不引入與鈦及鈦合金基材不一致元素的陽(yáng)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(yáng)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(duì)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(yáng)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(yáng)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(duì)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(yáng)極氧 化處理后不引入與原材料不一致的元素。因此開(kāi)發(fā)一種無(wú)磷且氧化后氧化膜不引入與原材 料不一致的元素的陽(yáng)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(duì)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(kāi)號(hào) CN102115902A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)給出了一種《一種鈦及鈦合金表面陽(yáng)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(duì)于改進(jìn)酸洗工藝對(duì)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(yáng)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(duì)各種不同表 面狀態(tài)的鈦及鈦合金進(jìn)行陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極氧化著色溶 液中氧化；
[0013] (5)將陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(jiǎn)單處理即可直排；
[0023] (3)本發(fā)明通過(guò)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(guò)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(jiǎn)單、成本低、無(wú)毒環(huán)保對(duì)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(wú)變化，說(shuō)明氧化膜環(huán)境耐受力好。
【附圖說(shuō)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(yáng)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(yáng)極氧化著色溶液中氧化2-15min;
[0032] (5)將陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極氧化溶液中陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極氧化溶液中陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極氧化溶液中陽(yáng)極氧化著色7min，然后純化