钛阳极氧化是一种通过电流操纵钛表面氧化层的电解加工工艺。钛形成电解槽的阳极(正极);因此被称为“阳极氧化”
阳极氧化在国内外有着悠久的历史航空航天1923年,它首次被用于保护英国水上飞机部件免受海水腐蚀。航空航天公司今天继续使用阳极氧化工艺来保护金属免受老化、磨损和腐蚀的影响。
的医疗设备工业上也广泛使用钛阳极化工艺,因为阳极化的钛部件无毒,适用于生物医学应用,如骨科植入物。
视频:钛阳极氧化系统
钛阳极氧化的类型
钛阳极氧化有两种常用类型:2型和3型.1型则不常见,用于专门的高温治疗。
2型钛阳极氧化
2型主要用于磨损:它保护金属表面免受磨损的影响。当未经处理的钛部件相互摩擦时,它们会产生钛尘——这在骨科植入物中是不理想的结果。2型阳极氧化提供了耐磨表面,并有助于防止在滑动的钛表面之间卡住或摩擦。
减少的摩擦力,或不稳定通过改善关节的灵活性,2型阳极氧化钛还有助于骨科植入物的患者。
对于大多数2型钛阳极氧化线,AMS 2488是适用的规范。SAE International是航空航天标准组织,是ii型车规范的管理机构,该规范最后一次修订是在2019年。
对于航空航天应用,2型阳极化零件与飞机流体兼容,可承受-70°F至260°F范围内的极端温度。2型阳极化钛可抵抗暴露在盐水和湿度下的腐蚀。
2型阳极氧化钛零件为独特的灰色。这使得它们很容易与不锈钢或彩色阳极氧化钛区分开来。
在这张牙科植入物硬件的照片中,中间的螺钉有一个2型阳极氧化钛表面。
3型钛阳极氧化-彩色钛
3型钛阳极氧化又称钛彩色阳极氧化。3型彩色阳极氧化广泛应用于医学领域,可以快速直观地识别零件。例如,一个骨科医生在手术过程中可以简单地要求一个蓝色的骨螺钉,而不需要指定12毫米长的螺钉。
另一个彩色编码帮助医生和内科医生的例子是骨科医生用来治疗创伤性骨折的骨固定板。这些骨固定板有不同颜色的钻导,以显示左右板的解剖差异。
3型钛彩色阳极氧化在航空航天工业中不太常见,但有时用于复杂装配件的快速视觉识别。
除了医疗器械和航空航天产业,3型彩色钛还用于珠宝制造业。
钛颜色表
与2型相比,3型钛彩色阳极氧化缺乏一个全面的工业规范。AMS 2488并不解决彩色阳极氧化,并且没有行业范围的标准来定义类型3光谱中的特定颜色。这使得从一批零件到另一批零件的颜色匹配成为一个真正的挑战。
3型钛彩色阳极氧化缺乏标准意味着制造商必须从头开始建立自己的工艺验证,而不是从行业规范提供的框架开始。金博宝188亚洲体育Best Technology的工艺设备专家为安装新型3型钛阳极氧化线的制造商提供工艺验证咨询服务。
2型和3型钛阳极氧化之间的关键区别
类型2明显不同于类型3钛阳极氧化。
2型 | 3型 | |
主要好处 | 避免金属表面之间的摩擦 | 提供零件的快速视觉识别 |
规格 | AMS 2488 | 未定义 |
用于医疗设备植入的生物相容性 | 是的 | 是的 |
提高耐磨性 | 是的 | 没有 |
抗磨损/增加润滑性 | 是的 | 一些 |
颜色 | 灰色的 | 各种各样的颜色。 典型的范围包括:
|
钛色阳极氧化设备及槽
钛如何进行阳极氧化?
阳极氧化是一种电化学过程,它利用电和化学来操纵钛的氧化层。将用作阳极(正极)的钛部件浸入电解质水溶液中,例如磷酸三钠(TSP)或各种盐。当施加电流时,水分子会发生水解分解成氢和氧。电势迫使氧气进入钛表面,加入到氧化钛薄层中。最终感知到的颜色取决于氧化层的厚度,这可以通过改变电压和浸泡时间来调整。
钛色阳极氧化是如何工作的?
阳极氧化机操纵钛表面的氧化层,以产生“颜色错觉”。氧化钛层由于干涉现象而产生颜色感,类似于棱镜。光从氧化层和底层的钛以不同的角度反射,这些反射会相互干扰。某些波长的光相互抵消或合并,因此剩余的光被认为是颜色。与铝阳极氧化不同,不需要染料来产生颜色感知,从而增加了成品的生物医学安全性。
当氧气与钛表面发生反应时,钛表面会自然形成氧化层。这个氧化过程与许多元素一起自然发生,薄薄的氧化物保护层有助于防止它与空气或水的进一步反应。
当它第一次形成时,氧化层大约是1-2纳米厚(10-20埃),但它将继续在露天生长。在没有阳极氧化的情况下,氧化层通常可以长到20-25纳米(200-250埃)。
然而,在彩色钛阳极氧化中,氧化层的厚度被增加和操纵。例如,铜色——钛色光谱中最薄的色层——可以通过将氧化层的厚度增加到大约300到350埃来实现。在钛色光谱的另一端,绿色——最厚的颜色层——可以在氧化层厚度为500到550埃时实现。
由于氧化钛层的整个颜色范围在250亿分之一米(一纳米是10亿分之一米)以内,因此该工艺需要仔细的精度和高质量的阳极氧化设备才能达到最佳效果也就不足为奇了。
需要注意的是,并非每种颜色都能通过钛阳极氧化产生。特别是,由于光学干涉现象的物理原因,红色阳极氧化钛是不可能的。最接近红色的可用颜色是洋红、玫瑰(红紫色)或紫色。
如何做3型彩色钛阳极氧化
化学
在3型彩色阳极氧化中,钛部件浸入电解液中。最常见的化学方法是使用磷酸三钠(TSP),形成碱性溶液;然而,有许多选择。这种化学作用是为电解过程提供离子,但它并不直接影响钛的表面。
电
电学部分的阳极氧化过程需要专门的整流器,一种将交流电转换成直流电的电气设备。整流器允许你调节电压到你指定的水平,并控制安培。
在钛阳极氧化中电压决定了颜色。彩色钛阳极氧化的电压范围在15到110伏之间。一个青铜色,与最薄的氧化层,可以达到约16伏。一种绿色,带有最厚的氧化层,可以在106伏特电压下实现。
相比之下,安培数规定所需的时间。通过增加安培数,氧化层形成得更快。但是增加的安培带着颜色输出不一致的风险,因为它可能很难阻止氧化层在正确的颜色积聚。产品尺寸驱动安培;通常,产品越大,使用的安培数就越多。
钛阳极氧化设备的工艺步骤
金博宝188亚洲体育Best Technology及其合作伙伴开发了定制的溶液和电解质化学混合物,大大提高了该工艺的生产效率,这是业内其他任何人都无法提供的。钛阳极氧化生产线的化学成分包括清洁和电化学电解质。
对于想要自行进行钛彩色阳极氧化并建立自己的Type 3彩色阳极氧化生产线的制造商来说,这里有一个流程步骤的例子:
- 高碱清洗-在高碱性清洗剂中进行常规洗涤,确保去除任何有机物。有机物会阻碍阳极氧化准备步骤,使颜色不均匀、一致。
- 冷水冲洗—确保部件上已除去碱性洗涤剂。建议执行188app彩票 . (水应将零件覆盖,而不是珠子脱落。珠子脱落意味着零件上仍有油或油脂,将导致阳极氧化失败。)
- 热洗净
- 阳极电镀准备–制备钛表面以接受氧化层是该工艺最重要的步骤。为了获得一致的颜色,氧化层必须均匀分布在零件的整个表面。制备化学有许多不同的选择,例如:
- 硝酸和氢氟酸
- 硝酸
- 盐酸等。
- 冷水冲洗
- 碱性中和
- 冷水冲洗
- 阳极电镀过程-磷酸三钠(TSP)
- 冷水冲洗
- 热洗净
彩色钛阳极氧化如何获得最佳效果
表面处理,也称为阳极氧化准备,是实现钛颜色一致的关键。钛表面必须以支持氧化层均匀分布的方式制备。阳极氧化准备需要去除一层薄的材料,为彩色阳极氧化创造一个统一的表面。钛的等级决定了预备的水平;纯钛(如2级)比钛合金(如5级钛合金6AI-4V)需要更强的表面处理。
在表面处理后,时间是至关重要的。阳极氧化过程应在阳极氧化准备后立即进行。否则,在暴露于氧气(空气、水)的6-8小时内,氧化层将在阳极氧化之外形成。在氧化层已经形成之后对零件进行阳极氧化,会产生不理想的斑点颜色图案。
表面光洁度是影响颜色外观的最大因素之一。如果零件加工不好,一些表面区域会变得加工硬化或弄脏。通电后,加工硬化或涂抹区域会减慢电流,由此产生的颜色不一致和不和谐。例如,钛部分可能有紫红色带有金色斑点,或蓝色带有青铜斑点。
表面光洁度也决定了最后颜色的亮度。换句话说,如果钛部件在阳极氧化前进行了喷砂处理,则阳极氧化后的成品部件将继续呈现亚光外观。与2型不同,钛色阳极氧化过程不影响表面光洁度的光辉。
从彩色钛阳极氧化错误中恢复
因为阳极氧化涉及操纵钛上的氧化层,用高碱性清洁剂可以很容易地剥离氧化层。这使得它相对容易从错误的颜色阳极氧化恢复。为了从以下类型的问题中恢复,用高碱性清洗剂去除氧化层,然后重复阳极氧化准备和阳极氧化过程。
- 过阳极氧化:例如,如果部分达到品红颜色,但打算是金色。
- 由于阳极处理和阳极处理之间的延迟,颜色不协调或有斑点。
在彩色钛阳极氧化设备中加工零件,有助于控制工艺,使钛颜色一致。
钛阳极氧化设备
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