一种抛光液组合物及其制备方法和应用与流程

发明涉及一种抛光液组合物，尤其是涉及一种tc4钛合金电化学抛光的电解液、抛光方法和应用。

背景技术：

1、耐蚀钛合金通常是α单相并添加一定量的固溶强化添加剂和α稳定元素，其产量是全球钛合金总量的 25%。这种类型的合金用于化学、能源、造纸及食品加工工业，还可用于制造高耐蚀性管材、热交换器、阀门外套及容器等元件。而结构钛合金按照组织状态来分类，可分为α型钛合金、α+β型钛合金和β型钛合金三种。

2、α钛合金是指经过退火处理后晶体组织转变为α单相固溶体的合金，这类钛合金中主要含有能使得钛同素异形的转变温度升高的α稳定元素和扩大α相区并且能稳定和强化α相的中性元素。其中，应用最多的α稳定元素是al，加入al后的钛合金熔点下降、β相变温度上升。在中国，α型钛合金是用ta并在其后面加阿拉伯数字来表示的。这类钛合金具有优良的耐高温性能、可焊性和耐腐蚀性，高温钛合金即是以α合金为研发理论基础得到的；但由是α合金热加工性能不好，一般不能对其通过热处理来强化组织。

3、α+β型钛合金是指经过退火处理后晶体组织转变为α+β型固溶体的合金，该合金同时放入了α稳定元素与β稳定元素从而使α相和β相一起获得了加强。β稳定元素在总体上的含量为 4%~6%，这种稳定元素起的作用是形成一定量的β相用以帮助钛合金塑形，同时能够使钛合金在热处理中得到强化。所以说，α+β钛合金具有的特性主要是通过β稳定元素产生的，加入少量β稳定元素就可以得到淬火β相，然后经退火或时效即可使其室温强度提高到1400 兆帕以上。但是目前工业上使用的α+β型钛合金依旧以α相组织为主，另外还有少量β相（通常含量不超过 30%）。

4、β型钛合金是指经过退火处理后晶体组织转变为β单相固溶体的合金，是一种β稳定元素比重较多（＞17%）的钛合金。β稳定元素主要有钼、钒、铌、钽等元素，这类元素能降低β相变温度，扩大β相区并且能稳定和强化β相，β相的相变温度随着β稳定元素含量的升高而下降。在中国，β型钛合金是用tb并在其后面加阿拉伯数字来表示的。目前，工业用的β钛合金室温平衡组织都是为α+β型晶体。但是高温下的β相通过水冷或空冷并一直保持到常温，就可以获得全部由β型晶体构成的金属组织。通过时效处理可显著提高β型钛合金的强度，它是开发高强度钛合金的研究基础。

5、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。

6、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。

7、电化学抛光（electrolytic polishing），是继机械抛光和化学抛光后新兴发展起来并且日渐趋于成熟的一种常用的钛材表面处理技术。该技术不仅可以显著降低钛及钛合金材料表面的显微粗糙程度、提高其表面光亮度，而且抛光过程中没有切削力、热和毛刺，不会产生残余应变层和相变层。

8、电化学抛光设备主要由三部分组成：电源、电解槽以及电极，并且根据具体的应用场合还可以增加加热、冷却等温控装置。抛光电源通常使用经过稳压整流后的直流电源，用以输出恒定的电压和电流；同时目前的抛光电源还可以对其设定抛光时间，抛光输出电流等，能够做到自动控制。电解槽则是用来放置抛光液的，是电化学抛光工作进行的主要平台。电极装置分为阴阳两极，将需要进行抛光的零部件作为阳极，而将其他不溶材料作为阴极，在工作时将两者都浸入电化学抛光液中，接通直流电源则发生阳极溶解，进而实现了零部件的电解抛光。

9、电化学抛光的基本抛光原理是电化学抛光系统在通以一定的抛光电压和电流密度后，阳极工件表面会产生电阻率高的粘性薄膜，在工件表面的不同位置处的薄膜厚度是不尽相同的：表面微观上凸处的地方膜层较薄，电阻较小而电流密度较大，阳极工件溶解速率大；相反，表面微观下凹处的薄膜分布较厚，电阻较大而使阳极工件的溶解速率小于表面上凸处。正是由于这层粘性薄膜厚度及电流密度大小的不一致，使工件表面微观凸处溶解速率大于凹处的溶解速率，并随着工作时间的延长，金属表面粗糙度下降、光亮度提高而实现了抛光。

技术实现思路

1、基于上述内容，本发明提供了一种抛光液组合物及其制备方法和应用，所述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。