一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法

本发明涉及一种钛合金电沉积的活化前处理方法，属于金属表面处理。

背景技术：

1、钛合金具有比强度高、重量轻、耐蚀性好、生物相容性优异、中高温力学性能优异等优点，被广泛应用于航空航天、海洋、汽车和医疗等领域。然而使用时，存在与异种金属接触产生电偶腐蚀、耐磨性差等问题，因此需要在钛合金表面制备镀层或涂层。

2、电沉积是常用于钛合金表面处理的一种电化学表面处理技术，和物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂等表面处理技术相比，电沉积具有方法简单、操作方便、镀层厚度质量易控制、适合复杂形状零件等诸多优点。其中离子液体电沉积铝具有在室温下可进行电沉积、绿色环保等独特优势，在钛合金表面电沉积领域具有广阔的发展前景。

3、但钛合金是一种活性金属，在大气或水等含氧介质中表面极易生成一层致密的氧化膜，这层氧化膜被去除后又极易再形成，而氧化膜的存在会严重影响电沉积层与基体之间的结合力，从而失去其实际价值。因此，电沉积前，去除钛合金表面的氧化膜以及防止再氧化十分重要，这个过程称为“活化前处理”。

4、目前，钛合金表面电沉积前的活化前处理，主要有“浸锌法”和“二次活化法”。“浸锌法”是先通过酸性溶液去除氧化膜，之后通过置换反应在钛合金表面获得薄的锌层，防止钛合金再氧化。例如smolenskaya等人首先用氢氟酸-硝酸-水溶液去除钛合金表面的氧化膜，然后进行浸锌处理，之后水漂洗，再电沉积镍。吴申敏等人首先采用氢氟酸-硝酸溶液去除钛合金表面的氧化膜，然后采用氢氟酸-氟化锌-乙二醇溶液对钛合金进行浸锌处理，之后用水漂洗后化学预镀镍，水洗后再电镀铜。“二次活化法”是先通过酸性溶液去除氧化膜，之后再通过溶液处理获得一层保护膜，该保护膜既可防止钛合金再氧化，同时不也影响后续电镀层的结合力。例如zhang等人用氢氟酸-硝酸-双氧水-水溶液对钛合金表面进行活化去除氧化膜，然后用二甲基甲酰胺-氢氟酸-芳基有机物进行二次活化，在去除氧化膜的钛合金表面生成一层导电的tih2活性膜，水漂洗后电镀镍。专利cn111118563a公开了一种钛合金电镀镍的前处理方法及钛合金电镀镍的方法，其首先采用酸洗溶液对钛合金进行活化去除氧化膜，之后用nabf4-nano3溶液对钛合金进行二次活化，然后水漂洗后预镀镍，最后电镀镍。此外，专利cn104032343a公开了一种新型的钛及钛合金电镀前处理方法，其采用氢氟酸-硝酸溶液对钛合金进行活化去除氧化膜，然后在盐酸溶液对钛合金热浸处理进行活化，之后在酒石酸钾钠溶液中对钛合金浸入处理进行活化，最后水漂洗后再电镀。

5、钛合金离子液体电沉积铝时，电沉积在氩气氛围保护的手套箱内进行，以防止水、氧对镀铝的影响。如果活化前处理采用水溶液体系，则工件必须在水漂洗后彻底干燥，才能进入手套箱，这将导致目前浸锌层或二次活化的钛合金表面重新被氧化，进而影响镀层与基体的结合力。所以现有的钛合金活化前处理方法不适合离子液体镀铝。

6、目前，钛合金离子液体电沉积铝时，采用的是手套箱内电化学活化前处理。通过在氯化-1-甲基-3-乙基咪唑-氯化铝离子液体中对钛合金进行电化学活化前处理，在有效去除钛合金表面氧化膜的同时，可防止其再氧化。专利cn109338429b公开了一种钛合金电镀铝前处理方法，其采用由氯化-1-甲基-3-乙基咪唑-卤化金属盐-有机溶剂混合而成的非水溶液对钛合金表面进行电化学活化前处理，然后用有机溶剂对钛合金进行淋洗干燥后再进行电镀。

7、上述方法虽然可以在钛合金表面得到结合良好的铝镀层，但电化学活化前处理需采用挂镀的方式，一方面，这会导致挂点处无法被活化，影响挂点处镀层的结合力；另一方面，这不适合吊挂困难的细小零件的活化前处理。因此需要寻找一种新的钛合金表面活化前处理方法。

技术实现思路

1、针对现有的钛合金活化前处理不适合离子液体镀铝的问题，本发明利用有机溶剂不含水或只含极微量水、钛合金不易在有机溶剂中被氧化的特点，提供一种化学活化前处理方法来改进现有方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、s1：将钛合金放入化学脱脂溶液中进行超声清洗5min，清洗温度保持在40oc左右，直至脱脂彻底，当漂洗后钛合金的水膜不破便认为脱脂彻底；然后取出并使用去离子水超声漂洗5min，最后用n2吹干；

4、所述s1中，化学脱脂溶液为质量分数为10％的氢氧化钠，1％的五水偏硅酸钠，2％的碳酸钠的水溶液。

5、s2：将s1中吹干后的钛合金浸入活化液中进行室温下的活化，直至钛合金表面均匀且大量产生气泡便认为氧化膜去除彻底，则活化完成；

6、所述s2中，活化液为氢氟酸和硝酸混合的水溶液，其中氢氟酸的体积分数为10％，硝酸的体积分数为30％。

7、所述s2中，活化时间为15s～20s。

8、s3：将s2中活化完成的钛合金取出后立即使用漂洗液进行超声漂洗；

9、所述s3中，漂洗液为有机溶剂，用于去除活化产物和残留的活化液。

10、所述s3中，漂洗时间为15s～60min，漂洗温度为25℃；未进行漂洗或漂洗时间过短会导致镀层结合力太差；时间过长影响效率。

11、s4：将s3中漂洗处理后的钛合金取出后立即放入转移液中，将转移液从手套箱外转移至手套箱内；时间过短，无法实现从大气环境转移到手套箱环境时所需的抽真空及换气操作，时间过长影响效率；

12、所述s4中，转移时间为1.5min～240min。

13、所述s4中，转移液为有机溶剂，用于防止活化后钛合金的再氧化。

14、所述有机溶剂为醇类物质，包括甲醇、乙醇、乙二醇等。

15、s5：由于手套箱内部为惰性气体，因此钛合金在干燥后也不会重新被氧化。因此在手套箱内将转移液内的钛合金取出，接着使用吹风机进行干燥处理，以备后续电沉积，完成化学活化前处理。

16、本发明的有益效果为：

17、本发明通过化学法对钛合金进行化学活化前处理，室温进行，无需通电，没有挂点的影响，适合小零件离子液体镀铝的活化前处理。此外，本发明还具有方法简单、易操作的优势。

技术特征：

1.一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法，其特征在于，所述s1中，化学脱脂溶液为质量分数为10％的氢氧化钠、1％的五水偏硅酸钠、2％的碳酸钠的水溶液。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法，其特征在于，所述s2中，活化液为氢氟酸和硝酸混合的水溶液，其中氢氟酸的体积分数为10％，硝酸的体积分数为30％。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法，其特征在于，所述s2中，活化时间为15s～20s。

5.根据权利要求1所述的一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法，其特征在于，所述s3中，漂洗液为有机溶剂。

6.根据权利要求1所述的一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法，其特征在于，所述s3中，漂洗时间为15s～60min，漂洗温度为25℃。

7.根据权利要求1所述的一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法，其特征在于，所述s4中，转移时间为1.5min～240min。

8.根据权利要求1所述的一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法，其特征在于，所述s4中，转移液为有机溶剂。

9.根据权利要求5或8所述的一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法，其特征在于，所述有机溶剂为醇类物质。

技术总结本发明公开了一种钛合金离子液体电沉积铝的化学活化前处理方法。本发明包括以下步骤：首先，利用化学脱脂溶液对钛合金进行超声脱脂，然后用氢氟酸‑硝酸‑水溶液将钛合金表面氧化膜去除，即进行活化；活化完成后采用有机溶剂进行漂洗，之后在有机溶剂中转移进入手套箱，然后干燥，完成化学活化前处理。其中，有机溶剂漂洗，可以将酸洗产物去除，而有机溶剂转移，可以防止钛合金被重新氧化。由于手套箱内部为惰性气体，因此钛合金在干燥后也不会重新被氧化。本发明通过化学法对钛合金进行化学活化前处理，室温进行，无需通电，没有挂点的影响，适合小零件离子液体镀铝的活化前处理。此外，本发明还具有方法简单、易操作的优势。技术研发人员：凌国平,王祎,李文川受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18