相容性都顯著提高，對(duì)其材料基體內(nèi)部組織，外形尺寸精度和外表皆無(wú)影響，氧化膜(TI02)是納米級(jí)尺寸。陽(yáng)極氧化法是通過(guò)純鈦和鈦合金工件表面與著色劑在界面上的電化學(xué)反應(yīng)，在其工件表面上形成牢固的氧化膜(TI02)。氧化膜(TI02)形成實(shí)質(zhì)上是一種人為控制的純鈦和鈦合金工件表面氧化過(guò)程，它不同于外加的膜層(如電鍍層和化學(xué)鍍層)。在形成時(shí)必須有鈦和鈦合金工件表面直接參加氧化膜的形成反應(yīng)，其反應(yīng)是物理化學(xué)、電化學(xué)和化學(xué)過(guò)程，是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程。氧化膜(TI02)作為鈦和鈦合金工件表面的防護(hù)層，其防護(hù)功能主要是依靠降低純鈦和鈦合金本身的化學(xué)活性，以提高人體環(huán)境介質(zhì)中的熱力學(xué)穩(wěn)定性，作為生物體內(nèi)植入材料，有優(yōu)越的生物相容性和骨骼的粘附性，國(guó)內(nèi)外廣泛用于醫(yī)療器械上，即使在許多種藥品的作用下，其色調(diào)保持不變，陽(yáng)極氧化在純鈦和鈦合金工件表面上形成的不同厚度的氧化膜(TI02),是無(wú)色透明膜，此膜在光的照射下，因光的千涉作用而顯示不同的顏色。賦予鈦和鈦合金工件表面多種彩色，如棕、藍(lán)、金黃、玫瑰紅、翠綠等40—60多種顏色，色澤鮮艷，色調(diào)分明，氧化膜與基體結(jié)合牢固。使用的電源為直流穩(wěn)壓電源，當(dāng)電流接通后，在鈦和鈦合金工件表面上形成致密的透明的氧化膜，隨電壓升高，氧化膜厚度不斷增厚。在某一設(shè)定電壓下，由于氧化膜厚度使電阻增大，電流就趨于零，陽(yáng)極氧化過(guò)程就停止了。為此電壓決定氧化膜厚度，也就是電壓決定顏<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>陰極為不銹鋼，陰極和陽(yáng)極面積比為3:1，陽(yáng)極為純鈦夾子。著色過(guò)程中，工件要不斷在著色劑中擺動(dòng)。權(quán)利要求1.著色劑(電解液)是室溫下(15-25℃)單一的中性鹽飽和溶液，配制使用方法簡(jiǎn)單，穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)，無(wú)需調(diào)整溶液成份，廢液少，無(wú)污染，工件表面顏色均勻，重現(xiàn)性強(qiáng)，活化劑、著色劑容易控制，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述，工件活化劑為HF:HN03:H20=30:350:620''ML)，時(shí)'司為15—30秒，活化至著色時(shí)間間隔為30—60分鐘，避免工件吸氫，物理和it學(xué)吸附而污染工件表面，工件表面顯現(xiàn)金屬顯微組織。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述，用純鈦制夾具，而不是掛具，保證接觸良好，電壓穩(wěn)定，著色均勻，重現(xiàn)性好。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述，直流穩(wěn)壓電源，電流電壓波動(dòng)為0.5%，設(shè)定電壓確定工件表面顏色，以電流為零作為著色操作終止，保證氧化膜厚度均勻的一致性。全文摘要本發(fā)明是陽(yáng)極氧化在醫(yī)用純鈦和鈦合金工件表面上形成氧化膜的著色劑(電解液)，室溫單一中性鹽飽和溶液。目前，通用的著色劑為多元酸和多元堿組成的。著色劑中各組元濃度，要隨時(shí)加以調(diào)整，并難以控制。工件表面上形成的氧化膜厚度不均勻，造成顏色不均勻，且重現(xiàn)性差。成品率為60-70％，產(chǎn)生大量廢液，污染環(huán)境。本發(fā)明是室溫單一中性鹽飽和溶液。配制和使用無(wú)濃度波動(dòng)，著色劑壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、無(wú)毒，無(wú)污染。工件顏色均勻，重現(xiàn)性強(qiáng)。成品率達(dá)98-100％，3600件/5小時(shí)。操作以鈦夾具，不是通常掛具。設(shè)備只需一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源。此發(fā)明除可促進(jìn)醫(yī)用純鈦及鈦合金在醫(yī)療器械領(lǐng)域廣泛應(yīng)用和發(fā)展，同時(shí)可應(yīng)用于航空器的部件、裝飾領(lǐng)域。文檔編號(hào)C25D11/02GK101654800SQ20081005419公開日2010年2月24日申請(qǐng)日期2008年8月21日優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日發(fā)明者王振東申請(qǐng)人:王振東