钛或钛合金固体电解抛光的电解液、抛光介质和抛光方法与流程

本发明涉及金属表面处理，特别涉及钛或钛合金固体电解抛光的电解液、抛光介质和抛光方法。

背景技术：

1、钛金属具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点。钛合金，是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高，并且具有极其优异的生物相容性，在生物植入体材料、航空航天设备、特种设备、深海设备中得到了广泛的应用。

2、由于优异的耐腐蚀、耐高温性能以及高强度高韧性，钛合金需要通过多步人工抛光才能达到光洁的表面，一般的化学抛光和电化学抛光过程不起作用。而材料的高强度也导致人工抛光的难度大增，工期较长，难以获得统一的标准以及较低的不良率，且对角落、缝隙等部位难以达到较高的磨平效果。这对于高规格高要求的航空航天事业来说是巨大的短板。

3、现有技术中，cn113699579a公开了首先采用温和的电解条件对被抛光工件进行水溶液电解抛光，使被抛光工件的表面达到初步光亮度，然后采用圆球状固体的电解质对表面达到初步光亮度的被抛光工件进行复合电解抛光，使被抛光工件的表面达到最终的镜面光亮度。尽管其能够实现镜面光亮度的表面，但是工艺相对复杂，同时其复合电解抛光是机械作用和电解作用在同一点同时起作用，由于颗粒和金属样件之间硬度上的巨大差异，当机械作用过于剧烈时必然导致圆球状固体被破坏，使得圆球状固体无法循环利用，复合电解抛光的成本增加。cn109415839a公开了通过包含导电液体的固体颗粒对金属部件进行平滑和抛光，其主要是通过导电液体的导电作用来实现电化学抛光，通过多孔材料对导电液体的吸附，将传统的液相电化学抛光转化为固相抛光，但是其本质与液相电化学抛光无异。cn111032929a、cn113195799a、cn112534088a、cn115038822a等公开了硫酸、盐酸、磺酸等强酸性电解质溶液作为导电液体在固相抛光中的应用，但是强酸性电解液对使用者具有较高的危险性，且运输和后处理也都是难题。

4、cn114908409a、cn114908410a、cn115029768a公开了一系列具有羧基、胺基、羟基的多孔固体颗粒物，提出了离子交换的作用机制。但是，目前尚未有一种令人满意的钛或钛合金的固体电解抛光技术方案。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中存在的钛或钛合金固体电解抛光技术问题。为此，本发明旨在前期发明的基础上，针对钛或钛合金这类特殊金属/合金产品，进一步深入优化。为此，本发明的目的之一在于提供一种钛或钛合金固体电解抛光的电解液，本发明的目的之二在于提供一种钛或钛合金固体电解抛光的抛光介质，本发明的目的之三在于提供这种抛光介质的制备方法，本发明的目的之四在于提供一种钛或钛合金的固体电解抛光方法。本发明所述的钛或钛合金是指钛金属，或者钛合金。

2、需要说明的是，电解抛光是将金属浸渍在各种成分组成的特殊化学溶液中，依靠高的电化学势能氧化金属，获得平滑光亮的表面，常规电解抛光使用的化学溶液是强酸性或是强挥发性液体，不便于运输和储存，且对工人产生危害，废液处理也是大问题。而固体电解抛光则是采用具有离子吸附/交换/络合能力的固体颗粒物以及内部的导电溶液来取代电解液，通过固体颗粒物与待抛光的金属件相接触，从而实现对金属件表面的抛光处理。虽然固体颗粒物与待抛光的金属件有接触，但是这种接触的相对运动速率较低，且固体颗粒物的硬度比金属件低，故物理的机械抛光过程可以忽略。

3、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

4、本发明的第一方面提供了一种钛或钛合金固体电解抛光的电解液，包括无机盐和溶剂；

5、所述溶剂包括极性有机溶剂，或者是极性有机溶剂和水；

6、所述极性有机溶剂的电阻率≤5×107ω/cm；

7、所述无机盐包括氯盐、氟盐、硫酸盐、硝酸盐中的至少一种。

8、本发明的电解液在钛或钛合金固体电解抛光中，起到了导电、传输离子的作用。

9、优选地，所述极性有机溶剂包括小分子醇、小分子酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二氧六环、离子液体中的至少一种。

10、优选地，所述小分子醇包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、丁二醇中的至少一种。在本发明一些具体的实施方式中，小分子醇为乙醇。在一些具体的实施例中，小分子醇是选用无水乙醇溶液。

11、优选地，所述小分子酮包括丙酮、丁酮、环己酮中的至少一种。

12、优选地，所述无机盐在所述溶剂中的质量百分比为0.01％～5％；进一步优选地，无机盐在溶剂中的质量百分比为0.01％～2％；再进一步优选地，无机盐在溶剂中的质量百分比为0.1％～1.5％；再进一步优选地，无机盐在溶剂中的质量百分比为0.1％～1％；更进一步优选地，无机盐在溶剂中的质量百分比为0.1％～0.5％。

13、优选地，所述无机盐选自氯化钠、硫酸钠中的一种或其组合。在本发明的一些具体实施方式中，所述无机盐为氯化钠。

14、优选地，当所述溶剂包括极性有机溶剂和水时，所述极性有机溶剂在溶剂中的质量百分比为90.01％～99.99％；进一步优选地，所述极性有机溶剂在溶剂中的质量百分比为95％～99.99％；再进一步优选地，所述极性有机溶剂在溶剂中的质量百分比为97％～99.99％。

15、本发明的第二方面提供了一种钛或钛合金固体电解抛光的抛光介质，包括：

16、固体颗粒物，所述固体颗粒物具有多孔结构，以及吸附、络合金属离子的基团；

17、本发明第一方面所述的电解液，所述电解液位于所述固体颗粒物的内部，或内部和表面。

18、需要指出的是，所述电解质可以调节所述固体颗粒物的电导率和离子交换速率。

19、优选地，所述电解液在所述抛光介质中的质量百分比为30％～70％。当所述固体颗粒物的孔道内部完全被电解液填充满时，为饱和吸附。进一步优选地，电解液在固体颗粒物中的质量百分比为30％～60％；再进一步优选地，电解液在固体颗粒物中的质量百分比为40％～50％。

20、优选地，所述固体颗粒物中，吸附、络合金属离子的基团包括羧基、胺基、羟基中的至少一种。

21、本发明的固体颗粒物具有多孔结构，还具有亲水性和一定的硬度，在与钛或钛合金轻微碰撞的情况下不会轻易碎掉，可以吸附一定量的醇溶液而具备导电性和离子交换性能，自身可以不具备导电性。固体颗粒物中具有可以吸附、络合金属离子的基团，从而起到固定金属离子的作用，降低电解质中的金属离子的浓度，减少过电势，促进金属样件表面的氧化过程。

22、优选地，所述固体颗粒物包括离子交换树脂、硅胶、分子筛中的一种或多种；进一步优选地，所述固体颗粒物包括含有羧基、羟基、胺基中至少一种的离子交换树脂、硅胶、分子筛中的一种或多种；再进一步优选地，所述固体颗粒物包括含有羧基、羟基、胺基中至少一种的丙烯酸型离子交换树脂。含有羧基、羟基、胺基中至少一种的丙烯酸型离子交换树脂可以采用含有羧基、羟基或胺基的单体与丙烯酸(酯)类单体等聚合制成，属于本领域的常规方法，如可以参见cn114908409a、cn114908410a、cn115029768a所公开的内容，也可以直接购买市售产品。进一步优选地，所述固体颗粒物为含有cooh/coo-基团的羧酸型丙烯酸离子交换树脂。

23、本发明的第三方面提供了本发明第二方面所述钛或钛合金固体电解抛光的抛光介质的制备方法，包括以下步骤：

24、s1：将固体颗粒物浸泡在含有ph调节剂的溶液中，搅拌，待ph值稳定后，过滤，晾干，得到固体颗粒物中间体；

25、s2：将所述固体颗粒物中间体浸泡在含有无机盐和溶剂的电解液中，搅拌，过滤，晾干，得到所述钛或钛合金固体电解抛光的抛光介质。

26、所述抛光介质制备方法的第一步s1，其目的是调节固体颗粒物的ph以及除去内部吸附的水分；第二步s2，其目的是使固体颗粒物吸附入所需的电解液。

27、优选地，所述制备方法的s1中，所述固体颗粒物先晾干后再使用。

28、优选地，所述制备方法的s1或s2中，晾干的方法为常温晾干。

29、所述制备方法的s2中，通过控制不同的晾干时间，可以控制抛光介质中的电解液质量含量。

30、优选地，所述制备方法的s1中，待ph值稳定为待ph值稳定至5～9；进一步优选地，待ph值稳定至6～8；再进一步优选地，待ph值稳定至6～7。

31、优选地，所述制备方法的s1中，所述ph调节剂包括可以调节ph的酸碱物质。其中，酸可以选自硫酸、盐酸、硝酸或有机酸；碱可以选自氢氧化钠、氢氧化钾或有机胺。酸碱物质可根据不同固体颗粒物进行选择，继而调节固体颗粒物的ph值。例如酸性固体颗粒物可以选择碱性物质，碱性固体颗粒物可以选择酸性物质。

32、优选地，所述制备方法的s1中，含有ph调节剂的溶液为含有ph调节剂的醇溶液。所述的醇优选c1～c4的醇溶液。

33、本发明的第四方面提供了一种钛或钛合金的固体电解抛光方法，包括以下步骤：

34、1)将本发明第二方面所述的钛或钛合金固体电解抛光的抛光介质和待抛光的钛或钛合金置于电化学抛光装置中；

35、其中，所述钛或钛合金固体电解抛光的抛光介质与所述电化学抛光装置的电源负极连接，所述待抛光的钛或钛合金与所述电化学抛光装置的电源正极连接；

36、2)将电化学抛光装置通电进行电解抛光，电解抛光时待抛光的钛或钛合金与抛光介质发生相对摩擦运动。

37、优选地，所述步骤2)中，施加的电压为20v～120v；进一步优选地，施加的电压为70v～100v。

38、优选地，所述步骤2)中，相对摩擦运动的速率为20r/min～120r/min；进一步优选地，相对摩擦运动的速率为80r/min～100r/min。

39、优选地，所述步骤2)中，抛光时间为10min～90min；进一步优选地，抛光时间为30min～60min。

40、本发明的有益效果是：

41、本发明针对钛或钛合金这一类特殊金属/合金产品，提供了一种快速、低碳、环保、高质量地实现高亮度、低粗糙度的抛光技术方案。

42、具体来说，本发明具有以下优点：

43、1、本发明使用的抛光介质为固体颗粒物，利于运输和后处理。

44、2、本发明的固体颗粒物抛光材料可以在使用一段时间后进行再生，大大提高使用寿命，降低成本。

45、3、本发明提供的抛光方案，可以对钛或钛合金件全方位进行充分的抛光，无死角，低能耗，一致性强，无需人工，大幅缩短流程，利于自动化操作，从而解决现有钛或钛合金抛光存在的高污染、高能耗、高不良率、长流程、难以自动化的问题。