不引入與鈦及鈦合金基材不一致元素的陽極氧化著色方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鈦及鈦合金領(lǐng)域，具體涉及一種不引入與鈦及鈦合金基材不一致元素 的陽極氧化著色方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于鈦及鈦合金具有高的機(jī)械性能、良好的耐腐蝕性能以及生物惰性等特性故而 引起醫(yī)學(xué)工程技術(shù)、醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)師們及各種專業(yè)的醫(yī)生們對這種新結(jié)構(gòu)材料高度重 視，因此鈦合金廣泛應(yīng)用于牙齒和骨骼的種植體，以及血管內(nèi)支架。
[0003] 但是鈦及鈦合金也有其不足之處，如耐磨性、與其他金屬接觸易發(fā)生接觸腐蝕、 TC4骨科植入物植入人體可能存在有毒的釩離子溶入人體內(nèi)，使其應(yīng)用受到了限制。為了擴(kuò) 大鈦及鈦合金的應(yīng)用范圍，醫(yī)療器械行業(yè)普遍采用表面陽極氧化處理，鈦及鈦合金隨著氧 化膜層厚度的改變，其表面呈現(xiàn)不同的顏色。氧化膜為鈦的氧化物(一般為Ti02)，其硬度高 耐磨性能較好，與其他金屬接觸也不會(huì)發(fā)生接觸腐蝕，同時(shí)由于鈦及鈦合金表面的致密氧 化膜材料內(nèi)的有毒元素也很難溶入人體內(nèi)。
[0004] 目前普遍采用的磷酸或磷酸鹽陽極氧化溶液，其主要缺點(diǎn)是含磷氧化液后期的污 水處理比較困難，即使不使用磷系也會(huì)使用其他添加劑如硅酸鈉、葡萄糖酸鈉等，如此形成 的氧化膜內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生含有如磷、硅、鈉等與鈦及鈦合金原材料不一致的雜質(zhì)元素，此類元素 可能會(huì)對人體產(chǎn)生一定危害，因此為了最大限度保證人體的安全最好是鈦及鈦合金陽極氧 化處理后不引入與原材料不一致的元素。因此開發(fā)一種無磷且氧化后氧化膜不引入與原材 料不一致的元素的陽極氧化新技術(shù)是迫切需要的。
[0005] 眾所周知鈦及鈦合金氧化前的酸洗效果對后續(xù)的氧化效果影響顯著，如氧化膜的 表面光亮度、耐污性能以及顏色的一致性都會(huì)產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的酸洗液如公開號(hào) CN102115902A的中國發(fā)明專利申請給出了一種《一種鈦及鈦合金表面陽極氧化著色的處理 方法》，其酸洗液是氫氟酸和硝酸的混合溶液，其氫氟酸:硝酸:水為1:3:8。該專利中酸洗的 配方是傳統(tǒng)的氫氟酸和硝酸的組合，其很容易去除鈦及鈦合金表面的氧化皮，但是酸洗后 的表面光亮度差，如果是噴砂后的工件很容易產(chǎn)生發(fā)暗現(xiàn)象，因此對于改進(jìn)酸洗工藝對后 期氧化膜形成的至關(guān)重要。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明主要提供了一種不引入與鈦及鈦合金基材不一致元素的陽極氧化著色方 法，最大限度保證植入醫(yī)療器械的安全性，同時(shí)以一種改良的酸洗工藝實(shí)現(xiàn)對各種不同表 面狀態(tài)的鈦及鈦合金進(jìn)行陽極氧化處理并且保證顏色一致性。
[0008] 其具體技術(shù)方案如下:一種不引入與鈦及鈦合金基材不一致元素的陽極氧化著色 方法，其特征在于:包括以下步驟：
[0009] (1)在Micro-90清洗液中超聲波清洗；
[001 0 ] (2)將清洗干凈的鈦及鈦合金置入酸洗溶液中處理；
[0011] (3)將鈦及鈦合金用純化水沖洗干凈；
[0012] (4)將清洗干凈的鈦及鈦合金裝夾在特定的掛具上，將掛具置入陽極氧化著色溶 液中氧化；
[0013] (5)將陽極氧化著色的鈦及鈦合金用純化水沖洗干凈；
[0014] (6)將沖洗干凈的鈦及鈦合金吹干后放入干凈的流轉(zhuǎn)盒內(nèi)流轉(zhuǎn)。
[0015] 優(yōu)選的，所述酸洗溶液包括濃度為30-100mL · I/1的氫氟酸、50-250mL · I/1的硝酸 和50-250mL · L-1的雙氧水。
[0016] 優(yōu)選的，所述陽極氧化著色溶液包括濃度為50_250g · I/1的酒石酸、5_50mL · I/1 的雙氧水、5_50mL · L-1的丙三醇和5-50mL · L-1的乳酸。
[0017] 優(yōu)選的，步驟(1)中超聲波清洗溫度為70-80°C，清洗時(shí)間為lOmin。
[0018] 優(yōu)選的，步驟(2)中在酸洗溶液中處理時(shí)間為0.5-2min。
[0019] 優(yōu)選的，步驟⑷中氧化溫度為15-35°c，電流密度為5-10A · dm-2,電壓為10-100V， 氧化時(shí)間為2_15min。
[0020] 采用上述不引入與鈦及鈦合金基材不一致元素的陽極氧化著色方法，本發(fā)明具有 以下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] (1)本發(fā)明方法制備的氧化膜不引入與鈦及鈦合金基材不一致元素，保證器械的 生物安全性；
[0022] (2)本發(fā)明的陽極氧化溶液不含磷酸或磷酸鹽，氧化溶液只含碳、氫、氧3種元素， 廢水只需簡單處理即可直排；
[0023] (3)本發(fā)明通過改進(jìn)了酸洗工藝，可處理不同表面狀態(tài)（噴砂、拋光、機(jī)加工狀態(tài)） 的鈦及鈦合金，同時(shí)均能得到光亮的氧化膜且能保證顏色的一致性；
[0024] (4)本發(fā)明通過設(shè)定不同的電壓值可以獲得不同顏色的氧化膜，同時(shí)本發(fā)明工藝 步驟少，操作簡單、成本低、無毒環(huán)保對工業(yè)批量生產(chǎn)比較適合；
[0025] (5)本發(fā)明氧化所得氧化膜與基體結(jié)合力比較好，在濕熱滅菌鍋內(nèi)經(jīng)121°C濕熱滅 菌30min，重復(fù)20次，顏色無變化，說明氧化膜環(huán)境耐受力好。
【附圖說明】
[0026] 圖1為實(shí)施例1制備的氧化膜用掃描電子顯微鏡觀察到的表面形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0027] -種鈦及鈦合金的表面光亮陽極氧化著色方法，包括以下步驟：
[0028] (1)在Micro-90清洗液中超聲波清洗lOmin，超聲波清洗溫度為70-80°C;
[0029] (2)將清洗干凈的鈦及鈦合金置入酸洗溶液中處理；
[0030] (3)將鈦及鈦合金用純化水沖洗干凈；
[0031] (4)將清洗干凈的鈦及鈦合金裝夾在特定的掛具上，在15_35°C、電流密度為5-10A · dnf2、電壓為10-100V條件下，將掛具置入陽極氧化著色溶液中氧化2-15min;
[0032] (5)將陽極氧化著色的鈦及鈦合金用純化水沖洗干凈；
[0033] (6)將沖洗干凈的鈦及鈦合金用氣槍吹干后放入干凈的流轉(zhuǎn)盒內(nèi)流轉(zhuǎn)。
[0034] 其中，所述酸洗溶液包括濃度為30-100mL · L-1的氫氟酸、50-250mL · L-1的硝酸和 50-250mL · L-1 的雙氧水。
[0035] 所述陽極氧化著色溶液組成為：50~250g · L-1酒石酸、5~50mL · L-1雙氧水、5~ 50mL · L-1 丙三醇、5~50mL · L-1 乳酸。
[0036] -、具體實(shí)施例 [0037] 實(shí)施例1
[0038]首先在Micro-90清洗液中超聲波清洗lOmin，超聲波清洗溫度為70°C。將除油清洗 后的微型接骨板在常溫條件下置入酸洗溶液內(nèi)腐蝕〇.5min，然后用純化水沖洗干凈。將清 洗后的微型接骨板(TA3)掛持在專用的掛具上做為陽極，不銹鋼作為陰極，在溫度為15°C、 電流密度為10A · dnf2、電壓為35V的陽極氧化溶液中陽極氧化著色2min，然后純化水沖洗干 凈后用氣槍吹干，得到彩色的表面氧化膜。
[0039] 所述酸洗溶液組成為：30mL · L-1的氫氟酸、50mL · L-1的硝酸和50mL · L-1的雙氧 水。
[0040] 所述陽極氧化溶液組成為:50g · L-1的酒石酸、5mL · L-1的雙氧水、5mL · L-1的丙三 醇和5mL · Γ1的乳酸。
[0041 ] 實(shí)施例2
[0042]首先在Micro-90清洗液中超聲波清洗lOmin，超聲波清洗溫度為75°C。將除油清洗 后的微型接骨板在常溫條件下置入酸洗溶液內(nèi)腐蝕lmin，然后用純化水沖洗干凈。將清洗 后的微型接骨板(TA3)掛持在專用的掛具上做為陽極，不銹鋼作為陰極，在溫度為20°C、電 流密度為5A · dnf2、電壓為50V的陽極氧化溶液中陽極氧化著色5min，然后純化水沖洗干凈 后用氣槍吹干，得到彩色的表面氧化膜。
[0043] 所述酸洗溶液組成為:50mL · I/1的氫氟酸、lOOmL · I/1的硝酸和lOOmL · Γ1的雙氧 水。
[0044] 所述陽極氧化溶液組成為：100g · I/1的酒石酸、10mL · I/1的雙氧水、10mL · I/1的 丙三醇和10mL · L-1的乳酸。
[0045] 實(shí)施例3
[0046]首先在Micro-90清洗液中超聲波清洗lOmin，超聲波清洗溫度為80°C。將除油清洗 后的鎖定螺釘(TC4)在常溫條件下置入酸洗溶液內(nèi)腐蝕1.5min，然后用純化水沖洗干凈。將 清洗后的鎖定螺釘(TC4)掛持在專用的掛具上做為陽極，不銹鋼作為陰極，在溫度為25°C、 電流密度為7A · dnf2、電壓為75V的陽極氧化溶液中陽極氧化著色7min，然后純化