鈦及鈦合金陽極氧化膜 編制說明

1《鈦及鈦合金陽極氧化膜》根據(jù)國標(biāo)委《國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2022年第二批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)劃的通知》(國標(biāo)委發(fā)[2022]22號(hào)）文件的要求，由西北有色金屬研究院、西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司、寶鈦集團(tuán)有限公司、西安莊信新材料科技有限公司負(fù)責(zé)制定推當(dāng)今膜材料的綠色、低碳制備技術(shù)及新型膜材料的開發(fā)已成為國內(nèi)外研究及關(guān)注的熱點(diǎn)及重點(diǎn)，成為我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一?！吨袊圃?025》和《面向2030年的中國制造業(yè)》將新材料產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一，認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Σ?duì)未來發(fā)展有著巨大影響的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。為積極響應(yīng)碳達(dá)峰、碳中和的國家戰(zhàn)略布局，有效解決能源短缺及環(huán)境污染的嚴(yán)峻問題，推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)可持續(xù)發(fā)展，大力發(fā)展新型膜材料成為解決上述問題的有效舉措。圍繞新型膜材料與技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南的通知》，加快發(fā)展新材料，對(duì)支撐產(chǎn)業(yè)升級(jí)、建設(shè)制造強(qiáng)國具有重要戰(zhàn)略意義。九部委聯(lián)合印發(fā)的《新材料標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動(dòng)計(jì)劃》中，明確要求建立新材料等領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)，加快構(gòu)建新材料產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，提升新材料的產(chǎn)品附加值和產(chǎn)業(yè)競爭力。加快推進(jìn)新型膜材料產(chǎn)業(yè)研究成為大勢所趨，有著廣闊的鈦合金具有重量輕、強(qiáng)度高、防銹能力好的性能，使用量僅次于鐵與鋁，廣泛應(yīng)用于宇耐磨損性能差，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能低。因此國內(nèi)外研究人員大多對(duì)其進(jìn)行陽極氧化，使其各方面性能有所提高。鈦合金通過陽極氧化獲得的薄膜色澤鮮艷、外表光亮，不僅大大提高了鈦合金的外觀狀態(tài)和材料的生物相容性，而且提高了鈦基材料在使用環(huán)境下的耐腐蝕性、耐磨性以及循環(huán)疲勞抗力，使其具有使用價(jià)值和美學(xué)價(jià)值。因此，對(duì)鈦及鈦合金表面處理進(jìn)行制造升級(jí)，促進(jìn)綠色處理技術(shù)的發(fā)展成為一個(gè)必然。本標(biāo)準(zhǔn)以提升鈦產(chǎn)品工業(yè)發(fā)展質(zhì)量和效益2為核心，致力于提高鈦及鈦合金陽極氧化膜產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性、穩(wěn)定性、一致性水平，增加高性能、功能化、差別化產(chǎn)品的有效供給，帶動(dòng)原材料工業(yè)質(zhì)量品牌整體提升，為制造業(yè)高鈦合金陽極氧化膜的顏色在生產(chǎn)中是可控制的，陽極氧化處理過程中的電化學(xué)反應(yīng)是：Ti→Ti2+→Ti3+→TiO2，其中溫度、電解液的成分和濃度、氧化時(shí)間及電流密度等實(shí)驗(yàn)因素對(duì)國內(nèi)外研究人員在鈦合金陽極氧化膜方面進(jìn)行了大量的研究。沈陽理工大學(xué)研究了電壓對(duì)鈦合金氧化膜的影響，結(jié)果表明電壓是決定膜層顏色的主要因素，不同的電壓可以獲得不同顏色的膜層。北京航空航天大學(xué)于2006年開發(fā)出基于酒石酸銨體系的鈦合金堿性陽極氧化工藝，2009年開發(fā)出基于草酸鈉體系的鈦合金堿性陽極氧化方法。上述兩種堿性陽極氧化方法可在較低的能耗、不發(fā)生火花放電狀態(tài)的情況下，在鈦及鈦合金表面快速生成一層光滑、均勻、致密且較厚的陽極氧化膜，且在無氟堿性草酸鈉體系中進(jìn)行陽極氧化，具有環(huán)保綠色的特點(diǎn)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)于2010年利用微弧氧化的方法，開發(fā)出具有良好生物相容性的氧化鈦膜。昆明冶金研究院于2013年報(bào)導(dǎo)了采用脈沖恒壓的控制方式，利用TiO2膜層在堿性電解得色澤光亮、均勻的陽極氧化膜。該方法所用的陽極氧化電解液屬堿性且成分簡單，對(duì)環(huán)境污染少；可根據(jù)需要采用不同電壓和PH值調(diào)整膜層厚紫色、墨綠色等顏色的樣品，色澤光亮，同時(shí)能顯著提高鈦及鈦合金堿性表面硬度和耐磨性能。蘭州理工大學(xué)2011年開發(fā)出一種將鈦及鈦合金置于堿性電解液中進(jìn)行等離子體電解氧化處理的方法，最終在鈦及鈦合金工件表面獲得硬度高、耐蝕、抗磨、減磨的綜合性能優(yōu)異的鈦及鈦合金陽極氧化膜在國外已形成系列產(chǎn)品，美國以美國膜層與復(fù)合材料為代表的公司，每年約有1億美金的產(chǎn)值，形成了系列化的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的檢驗(yàn)規(guī)范，如AMS2488標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)西北有色金屬研究院、北京航空航天大學(xué)、昆明冶金研究院、蘭州理工大學(xué)、洪都航空等單位均已開展了鈦及鈦合金陽極氧化研究，西安賽隆在西北有色金屬研究院的技術(shù)支西北有色金屬研究院是金屬多孔材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托單位，是國內(nèi)最早進(jìn)行氧化鈦致密/多孔膜材料研究的單位之一。從上世紀(jì)80年代3堿性陽極氧化處理的研究和生產(chǎn)，目前已經(jīng)初步建成了鈦合金堿性陽極氧化生產(chǎn)線，取得了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)了多項(xiàng)新產(chǎn)品，尤其在耐磨、致密均勻氧化鈦膜層制備研究方面的水平達(dá)到了國際先進(jìn)水平，取得了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制備技術(shù)，獲得國家授權(quán)合金性能、氧化鈦膜層性能和耐磨性能測試的全套鈦及鈦合金堿性陽極氧化鈦膜性能檢測平2488不同；而HB/Z347-2002、QJ2854-1996等標(biāo)準(zhǔn)近年沒有進(jìn)一步修訂，且無法覆蓋功能膜層復(fù)雜的產(chǎn)品分類與技術(shù)規(guī)定。本項(xiàng)目涉及的大多數(shù)制品均已研制多年，大多數(shù)已突破了技目前，國內(nèi)外在鈦及鈦合金陽極氧化膜制備及其應(yīng)用技術(shù)方面也展開了大量研究，已成然而，由于我國的鈦合金陽極氧化膜還沒有產(chǎn)品質(zhì)量檢測和驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于鈦合金產(chǎn)品要求的陽極氧化膜厚度較薄，檢測方法和檢測中的誤差對(duì)檢測結(jié)果有較大的影響。因此，本標(biāo)準(zhǔn)將綜合考慮國內(nèi)外鈦及鈦合金陽極氧化膜材料的發(fā)展現(xiàn)狀及前瞻性，通過建立4通過本標(biāo)準(zhǔn)的研究，將有效提高鈦及鈦合金陽極氧化膜材料質(zhì)量均一性，增強(qiáng)我國鈦及鈦合同時(shí)本標(biāo)準(zhǔn)的制定能夠有效的對(duì)鈦及鈦合金陽極氧化膜的生產(chǎn)、檢驗(yàn)、包裝等活動(dòng)進(jìn)行規(guī)范，有利于提高鈦及鈦合金陽極氧化膜的產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)鈦及鈦合金陽極氧化膜的市場應(yīng)用。針對(duì)不同領(lǐng)域?qū)︹伡扳伜辖痍枠O氧化膜的應(yīng)用要求，對(duì)鈦及鈦合金陽極氧化膜的厚度及物理等性能進(jìn)行了規(guī)定，以解決當(dāng)前鈦及鈦合金陽極氧60年代國家在三線重點(diǎn)投資建設(shè)的稀有金屬材料研究基地和行業(yè)開西省管理。2015年，西北院被省委省政府作為“一院一所”模式在全省乃至全國范圍內(nèi)示范推包括14個(gè)研究所和中心、多個(gè)國家級(jí)、省級(jí)的中試創(chuàng)新平臺(tái)，并陸難熔金屬材料、生物醫(yī)用材料、貴金屬材料等多個(gè)種類近萬種規(guī)格。西北院本部現(xiàn)有正式職工程院院士2人，獲得國家“萬人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才、全國創(chuàng)新爭優(yōu)獎(jiǎng)狀獲得者、新世紀(jì)百千萬人才工程國家級(jí)人選、國務(wù)院特殊津貼專家等國家級(jí)榮譽(yù)稱號(hào)的高層次人才等國家、省級(jí)榮西北院圍繞提高稀有金屬的抗高溫氧化、耐腐蝕、耐磨擦等性能開展工作。擁有一支理論水平高、技術(shù)能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理的研究隊(duì)伍，為我國的相關(guān)工業(yè)做出了貢獻(xiàn)。在鈮合金火鉭鎢合金的抗高溫氧化涂層、鉬合金表面的定向鎢涂層、稀有金屬表面微弧氧化涂層、C/C復(fù)合材料和石墨表面的金屬化層等方面的研究均取得了重要成果。在鈦的表面加工方面開展了鏡面加工和氧化工藝的研究。在產(chǎn)業(yè)方面研制的鈦陽極，已形成了陰極保護(hù)用陽極、氯堿5科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)4項(xiàng)，冶金部工業(yè)學(xué)大慶科研成果獎(jiǎng)2項(xiàng)，省、部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)8項(xiàng)，三等西北院從上世紀(jì)80年代開始致力于航空航天以及民用領(lǐng)域鈦及鈦合金堿性陽極氧化處理的研究和生產(chǎn)，近年來相繼獲得國家自然基金“鈦鈮合金堿性表面具有微納級(jí)次結(jié)構(gòu)暴露高有序陣列的摻雜研究（50902115）”以及“的研發(fā)、中試生產(chǎn)線，取得了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)了多項(xiàng)新產(chǎn)品，尤其在耐磨、致密均勻氧化鈦膜層制備研究方面的水平達(dá)到了國際先進(jìn)水平，取得了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制備技術(shù)，獲得國家授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)，形成了一支專業(yè)從事鈦及鈦合金陽極氧化膜生產(chǎn)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。已建成包括鈦及鈦合金性能、氧化鈦膜層性能和耐磨性能測試的全套鈦及鈦合金堿性陽極氧化鈦膜性能檢測平臺(tái)。同時(shí)西北有色金屬研究院在鈦及鈦合金產(chǎn)品以及性能檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定備為了豐富的標(biāo)準(zhǔn)制定經(jīng)驗(yàn)，為本標(biāo)準(zhǔn)的開展西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司具有全套的鈦及鈦合金陽極氧化膜的生產(chǎn)設(shè)備，且人員西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司、寶鈦集團(tuán)有限公司、西安莊信新材料科技有限公司、西安泰金新能科技股份有限公司積極參與本標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研工作；西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司提供了本單位相應(yīng)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)報(bào)告，為標(biāo)準(zhǔn)的編制提供了大量的鈦及鈦合金陽極氧化膜產(chǎn)品數(shù)據(jù)；寶鈦集團(tuán)有限公司，西安莊信新材料科技有限公司為本標(biāo)準(zhǔn)提供了技術(shù)支持以及部分產(chǎn)品的檢測數(shù)據(jù)、驗(yàn)證等工作。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)參與單位針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的討論稿、征求意見稿、6預(yù)審稿等提出修改意見，確保產(chǎn)品的指標(biāo)能夠色金屬研究院、西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司、寶鈦集團(tuán)有限公司、西安莊信新材料科技有限公司、西安泰金新能科技股份有限公司等單位參加了會(huì)議，會(huì)議對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行了任務(wù)落西北有色金屬研究院在接到項(xiàng)目下達(dá)的任務(wù)后立即與參編單位成立標(biāo)準(zhǔn)編制工作組，對(duì)目標(biāo)任務(wù)進(jìn)行了分解，明確成員的任務(wù)要求，制定工作計(jì)劃和進(jìn)度安排。由于該標(biāo)準(zhǔn)為首次制定，項(xiàng)目運(yùn)行以來，工作組成員查閱了大量的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，收集、整理、對(duì)比分析了相關(guān)企業(yè)的技術(shù)資料，同時(shí)也對(duì)本單位內(nèi)部生產(chǎn)的鈦及鈦合金陽極氧化膜相關(guān)產(chǎn)品檢測分析報(bào)告、用戶使用狀況等進(jìn)行了相關(guān)資料的收集整理；對(duì)國內(nèi)從事鈦及鈦合金陽極氧化膜并對(duì)相應(yīng)結(jié)果進(jìn)行匯總、分析。結(jié)合調(diào)研情況和近年來在鈦及鈦合金陽極氧化膜的生產(chǎn)制造在標(biāo)準(zhǔn)編制工作組內(nèi)部進(jìn)行了多次交流，廣泛征求意見，對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)討論稿進(jìn)行了認(rèn)真的修改二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定主要內(nèi)容的論據(jù)遵循滿足市場需求、技術(shù)內(nèi)容合理、檢測方法可行的原則，既能夠反映國內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平，便于生產(chǎn)，又提高可操作性，便于應(yīng)用。其技術(shù)要求中技術(shù)指標(biāo)取值范圍根據(jù)相關(guān)企業(yè)技術(shù)發(fā)展水平及測試數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。本標(biāo)準(zhǔn)符合鈦及鈦合金陽極氧化膜行業(yè)的市場應(yīng)用2.2確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)鈦及鈦合金廣泛應(yīng)用于航空航天、石油鉆采等領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榱诉_(dá)到提高耐磨性、隱蔽性能、裝飾性能等的目的，需要在鈦及鈦合金表面制備一層氧化膜。然而，隨著鈦7及鈦合金陽極氧化膜應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，鈦及鈦合金陽極氧化膜的厚度、耐磨性等性能指標(biāo)會(huì)對(duì)其使用壽命產(chǎn)生影響。因此，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鈦及鈦合金陽極氧化膜的關(guān)鍵性能指標(biāo)和工藝性能參數(shù)如厚度、電阻、顯微硬度等指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定，有利于該產(chǎn)品的制備及驗(yàn)收，促進(jìn)該產(chǎn)品表3鈦及鈦合金陽極氧化膜厚度統(tǒng)計(jì)表類別牌號(hào)單位單位單位單位單位單位X單位X6.55.2Ti-6Al-4V6.28.6Ti-38-6-447.07.36.7牌號(hào)單位單位單位單位單位單位X單位X2.232.16.508.76Ti-6Al-4V5.27.512.3Ti-38-6-442.452.1單位1：西北有色金屬研究院；單位2單位3單位4單位5根據(jù)表3中各參編單位鈦及鈦合金陽極氧化膜的厚度檢測結(jié)果，本標(biāo)準(zhǔn)確定鈦及鈦合金表4鈦及鈦合金陽極氧化膜的厚度類別厚度(μm）Ⅰ類≥1.0Ⅱ類本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了批量化生產(chǎn)鈦及鈦合金陽極氧化膜耐磨性的測試方法，按照GB/T12967.18表5平均相對(duì)耐磨系數(shù)(%)統(tǒng)計(jì)表牌號(hào)單位2-1單位2-2單位2-3單位2-4單位2-5單位單位X單位X單位X313633353231Ti-6Al-4V333532353133Ti-38-6-44303536333736單位1：西北有色金屬研究院；單位2：西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司；單位X單位X單位X：；根據(jù)表5中各參編單位鈦及鈦合金陽極氧化膜的平均相對(duì)耐磨系數(shù)檢測結(jié)果，本標(biāo)準(zhǔn)確四探針電阻率測試儀通用技術(shù)條件進(jìn)行測定，同時(shí)根據(jù)參編單位產(chǎn)品的實(shí)測結(jié)果和用戶的要表6氧化膜電阻統(tǒng)計(jì)表牌號(hào)單位X單位X單位X>10000>10000>10000Ti-6Al-4V3505>10000>10000>10000Ti-38-6-4451788643>10000>10000單位1：西北有色金屬研究院；單位X單位X單位X單位X根據(jù)表6中各參編單位鈦及鈦合金陽極氧化膜的電阻檢測結(jié)果，本標(biāo)準(zhǔn)確定鈦及鈦合金9本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了批量化生產(chǎn)鈦及鈦合金陽極氧化膜顯微硬度的測試方法，按照GB/T9790表7氧化膜顯微硬度統(tǒng)計(jì)表牌號(hào)單位單位單位單位單位單位X單位X單位X單位X320472418421465Ti-6Al-4V343326325373335Ti-38-6-44295526409403470單位1：西北有色金屬研究院；單位X單位X單位X單位X根據(jù)表7中各參編單位鈦及鈦合金陽極氧化膜的顯微硬度檢測結(jié)果，本標(biāo)準(zhǔn)確定鈦及鈦鈦及鈦合金陽極氧化膜的外觀質(zhì)量可以直觀反映出氧化膜品質(zhì)，以及是否因保存不當(dāng)導(dǎo)產(chǎn)品應(yīng)均勻、連續(xù)、完整、緊密結(jié)合在基體金屬上，應(yīng)無燒傷、掛灰、疏松、損傷及擦允許缺陷：允許產(chǎn)品表面輕微的水印痕；允許同批零件膜層顏色有輕微的差異；允許焊接零件的焊縫和熱影響區(qū)有不均勻的外觀和鑄件的允不允許缺陷：產(chǎn)品不允許有劃傷、不連續(xù)現(xiàn)2.3主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析針對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)涉及產(chǎn)品，按照本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法，參編單位對(duì)XX、XX提供的鈦及鈦合金陽極氧化膜的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了驗(yàn)XX、XX、XX對(duì)同一批次產(chǎn)品的鈦及鈦合金陽極氧化膜厚度進(jìn)行了驗(yàn)證，分析檢測數(shù)據(jù)如表8~9所示。從表中可以看出同一批次氧化膜的厚度檢測結(jié)果基本一致，且符合標(biāo)準(zhǔn)中表8相關(guān)廠家鈦及鈦合金陽極氧化膜的厚度（I類）牌號(hào)批次驗(yàn)證單位I類厚度(μm）Ti-38-6-44批次1西北有色金屬研究院西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司寶鈦集團(tuán)有限公司西安莊信新材料科技有限公司西安泰金新能科技股份有限公司表9相關(guān)廠家鈦及鈦合金陽極氧化膜的厚度（II類）牌號(hào)批次驗(yàn)證單位II類厚度(μm）Ti-38-6-44批次1西北有色金屬研究院西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司寶鈦集團(tuán)有限公司西安莊信新材料科技有限公司西安泰金新能科技股份有限公司證，分析檢測數(shù)據(jù)如表10所示。從表中可以看出同一批次氧化膜的平均相對(duì)耐磨系數(shù)(%)表10相關(guān)廠家鈦及鈦合金陽極氧化膜的平均相對(duì)耐磨系數(shù)(%)牌號(hào)批次驗(yàn)證單位平均相對(duì)耐磨系數(shù)(%)備注Ti-38-6-44批次1西北有色金屬研究院噴磨法西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司輪磨法寶鈦集團(tuán)有限公司西安莊信新材料科技有限公司西安泰金新能科技股份有限公司XX、XX、XX對(duì)同一批次產(chǎn)品的鈦及鈦合金陽極氧化膜電阻進(jìn)行了驗(yàn)證，分析檢測數(shù)表11相關(guān)廠家鈦及鈦合金陽極氧化膜的厚度牌號(hào)批次驗(yàn)證單位Ti-38-6-44批次1西北有色金屬研究院西安賽隆增材技術(shù)股份有限