应用于含铬或钴金属的固体电解抛光材料及方法与流程

本发明涉及金属表面处理，特别涉及应用于含铬或钴金属的固体电解抛光材料及方法。

背景技术：

1、含铬或钴金属由于其较低的价格、较强的稳定性、较高的耐腐蚀性、良好的生物相容性，被广泛应用于医疗植入体中，特别是口腔领域的种植牙中。由于其不含对人体有害的镍元素与铍元素，安全可靠且价格合理的钴铬合金烤瓷牙已成为非贵金属烤瓷的首选。适合大多数牙齿的修复，尤其适合后牙固定桥等固定修复。

2、由于每个人的身体状况不一样，用于医疗植入体的铬钴合金产品往往是通过3d打印制成的，随后通过喷砂、等离子体抛光、电化学抛光、人工粗抛、精抛等一系列工序，达到光洁的亮度后才能被使用。这些繁杂的工序占据产品30％以上的价格成本以及绝大部分的时间成本，大大限制了铬钴合金产品的应用与推广，也不符合环保高效低碳的要求。同时，前期的等离子体抛光、电化学抛光过程产生大量的废气废液，能耗较高；后期的人工粗抛、精抛过程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光亮效果。

3、另外，由于修复后的铬钴合金会长期存在于人体内，因此对其耐腐蚀性、耐磨性的要求很高，添加一定量的钼、钨元素可以大幅提升铬钴钼钨合金的耐腐蚀性、耐磨性能，越来越受到重视。然而这些元素的引入对样件的前处理工艺造成了巨大的困扰，一些现有的等离子体抛光、电化学抛光以及人工抛光都难以达到合适的粗糙程度，工期大幅延长，不良率激增。

4、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。虽然形式上做出了巨大的改变，但是本质与液相电化学抛光无异。cn111032929a、cn113195799a、cn112534088a、cn115038822a系列专利介绍了硫酸、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，提出了导电液体不仅可以起到导电，还可以起到腐蚀氧化金属物的作用，抛光性能得到了一定的提高，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。

5、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(而非酸腐蚀)，利用水或盐溶液来作为电解质，实现了偏中性条件下的固体电解抛光，并获得了较好的抛光效果。但是，目前针对含铬或钴金属这类金属，仍没有一种同时具有快速、低碳、环保和高质量的抛光解决方案。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中含铬或钴金属存在的固体电解抛光技术问题，本发明旨在前期研究的基础上，针对含铬或钴金属这类特殊金属产品，进一步深入优化。为此，本发明的目的之一在于提供一种应用于含铬或钴金属的固体电解抛光材料，本发明的目的之二在于提供这种固体电解抛光材料的制备方法，本发明的目的之三在于提供一种应用该固体电解抛光材料进行含铬或钴金属的固体电解抛光方法。

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应用于含铬或钴金属的固体电解抛光材料，包括多孔固体颗粒物和电解液；

5、所述电解液位于所述多孔固体颗粒物的孔道内部；

6、所述多孔固体颗粒物中具有吸附、络合金属离子的基团；

7、所述电解液的ph值为6～10；

8、所述电解液包括水，或者无机盐和水；

9、所述含铬或钴金属为铬合金、钴合金、铬钴合金或铬钴钼钨合金。

10、在本发明的固体电解抛光材料中，电解液可以起到导电、传输离子的作用。电解液能够调节多孔固体颗粒物的电导率和离子交换速率。

11、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，在与含铬或钴金属轻微碰撞的情况下不会轻易碎掉，可以吸附一定量的水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，促进含铬或钴金属表面的氧化过程。

12、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述固体电解抛光材料中电解液的质量百分比为30％～70％。当所述多孔固体颗粒物的孔道内部完全被电解液填充满，为饱和吸附。

13、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施例，所述固体电解抛光材料中电解液的质量百分比为30％～60％。

14、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施例，所述固体电解抛光材料中电解液的质量百分比为30％～50％。

15、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述电解液包括水，或者无机盐和水。

16、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，当所述电解液包括无机盐和水时，所述无机盐占所述水的质量百分比为0.1％～15％。

17、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，当所述电解液包括无机盐和水时，所述无机盐占所述水的质量百分比为1％～15％。在一些实施例中，当含铬或钴金属为铬钴钼钨合金时，无机盐占水的质量百分比为1％～15％。在一些具体实施例中，当含铬或钴金属为铬钴钼钨合金时，无机盐占水的质量百分比为1％～3％，或者1％～6％，或者3％～6％，或者3％～15％，或者6％～15％。

18、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，当所述电解液包括无机盐和水时，所述无机盐占所述水的质量百分比为3％～15％。在一些实施例中，当含铬或钴金属为铬钴合金时，无机盐占水的质量百分比为3％～15％。

19、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述无机盐包括氯盐、氟盐、硫酸盐、硝酸盐中的至少一种。

20、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施例，所述无机盐包括硫酸钠、硫酸铵、硫酸钾、硫酸锌、氯化钠、硝酸钠中的至少一种。在一些实施例中，当含铬或钴金属为铬钴合金时，无机盐选自硫酸钠、硫酸铵、硫酸钾、氯化钠、硝酸钠中的至少一种。在另一些实施例中，当含铬或钴金属为铬钴钼钨合金时，无机盐选自硫酸钠、硫酸锌中的一种或其组合。

21、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述电解液还包括ph调节剂。

22、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述ph调节剂包括酸性物质或碱性物质。其中，酸性物质可以选自硫酸、盐酸、硝酸或有机酸；碱性物质可以选自氢氧化钠、氢氧化钾或有机胺。酸性或碱性物质可根据不同固体颗粒物进行选择，例如酸性固体颗粒可以选择碱性物质，碱性固体颗粒可以选择酸性物质。最终固体颗粒物中电解液的ph值为6～10。

23、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述电解液的ph值为6.5～8.5。在一些实施例中，当含铬或钴金属为铬钴钼钨合金时，固体电解抛光材料中电解液的ph值为6.5～8.5。

24、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施例，当含铬或钴金属为铬钴钼钨合金，且无机盐选自硫酸锌时，固体电解抛光材料中电解液的ph值为6～7。

25、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述电解液的ph值为7～9。在一些实施例中，当含铬或钴金属为铬钴合金时，固体电解抛光材料中电解液的ph值为7～9。

26、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述多孔固体颗粒物包括具有吸附、络合金属离子基团的离子交换树脂、硅胶、分子筛中的至少一种。

27、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述吸附、络合金属离子基团包括羧基、胺基、羟基中的至少一种。

28、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施方式，所述多孔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。

29、根据本发明所述固体电解抛光材料的一些实施例，所述多孔固体颗粒物为含有cooh/coo-基团的羧酸型丙烯酸离子交换树脂。

30、本发明的第二方面提供了本发明第一方面所述应用于含铬或钴金属的固体电解抛光材料的制备方法，包括以下步骤：

31、将多孔固体颗粒物浸泡在电解液中，待ph稳定后，过滤，晾干，得到所述应用于含铬或钴金属的固体电解抛光材料。

32、通过控制不同的晾干时间，可以控制固体电解抛光材料中的电解液质量含量。

33、根据本发明所述固体电解抛光材料制备方法的一些实施方式，所述晾干的方法为常温晾干。

34、本发明的第三方面提供了一种含铬或钴金属的固体电解抛光方法，包括以下步骤：

35、s1：在电化学抛光装置中，将本发明第一方面所述应用于含铬或钴金属的固体电解抛光材料与所述电化学抛光装置的负极连接，将待抛光的含铬或钴金属与所述电化学抛光装置的正极连接；

36、s2：将电化学抛光装置通电进行电解抛光，电解抛光时所述待抛光的含铬或钴金属与所述固体电解抛光材料发生相对摩擦运动。

37、根据本发明所述固体电解抛光方法的一些实施方式，所述步骤s2中，电解抛光的时间为5min～60min。

38、根据本发明所述固体电解抛光方法的一些实施例，所述步骤s2中，电解抛光的时间为10min～40min。

39、根据本发明所述固体电解抛光方法的一些具体实施例，所述步骤s2中，电解抛光的时间为15min～20min。

40、根据本发明所述固体电解抛光方法的一些实施方式，所述步骤s2中，电解抛光的电压为10v～80v。

41、根据本发明所述固体电解抛光方法的一些实施例，所述步骤s2中，电解抛光的电压为10v～50v。

42、根据本发明所述固体电解抛光方法的一些实施例，所述步骤s2中，电解抛光的电压为20v～40v。

43、根据本发明所述固体电解抛光方法的一些实施方式，所述步骤s2中，相对摩擦运动速率为60r/min～150r/min。

44、根据本发明所述固体电解抛光方法的一些实施例，所述步骤s2中，相对摩擦运动速率为80r/min～120r/min。

45、本发明的有益效果是：

46、将本发明提供的固体电解抛光材料应用于含铬或钴金属的固体电解抛光，可以实现快速、高质量的抛光效果，能够得到具有高亮度和低粗糙度的产品，是一种低碳、环保的抛光方案，具有广阔的市场应用前景。

47、具体来说，本发明具有如下优点：

48、1、固体电解抛光材料使用的电解液为偏中性，与自来水ph接近，无腐蚀性，环境友好且安全性高；

49、2、固体电解抛光材料采用固体颗粒物制成，十分利于运输和后处理；

50、3、固体电解抛光材料在使用一段时间后，可以通过如离子交换等方式进行再生，能大大提高使用寿命，降低成本；

51、4、本发明提供的抛光方案，可以对铬合金、钴合金、铬钴合金、铬钴钼钨合金这些种类的金属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，从而解决现有抛光技术高污染、高能耗、高不良率、长流程、难以自动化的问题。