一种镍钛支架的电化学抛光方法与流程

本发明涉及生物医用材料，具体涉及一种镍钛支架的电化学抛光方法。

背景技术：

1、现代医疗行业，镍钛合金的应用越来越广泛，尤其是精细结构镍钛合金支架在介入和植入应用中越来越广泛。镍钛支架在生产过程中，表面处理工艺极为重要，目前比较好的是电化学抛光，能够有效去除毛刺、微观凸起等材料，只进行表面精加工，但是电化学抛光效果依赖于电化学抛光液、电抛光电压、时间等影响因素，若控制不好极易导致加工表面无光泽、麻点、局部腐蚀等现象。而且由于支架是网格状结构，棱角数量特别多，由于尖端放电，镍钛支架工件的棱角处及尖端会出现过腐蚀的问题，极难控制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种表面光滑、光泽度高的镍钛支架的电化学抛光方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：使用激光切割机切割镍钛合金管得到镍钛支架并热定型，对所得镍钛支架进行喷砂处理，在去离子水中超声清洗，烘干；

3、将烘干后的镍钛支架放入电解池中作为阳极，进行电化学抛光，其中抛光液的组分为：70 %磷酸、冰乙酸、乙二醇、聚乙二醇、柠檬酸钠或草酸钠。

4、磷酸和冰乙酸的作用为溶解镍钛支架表面氧化物和提供质子，形成稳定的导电体系；乙二醇和聚乙二醇作用为阳极缓蚀剂，降低电解的速度，并增加体系粘度，提升电化学抛光效果；聚乙二醇能在阴极与溶液界面上定向排列并产生吸附作用，使表面的界面张力降低，增强抛光液与阴极界面的润湿性阴极极化能力，提高沉积层的整平性及润湿性，加入后可以增加阳极离子的分散能力，使晶粒均匀、细致和紧密。柠檬酸钠和草酸钠可提高溶液的导电性，提高电解抛光效果，稳定抛光液的抛光能力。

5、对于镍钛支架的电解抛光而言，难点在于镍钛支架棱角数量特别多，由于尖端放电，镍钛支架工件的棱角处及尖端会出现过腐蚀，极难控制的问题。为了解决上述难题，本发明在电解液中添加聚乙二醇和柠檬酸钠或草酸钠的盐介质，与其他体系相比较，在相同的电压下，本技术中的体系电解速度较慢，但更均匀，使得电解抛光更温和一些，抛光过程更容易控制，防止镍钛支架工件的棱角处及尖端会出现过腐蚀的问题。

6、其电解抛光原理为，在一定条件下，金属阳极的溶解速率快于从阳极表面到电解质的溶解产物的扩散速率，因此溶解产物积聚在电极表面上并形成一层粘性薄膜。这层粘膜的电阻大于电解质的电阻，它可以溶解在电解质中。其沿阳极表面的分布不均匀，表面微凸处粘膜的厚度小于凹陷处的厚度，这导致凸起部分的电阻较小，从而导致电流集中。与微凹处相比，微凸处的电流密度较大，电位增大，使氧气容易析出，有利于粘膜的溶解和扩散，加速金属的溶解。微凸部分，随着电解抛光时间的延长，阳极表面上的微凸处逐渐变平，使整个支架表面变得平整光亮。

7、本发明通过磷酸、冰乙酸、乙二醇、聚乙二醇四者以特定的比例进行配合使用，可以有效控制金属阳极(镍钛合金支架)的溶解速率，以及从阳极表面到电解质的扩散速率，并使溶解产物积聚在电极表面上并形成一层粘性薄膜，使表面微凸处粘膜的厚度与凹陷处的厚度达到平衡，氧气容易析出，利于粘膜的溶解和扩散，加速金属的溶解。随着电解抛光时间的延长，阳极表面上的凸处逐渐变平，使整个支架表面变得平整光亮，最终完成镍钛合金支架的抛光处理，提高产品的合格率。

8、作为本发明的优选方案，磷酸、冰乙酸、乙二醇体积比为1:（5～10）:（1～2），分子量为1000的聚乙二醇添加量为乙二醇质量的40 %～60%，每配制250 ml电解抛光液，添加量为0.8g～1.2 g的柠檬酸钠或草酸钠。通过大量实验得出，由上述组分形成的抛光液，抛光效果最好。

9、电化学抛光的能量来源于直流稳压电源。在电能的作用下，金属离子以及非金属离子在阴阳极间移动形成加工电流，促使阳极表面整平。电能高促进阳极凸处金属的溶解，但电压过高时，会造成阳极表面无光泽、出现麻点等过腐蚀现象，会严重影响阳极抛光表面，因此需要控制输入电能，因此镍钛支架电解条件为：电压15v～35v。电化学抛光过程中，抛光温度也是影响抛光后表面质量的重要因素，合适的抛光温度能够有效地减小电阻率，加快溶液中离子的移动速度，提高抛光效率。但是当抛光温度过低时，导致抛光液的粘度增大，离子移动变慢，抛光液的循环速度降低，不利于抛光效果；当抛光温度过高时，离子移动过快，会导致抛光反应剧烈，容易导致过腐蚀的现象。因此，通过对比试验选择合适的抛光温度10℃～25℃，阴阳极间距6cm～12cm，抛光时间5min～10min且每隔1min更换镍钛支架的方向，保证镍钛支架的抛光效果。

10、造成镍钛支架工件的棱角处及尖端过腐蚀的原因主要为电场浓度效应和电流密度不均匀，为了避免电流密度不均，所以制作阳极工装用以支撑起镍钛支架，阳极工装与镍钛支架全面接触，使电流均匀流经镍钛支架所有棱边。参阅图2，所述的阳极工装包括空心管状的主体，主体的上部设置有弧形过渡部，可以引导镍钛支架顺滑的套在主体外周上，所述的弧形过渡部包括多根弧形杆，多根弧形杆的下端在主体上端间隔布置、上端逐渐收拢并连接为一体，弧形过渡部的上端中心位置处向上凸伸设置有导电杆，方便电极夹夹持通电。

11、导电杆的截面为扁平状结构，便于电极夹夹紧，弧形杆在主体周向均匀、间隔设置有6～8根，保证镍钛支架套接的顺滑性。

12、为了避免电场浓度效应，使用定位工装，确定阴极和阳极距离，探索好合适的距离条件后，固定位置，保证工艺稳定性。同时使用磁力搅拌，使整个电解液体系保持均匀的状态。阴极和阳极之间通过定位工装进行固定，参阅图3，阴极和阳极之间通过定位工装进行固定，所述的定位工装整体呈滑槽状，滑槽的底板的一端开设有固定孔，底板的中部开设有供阴极电极插入的阴极孔，阴极孔另一端的板面上开设有条形孔，条形孔的长度方向与底板的长度方向一致，滑块嵌于条形孔对应的滑槽内并构成直线滑动配合，滑块上开设有供阳极电极插入的阳极孔。通过调整滑块在条形孔内滑动，来调节阳极和阴极之间的距离。

13、为了便于观察距离的具体数值，所述的条形孔旁侧的板面上还刻有刻度，滑块与条形孔之间自锁定。

14、为了进一步稳定各部件之间的相对位置，所述的固定孔、阴极孔以及阳极孔的形状为非圆形，防止部件之间发生转动，保证工艺的稳定性。

15、阴极的形状、大小、材料性能以及它与阳极工件之间的位置等因素均会直接影响电抛光工艺的效果。选择阴极材料应该有以下几特点：具有较好的导电性；在抛光液中具有较好的耐腐蚀性；抛光过程中不易钝化；成本低易制造而且机械强度高。本发明中阴极为筒状结构围设在镍钛支架的外周，且桶壁上开设有排气孔，排气孔呈阵列状排布。由于阴极筒腔内的电解液受阴极的隔离，流动性相对较低，阴极筒腔内外的电解液存在流速差，通过流速差使阴极筒腔内外形成压力差；在搅拌过程中受离心力影响，气泡与工件分离，并自阴极筒腔内通过排气孔排至阴极筒腔外，通过排气孔时在压力差的影响下气泡破裂向外排出。

16、阳极工装为铂、钛或铂铱合金材料，具有优异的导电性能。定位工装为pom或ptfe材料，这类材料强度高、绝缘性好。

17、上述方案中，通过磷酸、冰乙酸、乙二醇、聚乙二醇四者以特定的比例进行配合使用，可以有效控制镍钛合金支架的溶解速率，以及从阳极表面到电解质的扩散速率，并使溶解产物积聚在电极表面上并形成一层粘性薄膜，使表面微凸处粘膜的厚度与凹陷处的厚度达到平衡，氧气容易析出，利于粘膜的溶解和扩散，加速金属的溶解。随着电解抛光时间的延长，阳极表面上的凸处逐渐变平，使整个支架表面变得平整光亮，最终完成镍钛合金支架的抛光处理，提高产品的合格率。本发明在电解液中添加聚乙二醇和柠檬酸钠或草酸钠的盐介质，与其他体系相比较，在相同的电压下，这个体系电解速度较慢，但更均匀，使得电解抛光更温和一些，抛光过程更容易控制，防止镍钛支架工件的棱角处及尖端会出现过腐蚀的问题。