一种TC4钛合金表面抛光工艺的制作方法

发明涉及一种tc4钛合金表面抛光工艺，尤其是涉及高质量、高稳定、高镜面、低粗糙度的钛合金电化学抛光液。

背景技术：

1、随着全球航空航天工业的发展、军事和民用工业等领域的需求，钛及钛合金研究和开发技术日趋成熟，其应用也越来越广泛。钛及钛合金能为航空工业、军事、民用工业等领域提供所需要的高性能材料，它已经成为了一种非常重要的金属材料。

2、钛合金依据用途来划分，分为结构钛合金和耐蚀钛合金两大类。

3、本发明所用的实验材料tc4 合金试样是典型的α+β型合金，其中的铝和钒均是钛合金材料中最常用的合金元素。al是α稳定元素，当其含量在小于 7%时，钛合金的强度随着铝含量的上升而增大；当其含量超过 7%时，因生成脆性的ti3al组织而影响钛合金的塑形。所以，钛合金中的al含量通常小于 7%，tc4 合金中的al含量大致是 5.5%~6.8%。tc4 合金中的钒能显著强化β相，不仅能提高tc4 钛合金的强度，还能使其获得良好的塑形。由于tc4 钛合金材料的硬度较低，在使用过程中存在耐磨性差的缺点，导致 tc4钛合金在进行化学机械抛光过程中容易产生粘附现象，抛光难度高，因此本发明采用电化学抛光处理钛合金。

4、电解抛光，又称为电化学抛光，这种抛光技术是利用阳极溶解的工艺方法对金属或者合金材料进行材料去除的精加工工艺，这种抛光技术是一种非接触、无损伤的加工方法。待抛光工件作为阳极电极，连接到电源的正极，工具电极作为阴极电极，连接到电源的负极。当电极之间的电源提供电压时，电解电流流过电解液，电子从阳极表面移动到阴极表面，工件作为阳极发生氧化反应，工件表面的金属原子被氧化成金属阳离子溶解在电解液中，实现对工件的材料去除作用。电解抛光工艺的材料去除量取决于工件材料、电解液组成、ep 时间、温度等，而抛光过程中的电流密度和极压时间主要影响抛光后试件表面表面粗糙度。

5、如cn102312277b公开了一种适用于钛和钛合金电化学抛光电解液及其使用方法，涉及一种电解液。电解液由甲酰胺、乙二醇、氨基磺酸、氯化钠和添加剂组成，甲酰胺为80％～90％，乙二醇为10％～20％，在每升甲酰胺和乙二醇溶液中加入氨基磺酸120～200g、氯化钠1～5g和添加剂0.1～0.5g。将氨基磺酸溶解于甲酰胺中，加入乙二醇、氯化钠和添加剂，混合后即得。使用时将电解液温度稳定在0～10℃；以待抛光的钛或钛合金作为阳极，不锈钢板或钛板作为阴极；将阴极和阳极浸入电解液中，接通电源；将抛光后的样品取出清洗，烘干。不含有传统钛电化学抛光中常用的氢氟酸、铬酸、高氯酸、甲醇、醚类等对人体及环境有毒有害物质。

6、如cn101994148b一种钛及钛合金抛光液，该抛光液包括该抛光液包括乳酸、甲醇、丙三醇、氟的无机盐和光亮剂。本发明的抛光液中不含有氢氟酸，不会产生对人体不利的挥发物质及强烈刺激性气味，是一种环保安全的抛光液，使用本发明的抛光液对钛及钛合金进行抛光，可以使钛及钛合金表面不产生纹路，可以得到镜面光的效果。

技术实现思路

1、基于上述内容，本发明提供了一种tc4钛合金表面抛光工艺，其中抛光工艺使用的抛光液能够显著的提高钛合金的电抛光效果，获得的钛合金表面的粗糙度低，抛光液的抛光稳定性好，抛光粗糙度一致性优良，所述抛光液组合物对钛合金基本上不产生腐蚀，保证了抛光质量，工件表面镜面光滑，呈现一定光泽度。

2、具体而言：

3、一种抛光液组合物，所述抛光液由以下成分组成：酒石酸200-250 mg /l；95-98wt.%硫酸 7.5-10 mg /l；乙醇350-400 mg /l；2-巯基苯丙噻唑4-6 mg /l；咪唑阳离子季铵盐4-6mg /l；

4、低聚壳寡糖1-2mg/l；fe3+金属盐0.5-1mg/l；以及如下结构式的添加剂7-7.5mg /l

5、；

6、余量去离子水；

7、并使用l-苹果酸或氨水调节抛光液的ph≈3-5。

8、抛光液用于钛合金抛光，优选tc4钛合金。

9、一种抛光液组合物的制备方法，包括如下步骤：

10、（1）常温条件下，取适量浓硫酸倒入部分去离子水中，然后加入酒石酸、低聚壳寡糖和fe3+金属盐，搅拌后，获得a液；

11、（2）常温条件下，取适量2-巯基苯丙噻唑、咪唑阳离子季铵盐和添加剂加入乙醇溶剂中，搅拌后，倒入剩余去离子水，搅拌后，获得b液；

12、（3）将b液缓慢倒入a液中，搅拌后，使用ph调节剂调节ph值至指定范围，获得抛光液组合物。

13、所述抛光液用于钛合金的电化学抛光。

14、用于tc4的抛光。

15、一种tc4钛合金表面抛光工艺，包括如下步骤：

16、（1）对tc4钛合金进行表面预处理。

17、（2）以经过表面预处理的tc4钛合金为阳极，不锈钢为阴极，将阴极和阳极浸泡于电解液抛光液中。

18、（3）采用脉冲抛光，电流密度20-30a/dm2，频率为100-200hz，占空比为30-40%，正负脉冲比为4-5:1，，温度为3-7℃，时间为10-15min。

19、（4）取出，乙醇和去离子水依次反复洗涤2-3次，真空干燥，并包装。

20、所述表面预处理包括有机械打磨、脱脂、清洗、干燥处理。

21、所述机械打磨为砂纸或砂轮打磨。

22、所述脱脂使用的脱脂液为磷酸三钠６g/l和碳酸钠10g/l，温度70-75℃，时间为3-5min。

23、所述清洗为去离子水超声清洗。

24、本发明采用抛光液中包括有酒石酸、硫酸、乙醇、2-巯基苯丙噻唑、咪唑阳离子季铵盐、

25、低聚壳寡糖、fe3+金属盐和添加剂，以及如下结构式的添加剂；

26、其中酒石酸和硫酸是电解抛光液的主要成分，在电源调节下促使金属离子的适当溶解，参与阳极工件溶解，与被抛光金属试样的主要元素形成可溶性盐，其中乙醇为有机溶剂，是电化学抛光液不可或缺的组成，但它不直接参与电化学反应，如使用乙醇或者其他有机溶剂改善抛光液的粘度或者其他试剂的溶解效果；然后在其中添加2-巯基苯丙噻唑、咪唑阳离子季铵盐、低聚壳寡糖用于进一步改善电化学的抛光效果，其中添加2-巯基苯丙噻唑可有效防止腐蚀和过腐蚀，具有缓释和络合效果；其中加入低聚壳寡糖即可对抛光样品的光泽度产生较明显的效果；其中添加咪唑阳离子季铵盐可以使金属表面得到更好的整平成效；本发明添加添加可以促进抛光表面的抛光效果，尤其是单位时间内的粗糙度下降明显，镜面效果好；添加金属三价铁盐具有稳定抛光效果的作用，各个试剂相关作用可获得优异技术效果，上述各个试剂对抛光效果的作用仅为推测，并非必然，其中的具体机理还有待进一步的研究。

27、有益技术效果：本发明制备的电化学抛光液

28、（1）本发明电化学抛光液组合物绿色环保，具有很好的安全性和环保性，不含有氢氟酸、铬酸、高氯酸、甲醇、醚类等对人体及环境有毒有害物质。

29、（2）本发明的抛光液中含有多种添加剂2-巯基苯丙噻唑、咪唑阳离子季铵盐、低聚壳寡糖、fe3+金属盐、以及，所述多种添加剂之间相互作用，使得抛光液成分稳定，抛光效果稳定，尤其抛光均匀性高，尤其其中的fe3+金属盐对于抛光稳定性具有直观的影响，其中的对于粗糙度和镜面效果贡献显著。

30、（3）脉冲电源使抛光效果更稳定，工件表面抛光质量好，对应的工作性价比高。