一種采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法
【專利摘要】一種采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法，將經(jīng)過去油預(yù)處理的NiTi合金和對電極放入電解液中進行微弧氧化，電源的負向輸出端連接對電極，電源正向輸出端連接夾具接NiTi合金，微弧氧化電源采用恒流制式，電流密度為1-10A/cm2，微弧氧化時控制電解液溫度不高于60℃，微弧氧化處理時間為10-60min。本發(fā)明的優(yōu)點是：該方法采用恒流源對鎳鈦合金表面進行微弧氧化處理，采用Na2SiO3作為微弧氧化液主添加劑，采用NiTi、Al及其合金或Ti及其合金作為連接夾具材料，通過微弧氧化處理可以在NiTi合金表面得到形貌均勻、粗糙多孔、性能良好的氧化物層。
【專利說明】一種采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎳鈦合金的表面處理，特別是一種采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳鈦(NiTi)合金由于具有超彈性、形狀記憶效應(yīng)以及良好的生物相容性，被認為是一種極有發(fā)展前景的生物醫(yī)用材料，廣泛應(yīng)用于牙科中的整畸絲、外科中的骨科修復(fù)器械及心血管支架等。NiTi合金中一般含有50wt%左右的鎳。當(dāng)NiTi合金在人體中長時間使用時可能存在著Ni在體液作用下以Ni離子的形式釋放到人體中的風(fēng)險。Ni離子具有明顯的毒性和致癌力，對相鄰的組織和器官有潛在的損害，參見:l)WeVer，D.J.;Veldhuizenj A.G.; de Vries, J.; Busscherj H.J.; Ugesj D.R.A.; van Horn,J.R.，Electrochemical and surface characterization of a nickel-titaniumalloy.Biomaterials 1998,19 (7-9), 761-769 ;2) Morgan，N.B.，Medical shapememory alloy applications - the market and its products.Materials Scienceand Engineering a~Structural Materials Properties Microstructure andProcessing 2004,378 (1-2) , 16-23 ；3) Shabalovskayaj S.A., Surface, corrosionand biocompatibility aspects of Nitinol as an implant material.Bio-MedicalMaterials and Engineering 2002,12 (11)， 69-109 ；4) Thierry, B.; Winnikj F.M.; Merhij Y.; Silver, J.; Tabrizianj M.，Bioactive coatings of endovascularstents based on polyelectrolyte multilayers.Biomacromolecules 2003，4 (6)，1564-1571 ;5)Cinca，N.; Isalguej A.; Fernandez, J.; Guilemanyj J.M.，Structurecharacterization and wear performance of NiTi thermal sprayed coatings.SmartMaterials & Structures 2010,19 (8) 0
[0003]Ni離子的釋放是從NiTi合金表面開始的，因此必須要對NiTi合金進行表面處理，在NiTi合金表面形成一層惰性的封閉層，從而達到抑制Ni離子釋放的目的。對于需要承擔(dān)負荷的應(yīng)用環(huán)境來說，NiTi合金表面的保護層還需要具有良好的耐蝕性和良好的耐磨性。
[0004]目前對于NiTi合金表面改性的技術(shù)有熱氧化、離子注入、水熱法等，參見:6)Zhaoj H.; Tianj C.-C.; Linj G.-Q.; Ge，Z.-D.; Qij M.; Yang, D.-Z., Formation ofPorous (Ca， P)-doped TiO 2/Dense Ti Double Coatings on NiTi Alloy.MaterialsScience Forum 2011,^7^77, 333_6。這些方法大多能改善NiTi合金的耐蝕性，減緩Ni的釋放。但是涂層的耐磨性很難同步得到改善。另外保護性涂層與基體的結(jié)合力還需要改善。微弧氧化(Micro-arc oxidation, MO,或 plasma electrolytic oxidation, PEO)是一種電化學(xué)表面處理方法，參見:7) Liu，F(xiàn).; Xuj J.L.; Yuj D.Z.; Wang, F.P.;Zhao, L C.，Wear resistance of micro-arc oxidation coatings on biomedicalNiTi alloy.Journal of Alloys and Compounds 2009, 487 (1-2)，391-394 ;8)Abbasi，S.; Golestan1-Fardj F.; Mirhosseinij S.M.M.; Ziaeej A.; Mehrjooj M.，Effectof electrolyte concentration on microstructure and properties of micro arcoxidized hydroxyapatite/titania nanostructured composite.Materials science &engineering.C，Materials for biological applications 2013,33 (5)， 2555-61 ；9) (a) Arslan, E.; Totikj Y.; Demircij E.E.; Efeogluj 1.，Wear and adhesionresistance of duplex coatings deposited on Ti6A14V alloy using MAO and CFUBMS.Surface & Coatings Technology 2013,214, 1-7; (b) Chen, M.A.; Xiao, C.; Li， J.M.，Improvement of corrosion performance of MAO coated AZ31 magnesium alloy bypolypropylene post-treatment.Transactions of the Institute of Metal Finishing2013，外(2)，80-87; (c) Chen, X.; Yanj J.; Gaoj F.; Weij J.; Xuj Z.; Fan, G.，Interaction behaviors at the interface between liquid Al-Si and solid T1-6A1_4Vin ultrasonic-assisted brazing in air.Ultrasonics Sonochemistry 2013，iY? (1)，144-154 ; 10) Durdu，S.; Bayramogluj S.; Demirtasj A.; Ustaj M.; Ucisikj A.H.,Characterization of AZ31 Mg Alloy coated by plasma electrolytic oxidation.Vacuum 2013,88, 130—133 ； 11) Maj Y.; Gong, C.; Wang, X.; Tianj X.; Yang, S.，Inhomogeneity of Micro-arc Oxidation of Irregularly-Shaped Aluminum Blind Pipe.Rare Metal Materials and Engineering 2012, 41, 71-75。利用這種方法可以在金屬表面獲得氧化物涂層。其操作過程類似于陽極氧化，只是其操作電壓更高，微弧氧化時在浸沒在電解液的材料表面產(chǎn)生火花放電，最終使得金屬表面改性形成氧化物層。微弧氧化目前一般應(yīng)用于Al、T1、Mg及其合金的表面改性，在金屬表面獲得高硬度氧化物膜層，極大地提高了金屬耐磨損、耐腐蝕。微弧氧化的過程是把基體金屬轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?。由于氧化物層是基體金屬化學(xué)轉(zhuǎn)化層而不是涂覆在基體金屬上的，微弧氧化獲得的氧化物層與基體具有良好的結(jié)合力。對于Ti合金進行微弧氧化處理以后，Ti合金的耐蝕性大大提高。微弧氧化得到的表面多孔特性有利于細胞附著。
[0005]釆用微弧氧化技術(shù)在NiTi合金表面原生位的長出一層陶瓷膜層，有效的提高植入材料的耐腐蝕和耐磨性能，且表面粗糙多孔有利于細胞附著，增值及長入，提高植入體的生物相容性。近年來對于NiTi的微弧氧化的研究逐漸增多，一般是釆用NaAlO2溶液進行微弧氧化處理，參見:12) Hairui，W.; Fuj L.; Yanpengj Z.; Fupingj W.，Structure,corrosion resistance and apatite-forming ability of NiTi alloy treated bymicro-arc oxidation in concentrated H 2S0 4.Surface & Coatings Technology2Q12,206 (19-20)，4054-9，通過在基體表面沉積Al2O3來獲得絕緣阻擋層，從而誘發(fā)微弧氧化。
[0006]從已有對NiTi合金微弧氧化處理方法來看，一般是采用高壓恒壓源進行維護氧化操作，高壓恒壓源電源成本較高，設(shè)備初始投入較大。另外，目前一般是采用NaAlO2溶液進行微弧氧化處理。這種溶液在外加電場作用下，在陽極表面沉積絕緣層從而引發(fā)微弧過程。由于沉積層不是從NiTi合金 表面自生形成，從而導(dǎo)致微弧氧化層與基體的結(jié)合力弱化。另外NiTi的夾具對于微弧氧化過程的影響沒有報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法，該方法采用Na2SiO3作為微弧氧化電解液主添加劑，對NiTi微弧氧化的夾具材料進行優(yōu)化。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法，將經(jīng)過去油預(yù)處理的NiTi合金和對電極放入電解液中進行微弧氧化，電源的負向輸出端連接對電極，電源正向輸出端連接夾具接NiTi合金，微弧氧化電源采用恒流制式，電流密度為1-lOA/cm2，微弧氧化時控制電解液溫度不高于60°C，微弧氧化處理時間為10-60min。
[0009]所述對電極為不銹鋼片、石墨棒或石墨片。
[0010]所述電解液的主添加劑為Na2SiO3、輔助添加劑為乙酸鈣、次亞磷酸鈉和偏鋁酸鈉中的一種或兩種以上任意比例的組合，電解液溶劑為去離子水，電解液中主添加劑Na2SiO3的濃度為5-60g/L，輔添加劑的濃度為0-10g/L。
[0011]所述連接夾具的材料為NiT1、Al及其合金或Ti及其合金的板材或絲材。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點是:該方法采用恒流源對鎳鈦合金表面進行微弧氧化處理，采用Na2SiO3作為微弧氧化液主添加劑，采用NiT1、A1及其合金或Ti及其合金作為夾具材料，通過微弧氧化處理可以在NiTi合金表面得到形貌均勻、粗糙多孔、性能良好的氧化物層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖為微弧 氧化Ih的樣品表面形貌圖。
【具體實施方式】
[0014]實施例:
一種采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法，將NiTi合金表面預(yù)處理，即經(jīng)去油處理，砂紙打磨后超聲清洗干凈；將經(jīng)過預(yù)處理的NiTi合金和不銹鋼片對電極放入電解液中進行微弧氧化，電解液由硅酸鈉和去離子水組成，硅酸鈉的濃度為28g/L，電源的負向輸出端連接對電極，電源正向輸出端連接夾具接NiTi合金，連接夾具為鋁絲，微弧氧化電源采用恒流制式，電流密度為5 A/cm2，微弧氧化時控制電解液溫度為50°C，微弧氧化處理時間為20min。
[0015]附圖為微弧氧化Ih的樣品表面形貌圖，圖中顯示:樣品表面為坑狀組織，微弧氧化層為Ti的氧化物。檢測表明:微弧氧化后表面硬度比原NiTi合金高出2倍以上。
【權(quán)利要求】
1.一種采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法，其特征在于:將經(jīng)過去油預(yù)處理的NiTi合金和對電極放入電解液中進行微弧氧化，電源的負向輸出端連接對電極，電源正向輸出端連接夾具接NiTi合金，微弧氧化電源采用恒流制式，電流密度為1-lOA/cm2，微弧氧化時控制電解液溫度不高于60℃，微弧氧化處理時間為10_60min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法，其特征在于:所述對電極為不銹鋼片、石墨棒或石墨片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法，其特征在于:所述電解液的主添加劑為Na2SiO3、輔助添加劑為乙酸鈣、次亞磷酸鈉和偏鋁酸鈉中的一種或兩種以上任意比例的組合，電解液溶劑為去離子水，電解液中主添加劑Na2SiO3的濃度為5-60g/L，輔添加劑的濃度為0-10g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用恒流法對鎳鈦合金進行表面微弧氧化處理的方法，其特征在于:所述連接夾具的材料為NiT1、Al及其合金或Ti及其合金的板材或絲材。
【文檔編號】C25D11/34GK103882498SQ201410139801
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】姜訓(xùn)勇, 馮電穩(wěn), 昂亞峰 申請人:天津理工大學(xué)