Травление титана и его сплавов
В растворах хлоридов аммония, алюминия, кальция и цинка титан стоек только при известных ограничениях концентрации и температуры. Во фтористоводородной кислоте титан нестоек. Смесь фтористоводородной и азотной кислот применяется для травления титана и его сплавов. [c.78] Повышенный интерес к титану и его сплавам объясняется хорошими конструктивными свойствами, высоким отношением проч ности к удельному весу, большой коррозионной и эрозионной стойкостью, высокой температурой плавления (при 300 сплавы титана имеют большую прочность, чем нержавеющая сталь). Он не растворяется в азотной, серной и соляной кислотах. На поверхности титана имеется прочная оксидная пленка, которая препятствует осаждению на него других металлов. Удаление этой пленки производится самыми различными способами а) обработкой титановых сплавов плавиковой кислотой при = °С в течение 5—15 мин. б) травлением в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот в соотношении 3 1 и т. д. Определенного мнения по этому вопросу лока нет [74].
Титан и его сплавы Специальное травление - [c.214] Титан и его сплавы Гидропескоструйная обработка или травление [c.125]
Водород мало влияет на изменение прочности титана, но увеличивает чувствительность его к надрезу. При насыщении титана водородом в структуре обнаруживаются выделения гидрида титана при этом резко уменьшается ударная вязкость. Насыщение водородом, вызывающее появление водородной хрупкости титана, происходит при его нагревании и травлении. Поэтому в процессе изготовления и обработки деталей из титана и его сплавов необходимо предпринимать меры, предотвращающие насыщение материала водородом. Наилучшими методами удаления водорода из титана являются вакуумная плавка, вакуумный отжиг, легирование элементами, увеличивающими растворимость водорода в титане, и т. д. [c.17]
Детали из титановых сплавов перед хромированием обезжиривают органическими растворителями, подвергают травлению в смеси азотной и плавиковой кислот, а затем анодному травлению в растворе, содержащем 6 вес.% плавиковой кислоты, 6% фтористого цинка и 88% этиленгликоля. Сцепление хрома с титаном улучшается в результате термообработки в течение 2 мин. при 800°. [c.233]
При кислотном травлении может происходить поглощение титаном или его сплавами водорода «. На рис. 64 (стр. 97) приведена зависимость количества поглощенного водорода от концентрации азотной кислоты в травильной ванне, содержащей 2% HF. [c.98]
Реактив применяют для травления вольфрама и его сплавов, а также твердых сплавов с кобальтом, титаном, танталом и карбидами и др. [104]. Для микротравления сплавов 5п—рекомендуется 30%-ный раствор. Травить погружением на 30—45 с в нагретый до 60—70° С реактив.
Из рисунка видно, что двухфазные сплавы (например, Ti + 6A1- 4V и Ti- -8Mn) более чувствительны к загрязнению водородом, чем а-аплавы (например, Ti + 5Al + 2,5Sn) и титан. На этом основании считают, что при травлении двухфазных сплавов следует поддерживать концентрацию азотной кислоты не менее 20%. [c.98]
Это общее утверждение впрочем не означает, что сплавы со сте-хиометрической потерей материала от коррозии совершенно непригодны для изготовления заземлителей на станциях катодной защиты. Иногда в качестве материала для анодных заземлителей применяют даже железный лом кроме того, при электролитической обработке воды используют алюминиевые аноды (см. раздел 21.3). Цинковые сплавы находят применение как материал для анодов лри электролитическом травлении для удаления ржавчины, чтобы предотвратить образование гремучего хлорного газа на аноде. Для внутренней защиты резервуаров при очень низкой электропроводности содержащейся в них воды на магниевые протекторы иногда накладывают ток от внешнего источника с целью увеличить токоотдачу (в амперах) (см. раздел 21.1). По так называемому способу Кателько наряду с алюминиевыми анодами (протекторами) намеренно устанавливают медные, чтобы наряду с защитой от коррозии обеспечить также и предотвращение обрастания благодаря внедрению токсичных соединений меди в поверхностный слой. Впрочем, все такие области применения являются сугубо специальными. На практике число материалов, пригодных для изготовления анодных заземлителей, сравнительно ограничено. В основном могут применяться следующие материалы графит, магнетит, ферросилид с различными добавками, сплавы свинца с серебром, а также так называемые вентильные металлы с покрытиями из благородных металлов, например платины. Вентильными называют металлы с пассивными поверхностными слоями, не имеющими электронной проводимости и сохраняющими стойкость даже при очень положительных потенциалах, например титан, ниобий, тантал и вольфрам.
Другая трактовка влияния Т1зА1 была предложена теми, кто отдает предпочтение взаимодействию водород — металл в качестве причины, вызывающей КР, т. е. присутствие Т зА1 приводит в результате к более быстрой абсорбции водорода. В работе [227] показано, что абсорбция водорода в процессе травления в растворах, содержащих фториды, происходит много быстрее в сплавах, содержащих в своей структуре Т1зА1. Однако в работе [81] получено, что адсорбция водорода при повыщенных температурах в сплаве Т1 —20% (ат.) А1, или 12,5% (по массе) А1, происходит медленнее, чем в технически чистом титане или сплавах Т1 — 8А1. В действительности, абсорбция водорода происходит наиболее быстро в титане, что является противоположным поведению при КР- [c.409]
Титан часто подвергается травлению как для снятия альфиро-ванного слоя, так и для глубокого травления (химическое фрезерование). Ввиду того что титановые сплавы склонны к наводо-роживанию, при их травлении стараются применять азотную и фтористоводородную кислоты, ненаводороживающне титан (основным катодным процессом в азотной кислоте является не реакция разряда ионов водорода, а реакция восстановления азотной кислоты). Однако в некоторых случаях для непродолжительного травления, а также в ряде химических производств титан н его сплавы находятся в контакте с серной и соляной кислотами. Поэтому изыскание ингибиторов коррозии для титана представляет определенный интерес. [c.216]
Основной трудностью при нанесении никельфосфорных покрытий на титан является получение гидридной пленки на поверхности металла. Формирование этой пленки, в соответствие с теорией коррозии, происходит на активном участке поляризационной кривой, вследствие чего, чем больше скорость коррозии, тем легче формируется пленка. Б табл. 2. приведены составы травильных растворов, их работоспособность и скорость травления сплава ВТ-14 при 90°С. [c.104]
Шлифы приготавливали шлифованием на алмазных пастах 5—50 и.к, 15—17 ЦК и 1—2 цк с последующей полировкой на окиси хрома. Травление титана и сплава с содержанием водорода 5 ат. % проводилось в растворе состава 2 НР 3 НКОз 95 частей глицерина остальные сплавы титан-водорода травились в растворе, содержащем 1 ч. НР, 4 ч. глицерина и 5 ч. воды. Время травления колебалось от нескольких секунд до нескольких минут и качество травления контролирова1лось на микроскопе МИМ-8М,
Коррозионное поведение титана в морской воде исследовалось в условиях дифференциальной аэрации [273]. Образцы испытывались в специальной аппаратуре, позволяющей создавать аэрированную катодную зону с площадью, в 10 раз превышающей площадь анодной зоны в щели между полиэтиленовой оправой и металлом. При испытании в морской воде аустенитной нержавеющей стали и сплавов на основе меди коррозионные питтинги возникали в неаэрируемон зоне (в щели) через 4 дня после начала опыта. Технически чистый титан с различным состоянием поверхности (травленый, с окалиной, анодированный), испытанный в течение 83 дней, в этих условиях совершенно не корродировал. Даже в том случае, когда защитная окисная пленка умышленно удалялась с титана в анодной зоне, начавшаяся коррозия быстро прекращалась. Подобное поведение титана свидетельствует о возможности возобновления на его поверхности защитной пленки в нейтральных солевых растворах даже при ограниченном доступе кислорода. [c.96]
Химическая стойкость нержавеющих сталей, хрома, алюминия и других так называемых самопассивирующихся металлов и сплавов повышается после выдержки их в атмосфере воздуха или кислорода в течение определенного времени. Такое же явление наблюдается и для титана. Титан после полировки или травления активируется 40%-ным раствором серной кислоты в течение нескольких секунд после длительной выдержки на воздухе активация титана в этом же растворе наступает примерно через 2 часа. [c.60]
Для высокотемпературной пайки сплавов инконель системы N1—Сг—Ре наиболее пригодны никелевые припои. Содержание в сплавах типа инконель элементов, образующих весьма стойкие оксидные пленки, таких, как алюминий и титан, от 0,5 % и выще (в сумме) заметно ухудщает смачивающую способность их припоями. В этом случае поверхность паяемого металла должна быть подготовлена перед пайкой щлифованием и травлением, при которых хорощо удаляется слой оксидной пленки и обеспечивается щероховатость поверхности, улучщающая растекаемость припоя. Нанесение никелевого покрытия на такие сплавы также улучщает смачивание их жидкими никелевыми припоями. [c.342]
chem21.info
Травление — титан — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Травление — титан
Cтраница 3
Предварительный обжиг титановых изделий при высокой температуре неудобен технологически, но без него кислые травильные растворы малоэффективны. Травление титана в кислых растворах имеет и другой недостаток — возможно насыщение титана водородом, который затем при обжиге покрытий может вызвать появление дефектов. Поэтому часто применяют щелочные травильные растворы и расплавы, не требующие предварительного отжига. Наиболее интенсивная очистка поверхности титановых изделий протекает в щелочных расплавах. [31]
Сущность его эакиочается в травлении титана и его сплавов в водных растворах серной, соляной, азотной и плавиковой кислот или их смесях. При этом па обрабатываемой поверхности об-разуечея иденка гидрида титана черного цвета, которая дотго сохраняет — поверхность в активном состоянии. [32]
Несмотря на все расширяющееся применение титановых сплавов, некоторые вопросы, связанные с технологией производства титана, разработаны еще слабо. К числу таких вопросов относится технологическое травление титана
При добавлении в азотную кислоту соединений фтора скорость коррозии резко возрастает. Это используется при разработке составов растворов для травления титана. [35]
Для получения необходимой формы полосковых проводников используют процессы фотолитографии: отдельно по слоям меди и титана. Процессы фотолитографии включают следующие операции: декапирование, промывка, нанесение фоторезиста, сушка в термостате, совмещение и экспонирование, проявление, промывка, сушка в сухом азоте, контроль качества защитного слоя, ретуширование, термозадубливание, защита обратной стороны подложки лаком, травление слоя меди, промывка, травление титана, промывка, удаление фоторезиста, промывка, сушка в сухом азоте. [36]
Наиболее широко исследованы способы подготовки поверхности титана и его сплавов иод галь-ванич. Для этой цели рекомендуется химич. При травлении титана и его сплавов в к-тах на поверхности образуется пленка гидрида титана, более электропроводная, чем окисная, на к-рую затем наносится гальваннч. Принципиально др. способом активирования поверхности является обработка раствором солей цинка и фтористоводородной к-ты в эти-ленгликоле с контактным или электрохи-мич осаждением на поверхности тонкого ( в несколько мк) слоя цинка, к-рый не имеет сцепления с основным металлом, но сохраняет поверхность в активном состояний и растворяется в хромовом электролите в начале хромирования. Однако этот способ дает менее надежные результаты и применяется реже. Рекомендуются также травление под переменным током в растворах уксусной и фтористоводородной к-т, электрохимич. [37]
При подготовке поверхностей изделий из титана и его сплавов перед покрытием рекомендуется гид-ридная обработка в растворах серной кислоты ( 800 — 1390 г / л) или хлороводородной ( 420 — 450 г / л) при температуре 15 — 30 С в течение 30 — 120 мин. При травлении титана образуется тонкий слой гидрида титана, который защищает покрываемую поверхность от окисления и способствует надежному сцеплению покрытия с основой. [38]
С в течение 30 — 120 мин. В зависимости от марки сплава к серной кислоте можно добавлять соляную кислоту или хлорид натрия, а также n — нитроанилин. При травлении титана образуется тонкий слой гидрида титана, который защищает покрываемую поверхность от окисления и способствует надежному сцеплению покрытия с основой. [39]
Наиболее широко исследованы способы подготовки поверхности титана и его сплавов под гальванич. Для этой цели рекомендуется химич. При травлении титана я его сплавов в к-тах на поверхности образуется пленка гидрида титана, более электропроводная, чем окисная, на к-рую затем наносится гальванич. Принципиально др. способом активирования поверхности является обработка раствором солей цинка и фтористоводородной к-ты в эти-ленгликоле с контактным или электрохи-мич. Однако этот способ дает менее надежные результаты и применяется реже. Рекомендуются также травление под переменным током в растворах уксусной и фтористоводородной к — — т, электрохимич. [40]
Наиболее широко исследованы способы подготовки поверхности титана и его сплавов под галь-ванич. Для этой цели рекомендуется химич. При травлении титана и его сплавов в: к-тах на поверхности образуется пленка гидрида титана, более электропроводная, чем окисная, на к-рую затем наносится гальванич. Принципиально др. способом активирования поверхности является обработка раствором солей цинка и фтористоводородной к-ты в эти-ленгликоле с контактным или электрохимич осаждением на поверхности тонкого ( в несколько мк) слоя цинка, к-рый не имеет сцепления с основным металлом, но сохраняет поверхность в активном состоянии и растворяется в хромовом электролите в начале хромирования. Однако этот способ дает менее надежные результаты и применяется реже. Рекомендуются также травление под переменным током в растворах уксусной и фтористоводородной к-т, электрохимич. [41]
Наиболее широко исследованы способы подготовки поверхности титана и его сплавов под галь-ванич. Для этой цели рекомендуется химич. При травлении титана я его сплавов в к-тах на поверхности образуется пленка гидрида титана, более электропроводная, чем окисная, на к-рую затем наносится гальванич. Принципиально др. способом активирования поверхности является обработка раствором солей цинка и фтористоводородной к-ты в эти-ленгликоле с контактным или электрохимич, осаждением на поверхности тонкого ( в несколько мк) слоя цинка, к-рый не имеет сцепления с основным металлом, но сохраняет поверхность в активном состоянии и растворяется в хромовом электролите в начале хромирования. Однако этот способ дает менее надежные результаты и применяется реже. Рекомендуются также травление под переменным током в растворах уксусной и фтористоводородной к-т, электрохимич. [42]
Во фтористоводородной кислоте титан нестоек. Смесь фтористоводородной и азотной кислот применяется для травления титана и его сплавов. [43]
Основной составляющей окалины на титане является двуокись титана — ТЮ2, обладающая кислотными свойствами. При сплавлении с щелочами она образует титаиаты типа Na2TiO3, малорастворимые в воде, но зато легко растворимые в минеральных кислотах. В связи с этим большой интерес представляет изучение возможностей травления титана в щелочных расплавах с последующей обработкой в кислотной ванне. [44]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Травление — титан — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Травление — титан
Cтраница 1
Травление титана и его сплавов, подвергнутых термической обработке, осуществляют ступенчато — в нескольких растворах. Прежде всего разрыхляют окалину в концентрированных растворах едкого натра или в расплаве едкого натра с добавкой нитрата или нитрита натрия при высокой температуре. После разрыхления окалину удаляют в растворах серной, азотной и фтористоводородной кислот. Травильный шлам удаляют в растворах соляной или азотной кислот с добавкой небольшого количества фтористоводородной кислоты. [1]
Травление титана и его сплавов проводят как для удаления с его поверхности продуктов коррозии, так и с целью подготовки металла перед осаждением электролитических покрытий. Для очистки от термической окалины титан и его сплавы типа ВТ1, ВТ5Д обрабатывают в смеси, содержащей ( массовая доля, %) 80 NaOH и 20 KNO3 при температуре расплава 420 — 460 С. В смеси, состоящей из равных количеств гидроксидов калия и натрия, травление проводят при более низкой температуре — 300 — 320 С. [2]
Травление титана производят в другом травителе. Для того чтобы его состав не изменился за счет остатка травителя для меди, подложку промывают в дистиллированной воде. [3]
Для травления титана рекомендована обработка в расплаве NaOH при температурах 400 — 430 С в течение 10 — 20 мин. [4]
Для травления титана рекомендуется использовать смесь азотной и плавиковой кислот. [5]
Механизм травления титана в щелочных расплавах и кислотных растворах изучен очень мало. [6]
Процесс травления титана имеет некоторые трудности благодаря высокой коррозионной стойкости, а также способности его поглощать водород, выделяющийся при травлении в кислотах. [7]
При травлении титана и его сплавов важна полнота удаления альфироваииого слоя, присутствие которого контроля ется металлографическим методом иа образцах-свидетелях, прошедших травление одновременно с обрабатываемыми деталями. [8]
Было исследовано травление титана в щелочном расплаве с добавками азотнокислого натрия. [9]
Изучение процессов травления титана в разных средах, исследование механизма снятия окалины и химизма происходящих при этом процессов представляют большой теоретический и практический интерес. [10]
Наибольшими преимуществами обладает травление титана в чисто щелочном расплаве. [11]
Выбор электролитов для травления титана, как правило, производится эмпирическим путем, но на основании современных данных электрохимической кинетики можно подбирать их научно обоснованно, принимая во внимание скорости травления и необходимость исключить нежелательный процесс наводороживания. [12]
Проведено исследование возможностей травления титана в растворах серной, соляной и азотной кислот с добавками фторидов. Выбраны оптимальные составы ванн и режимы обработки. [13]
Проведено исследование возможности травления титана в щелочных расплавах. Изучено влияние состава и температуры травильной ванны. [14]
Она образуется при травлении титана в смеси плавиковой и уксусной кислот и, по данным К. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Раствор для химического травления титана
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Со}оз Советски}г
l ::цнв ни f ичеcкн_#_
Йе
К АВТОРСТВ(ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) допол}и}1ельиое и йвт, 001.) — >i>
О П1И}ЕОЕ)1ИИЕННЕм За»ВКi; М (Г3) И}1>но(>и 1оллетеиь ж 14 (45) Д 11 ойубликоаани}1 описаний 1608 8 (5}) И„). л, 09 Н 13,04
}
})они И}}}}}}ири (}(}(}р
r! Ю «ii пир
> }}t}.}}»1}}}} (о4 УД118?1.-1-;4 4 (088. 8) (72) /(вторы
ИЭОбрЕТЕНИИ 10. С. Рускол, Н. Д. Эстрпна, й, B. Мог:олсв и }
Всесоюзный научно — исследовательский l!Hc 1 i!ò i по защите мегаллон от коррозии (84) РйСТВОР ДЛЯ Х}}МИ
Изобретение относится к разработке состава раствора, предпазначенногo для химического травления тигана или сплавов титана и можег наити применение B производстве полуфабрикатов ти- 5 тана н его сплавов.
Известен раствор для травления титана, включающий азогную и плавиковую кислоты в 1>азличных концептацнях (! ОЪ) 15-370 мл/л. 1 равление сплавов титана в известном растворе характеризуется следующими особенностями. 11ри относительном
}5 увеличении содержания плавиковой кислоты и уменьшении содержания азотной кислоты можно получить практически любие требуемые скорости травления.
Однако прп этом травление происходит в области потенциалов ак)ивного растворения титана и его сплавов. Процесс травления сопровождается интенсивным выделенн»м водог>ода, Это поиводит к значительному наводороживанию сплавов, что является недопустимым по техническим условиям. Для того, чтобы избежать наводораживапия сплавов травление ведут в растворах, содержащих сравнительно небольшое количество плавиковой и значительное азотной кислоты.
В этом случае травление происходит в области потенциалов пасспгзоого сг «тояния титана и сплавов титана. процесс травления не сопровождается выле левием водорода и наводороживания сгt.
Наиболее близким по технической сущности является состав для травления титана, включающий азотную, плавиковую кислоты и моль шелочноэемельного металла, в частности соль капьция(2) . Однако, известный раствор также не обеспечивает повышение скорости травления.
С целью повышения скорости травления титана и сплавов титана в
602531
Состав раствора
Скорость травления,мкм/ч сплав ВТ 15 титана
Известный раствор
420 г/л HNO> (уд.вес ° 1,356)
+45мл/л HP (Уд.нес. 1,151)
+ И О До 1 л
46-50
46-52
Предлагаемый раствор
420 г/л H NOg (уд.нес. 1,356)
+ 45 г/л HP (уд.нес. 1,151)
+ 26 r/ë Úà (N0> }
+Н О до 1 л
70-78
70-80
ЦНИИПИ Заказ 1765/22
Тираж 826 Подписное
Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул Проектная. пассивной области потенциалов при абсолютном отсутствии наводороживания без увеличения содержания плавиковой кислоты в предлагаемом растворе для химического травления титана, содержащем азотную и плавиковую кислоты и щелочноземельные металлы, в качестве последних применяют соль бария, например нитрата, или хлорида бария при следующем соотношении компонентов, г/лг
Н NO> (уд.вес. 1,356) 100-450
Нанодороживание отсутствует как в известном, так и н предлагаемых растворах. Из приведенных н таблице данных видно, что скорость травления сплавон титана может быть значительно повышена в предлагаемых растнорах.
Предварительные расчеты показывают, что использонание предлагаемого раствора при травлении сплавов титана позволяет повысить произнодительность труда,на 25-30%. Дри этом скорость травления возрастает на 40-45%, Расчет предполагаемого экономического эффекта при использовании предлагаемого раствора показывает, что в зависимости от нида полуфабрикатов экономически и эффект только от удешевления раст1 т воров составит 0,5-1,5 тес.руб на полуфабрикатов. Фактический экономический эффект будет значительно выше за счет сокращения и удешевления
60 эксплуатационных расходов.
Н Р (УД. вес. 1, 151) 15-85
Соль бария 25-100
K 10 Остальное
Это позволяет повысить скорость
6 транления титана и сплавов титана без увеличения содержания планиконой кислоты.
Сравнение скоростей травления н иэ10 вестном растворе и н предполагаемом оптимальном по составу растворе при
25 C дается в таблице.
Формула изобретения
Раствор для химического травления титана, содержащий азотную, пла» виконую кислоты и соль щелочно-земель ного металла отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости травления, он в качестве соли щелочно-земельного металла содержит соль бария при следующем соотношении компонентов, г/л:
Азотная кислота
% 100-450
Плавиковая кислота (уд.вес. 1,151) 15-85 Соль бария 25-100
Вода Остальное
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1 ° Патент CQIA Р 2965521, кл. 134-3g
1960, 2. Заявка СССР 9 2036323, 18,06.74, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.
www.findpatent.ru
Раствор для травления защитных покрытий из титана и нитрида титана
Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности удалению защитного покрытия, состоящего из подслоя титана и слоя нитрида титана, нанесенного ионно-плазменным напылением. Раствор содержит, мас.%: хлористо-водородную кислоту 8,0-10,0, аммоний фтористый 4,5-6,0, сульфат натрия 0,5-0,9, добавку «Прогресс 21» или «Прогресс 30» 0,01-0,03, остальное — вода. Скорость растворения покрытия увеличилась в 2,5-3,6 раза без существенного ухудшения качества поверхности основного металла. 2 табл.
Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности удалению защитного покрытия, состоящего из подслоя титана и слоя нитрида титана, нанесенного ионно-плазменным напылением на поверхность детали из коррозионно-стойких сталей.
Известен раствор для травления титановых сплавов, содержащий, мас.%: хлористо-водородную кислоту 10,0-15,0; фтористый аммоний 2,0-4,0; хлористый натрий 0,05-1,0; уксуснокислый натрий 0,05-0,5; воду — остальное (а.с. СССР №1194907, C23F 1/26, 1983).
Недостатком раствора является низкая скорость удаления защитного покрытия и ухудшение качества поверхности основного металла. Удаление защитного покрытия происходит в течение длительного времени, что увеличивает отрицательное воздействие раствора на основной металл. Поверхность основного металла, освобожденная от защитного покрытия, темная с местным подтравливанием.
Наиболее близким по технической сущности является раствор для травления титановых сплавов, содержащий хлористо-водородную кислоту, фтористый аммоний, сульфат натрия или аммония и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлористоводородная кислота 8,0-10,0; аммоний фтористый 2,0-3,0; сульфат натрия или аммония 1,0-3,0; вода — остальное (а.с. СССР №1201347, C23F 1/26, 1983).
Недостатком раствора является низкая скорость удаления защитного покрытия и ухудшение качества поверхности основного металла. Удаление защитного покрытия происходит в течение длительного времени, что увеличивает отрицательное воздействие раствора на основной металл.
Задачей изобретения является увеличение скорости растворения защитного покрытия без существенного ухудшения качества поверхности основного металла.
Поставленная задача достигается тем, что раствор для травления титановых сплавов, содержащий хлористо-водородную кислоту, аммоний фтористый, сульфат натрия и воду, дополнительно содержит добавку «Прогресс 21» или «Прогресс 30» при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Хлористо-водородная кислота | 8,0-10,0 |
| Аммоний фтористый | 4,5-6,0 |
| Сульфат натрия | 0,5-0,9 |
| Добавка «Прогресс 21» или «Прогресс 30» | 0,01-0,03 |
| Вода | остальное |
Использование раствора может быть проиллюстрировано примерами.
В качестве образцов использовались детали из сплава ЭИ961-Ш (основной металл) с нанесенным ионно-плазменным напылением защитным покрытием Ti+TiN общей толщиной 10-15 мкм.
Были приготовлены растворы, содержащие воду — основа; хлористо-водородную кислоту 9 мас.%; добавку «Прогресс 21» (ТУ 2383-003-49798713-99) или «Прогресс 30» (ТУ 38.10719-92) — 0,02 мас.%; которые отличались содержанием аммония фтористого и сульфата натрия. Контрольный образец детали обрабатывали раствором: хлористо-водородная кислота 9,0 мас.%; аммоний фтористый 2,7 мас.%; сульфат натрия 2,0 мас.%; вода — остальное, взятым за прототип. Удаление покрытия производилось при температуре помещения 21-22°С. Время травления 0,5-3,0 часа. Результаты приведены в табл. 1.
Оценивалось состояние поверхности основного металла и скорости растворения (Vрастворения) защитного покрытия и основного металла. Увеличение концентрации аммония фтористого (иона F— — определяющего параметра при травлении титана) с одновременным снижением концентрации сульфата натрия повышает скорость растворения защитного покрытия, уменьшая время воздействия раствора на основной металл.
Оптимальная концентрация аммония фтористого 4,5-6,0 мас.%. При концентрации менее 4,5 мас.% — недостаточны скорость и качество удаления покрытия. Увеличение концентрации более 6 мас.% повышает скорость растворения защитного покрытия, но ухудшается качество поверхности основного металла: потемневшая поверхность с матовыми участками.
Оптимальная концентрация сульфата натрия 0,5-0,9 мас.%. При увеличении концентрации свыше 0,9 мас.% снижается качество удаления защитного покрытия, а при уменьшении концентрации менее 0,5 мас.% ухудшается качество поверхности основного металла: темная поверхность с трудноудаляемым черным шламом.
Введение добавки «Прогресс 21» или «Прогресс 30» обеспечивает равномерное травление, улучшает качество поверхности основного металла детали: поверхность после травления светлая и блестящая, без растравливания (при просмотре травленой поверхности под увеличением до ×25; металлографическое исследование). Установлено, что оптимальная концентрация добавки «Прогресс 21» или «Прогресс 30» находится в пределах 0,01-0,03 мас.%. При снижении концентрации менее 0,01 мас.% возрастает скорость растворения основного металла, а при увеличении концентрации более 0,03 мас.% при травлении наблюдается повышенное ценообразование.
На скорость растворения защитного покрытия добавка «Прогресс 21» или «Прогресс 30» не оказывает существенного влияния (табл. 2).
По сравнению с прототипом скорость растворения покрытия увеличилась в 2,5-3,6 раза без ухудшения качества поверхности основного металла (растворение основного металла практически отсутствует).
Раствор для травления защитных покрытий из титана и нитрида титана, содержащий хлористо-водородную кислоту, аммоний фтористый, сульфат натрия и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавку «Прогресс 21» или «Прогресс 30» при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| хлористо-водородная кислота | 8,0-10,0 |
| аммоний фтористый | 4,5-6,0 |
| сульфат натрия | 0,5-0,9 |
| добавка «Прогресс 21» или «Прогресс 30» | 0,01-0,03 |
| вода | остальное |
www.findpatent.ru
Травитель для титана | Банк патентов
Изобретение предназначено для подготовки поверхности титана перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата. Травитель для титановых имплантатов содержит фосфорную кислоту, окислитель и воду при следующих количественных соотношениях компонентов, мас.%: фосфорная кислота 23-65, пероксид водорода 3-30, вода — остальное. Изобретение позволяет получить селективный травитель для титана, имеющий небольшую скорость травления, позволяющий регулировать толщину стравливаемого слоя и образующий остаточный слой из нестехиометрических фосфатов титана, обеспечивающих химическое сродство к фосфорсодержащим биоактивным покрытиям из гидроксиапатита, являющегося основным веществом костной ткани. 3 пр.
Изобретение относится к области медицины и предназначено для подготовки поверхности титановых имплантатов перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата.
Известен травитель для титана [RU №2314772 С2, МПК А61С 8/00 (2006.01), A61L 27/54 (2006.01) A61F 2/02 (2006.01) опубликован 20.01.2008], содержащий фтористоводородную кислоту, концентрацией 0,1-0,5 М. Обработку поверхности имплантата проводят при комнатной температуре (24±1°C) в течение 60-180 с.
Недостатком данного травителя является высокая токсичность фтористоводородной кислоты, имеющей сравнительно высокие значения парциальных давлений паров при комнатной температуре, равные 2-5 мм.рт.ст (226,64-666,52 Па). Кроме этого при обработке таким травителем на поверхности имплантата формируется остаточный слой из фторидов титана низшей валентности — ди- и трифторида титана, которые труднорастворимы и могут оказывать негативное воздействие на биоактивное покрытие и живой организм в целом.
Известен химический травитель для титана, [Усова В.В. Травление титана и его сплавов. — М.: Машиностроение, 1984. — 128 с. — С.43], состоящий из следующих компонентов: фосфорная кислота 2-6,8 н (0,2-2%) и фторид аммония 1-5 н (0,1-0,5%)
Недостатками известного травителя являются высокая скорость травления титана, трудности регулирования толщины стравливаемого слоя, высокая неоднородность микрорельефа и образование остаточного слоя из низших фторидов титана.
Известен селективный травитель для титана [RU №2396093 C1, МКП A61L 27/06 (2006/01). C25F 3/02 (2006.01), опубликован 10.08.2010], выбранный в качестве прототипа, состоящий из следующих компонентов:
| Фосфорная кислота | 17-68 |
| Фторид аммония | 0,008-0,02 |
| Этиленгликоль | 2-10 |
| Вода | остальное. |
Присутствующий в травителе фторид аммония, в пределах, заявленных в патенте концентраций, активизирует процесс травления, но не оказывает существенного влияния на скорость процесса. Однако на поверхности титана образуется остаточный слой содержащий ионы фтора, что может привести к воспалительным процессам и некрозу живой ткани.
Задачей указанного изобретения является получение селективного травителя для титановых имплантатов, имеющего небольшую скорость травления, позволяющего регулировать толщину стравливаемого слоя и не образующего остаточного слоя из низших фторидов титана. А также создавать на поверхности микрорельеф (до 9 мкм) и остаточный слой, состоящий из нестехиометрических фосфатов титана, которые обеспечивают химическое сродство к фосфорсодержащим биоактивным покрытиям из гидроксиапатита, являющегося основным веществом костной ткани.
Поставленная задача достигается тем, что травитель для титана, содержащий фосфорную кислоту, окислитель и воду.
Согласно изобретению содержит фосфорную кислоту и пероксид водорода при следующих количественных соотношений компонентов, масс.%:
| Фосфорная кислота | 23-65 |
| Пероксид водорода | 3-30 |
| Вода | остальное |
При обработке титановых имплантатов заявляемым травителем на их поверхности создается микрорельеф, обеспечивающий хорошее сцепление биоактивного покрытия с имплантатом. Имеет небольшую скорость травления, позволяющая регулировать толщину стравливаемого слоя. На поверхности титана из-за высокой концентрации фосфорной кислоты формируется остаточный слой, состоящий из нестехиометрических фосфатов титана, которые обеспечивают химическое сродство к фосфорсодержащим биоактивным покрытиям из гидроксиапатита, являющегося основным веществом костной ткани
Для получения предложенного травителя приготавливали три смеси ингредиентов, отличающихся содержанием фосфорной кислоты, пероксидом водорода и воды.
Используемые реактивы для составления травителя имели квалификацию «чда» и исходные концентрации, мас.%: фосфорной кислоты — 85; пероксид водорода — 35.
В качестве образцов для химического травления использовали пластины титана ВТ1-0 (10×10), механически полированные. Образцы титана перед химическим травлением обезжиривали при кипячении последовательно в двух порциях четыреххлористого углерода в течение 10 мин. Образец взвешивали, помещали в травитель на 2-10 мин. После заданного времени травления образец промывали тремя порциями дистиллированной воды, сушили в кипящем изопропиловом спирте и взвешивают.
Контроль поверхности образца осуществляли на металлографическом микроскопе «МЕТАМ» при 1000-кратном увеличении.
Методика исследования химического селективного травления образцов для всех составов смесей одинакова.
Пример 1. Из ингредиентов приготавливали смесь, при следующих количественных соотношений компонентов, масс.%:
| Фосфорная кислота | 23 |
| Пероксид водорода | 3 |
| Вода | остальное |
Образец титана погружали в полученную смесь и, непрерывно перемешивали раствор, выдерживали в нем образец 10 мин.
Скорость травления составляла — 0,36 мкм/мин
Величина ямок травления — до 6 мкм
Толщина слоя нестехиометрических фосфатов — 0,5 мкм
Пример 2. Из ингредиентов приготавливали смесь, при следующих количественных соотношений компонентов, масс.%:
| Фосфорная кислота | 45 |
| Пероксид водорода | 15 |
| Вода | остальное |
Образец титана погружали в полученную смесь и, непрерывно перемешивали раствор, выдерживали в нем образец 10 мин.
Скорость травления составляла — 0,8 мкм/мин
Величина ямок травления — до 8 мкм
Толщина слоя нестехиометрических фосфатов — 0,8 мкм
Пример 3. Из ингредиентов приготавливали смесь, при следующих количественных соотношений компонентов, масс.%:
| Фосфорная кислота | 65 |
| Пероксид водорода | 30 |
| Вода | остальное |
Образец титана погружали в полученную смесь и, непрерывно перемешивали раствор, выдерживали в нем образец 10 мин.
Скорость травления составляла — 0,95 мкм/мин
Величина ямок травления — до 9 мкм
Толщина слоя нестехиометрических фосфатов — 1,6 мкм
Диапазон концентраций компонентов определяли, исходя из оптимальных значений скорости травления для лучшего регулирования толщины стравливаемого слоя и микрорельефа поверхности, а также для формирования остаточного слоя из нестехиометрических фосфатов титана.
При концентрации фосфорной кислоты в травителе меньше 20 масс.% скорость травления мала, микрорельеф поверхности выражен неявно, поэтому необходимо увеличивать время травления. Но при увеличении времени травления микрорельеф получается без выраженных ямок травления. Сглаживание поверхности имплантата ухудшает адгезию покрытия.
При концентрации кислоты больше 65 масс.%. поверхность титана ингибируется плотным слоем образовавшихся фосфатов титана, который затрудняет дальнейшее травление и формирование микрорельефа на поверхности.
При концентрации пероксида водорода менее 3 масс.% травление замедляется, что увеличивает процесс формирования необходимого микрорельефа во времени. При концентрации пероксида водорода более 30 масс.% скорость травления возрастает, процесс при этих условиях лимитируется диффузией реагентов к поверхности травления и травитель становиться полирующим.
bankpatentov.ru
Селективный травитель для титана
Изобретение относится к медицинской технике, в частности к подготовке поверхности титановых имплантатов перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата, и может быть использовано для выявления микроструктуры металла. Травитель содержит фосфорную кислоту и фторид аммония и дополнительно этиленгликоль при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%: фосфорная кислота — 17-68, фторид аммония — 0,008-0,02, этиленгликоль — 2-10, вода — остальное. Селективный травитель для титановых имплантатов имеет небольшую скорость травления, что позволяет регулировать толщину стравливаемого слоя, при этом не образуется остаточного слоя низших фторидов титана.
Изобретение относится к медицинской технике, в частности к подготовке поверхности титановых имплантатов перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата, и может быть использовано для выявления микроструктуры металла.
Известен способ обработки поверхности титанового имплантата травителем, содержащим фтористоводородную кислоту, концентрацией 0,1-0,5 М. Обработку поверхности имплантата проводят при комнатной температуре (24±1°C) в течение 60-180 с [Патент РФ №2314772, 2008].
Недостатком данного травителя является высокая токсичность фтористоводородной кислоты, имеющей сравнительно высокие значения парциальных давлений паров при комнатной температуре, равные 2-5 мм рт. ст. (226,64-666,52 Па). Кроме этого, при обработке таким травителем на поверхности имплантата формируется остаточный слой из фторидов титана низшей валентности — ди- и трифторида титана, которые труднорастворимы и могут оказывать негативное воздействие на биоактивное покрытие и живой организм в целом.
Известен также химический травитель для титана, состоящий из следующих компонентов: серная кислота — 20 маc.% и фторид аммония — 4 маc.% [Грилихес С.Я. Полирование, травление и обезжиривание металлов. — Л.: Машиностроение, 1971. — изд. 3, вып.1. — 127 с. — С.78].
Недостатками этого состава являются высокая скорость травления, неоднородность микрорельефа травленой поверхности и образование остаточного слоя труднорастворимых фторидов на поверхности титана.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является селективный травитель для титана и его сплавов, состоящий из следующих компонентов: фосфорная кислота 2-6,8 н. (0,2-2%) и фторид аммония 1-5 н. (0,1-0,5%) [Усова В.В. Травление титана и его сплавов. — М.: Машиностроение, 1984. — 128 с. — С.43].
Недостатками известного травителя являются высокая скорость травления титана, трудности регулирования толщины стравливаемого слоя, неоднородный микрорельеф и образование остаточного слоя из низших фторидов титана большой толщины.
Задачей указанного изобретения является получение селективного травителя для титановых имплантатов, имеющего небольшую скорость травления, позволяющего регулировать толщину стравливаемого слоя и не образующего остаточного слоя низших фторидов титана.
Поставленная задача достигается тем, что заявленный травитель, содержащий фосфорную кислоту и фторид аммония, дополнительно содержит этиленгликоль при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:
| Фосфорная кислота | 17-68 |
| Фторид аммония | 0,008-0,02 |
| Этиленгликоль | 2-10 |
| Вода | остальное |
Преимущества предлагаемого состава травителя, по сравнению с известным, заключаются в следующем: снижение концентрации фторида аммония и наличие этиленгликоля способствуют замедлению процесса травления титана. При обработке титановых имплантатов заявляемым травителем на поверхности формируется определенный микрорельеф, обеспечивающий хорошее сцепление биоактивного покрытия с имплантатом. Увеличение концентрации фосфорной кислоты приводит к образованию остаточного слоя на поверхности титана, состоящего из нестехиометрических фосфатов титана, которые имеют химическое сродство к фосфорсодержащим биоактивным покрытиям и костной ткани. Наличие фторида аммония в заявленных пределах только катализирует процесс окисления поверхности титана, но не является самостоятельным окислителем, поэтому фтор-ион отсутствует в составе остаточного оксидного слоя на травленой поверхности титана.
Для получения предложенного селективного травителя приготавливают три смеси ингредиентов, отличающихся содержанием фосфорной кислоты, фторида аммония, этиленгликоля и воды.
Используемые реактивы для составления травителя имеют квалификацию «осч» и исходные концентрации, мас.%: фосфорной кислоты — 85; фторида аммония — 40; этиленгликоля — 100.
В качестве образцов для химического травления использовали пластины титана ВТ1-0 (10×10), шлифованные и механически полированные. Образцы титана перед химическим травлением обезжиривают при кипячении последовательно в двух порциях четыреххлористого углерода в течение 10 мин. Образец взвешивают, помещают в травитель на 2-10 мин. По окончании травления образец промывают тремя порциями дистиллированной воды, сушат в изопропиловом спирте и взвешивают.
Контроль поверхности образца осуществляют на металлографическом микроскопе «МЕТАМ» при 1000-кратном увеличении.
Методика исследования химического селективного травления образцов для всех составов смесей одинакова.
Пример 1. Из ингредиентов приготавливают смесь, мас.%:
| Фосфорная кислота | 17 |
| Фторид аммония | 0,008 |
| Этиленгликоль | 2 |
| Вода | остальное |
Образец титана погружают в полученную смесь и, непрерывно перемешивая раствор, выдерживают в нем образец 10 мин.
Пример 2. Из ингредиентов приготавливают смесь, мас.%:
| Фосфорная кислота | 43 |
| Фторид аммония | 0,01 |
| Этиленгликоль | 5 |
| Вода | остальное |
Образец титана погружают в полученную смесь и, непрерывно перемешивая раствор, выдерживают в нем образец 10 мин.
Пример 3. Из смеси ингредиентов приготавливают травитель, мас.%:
| Фосфорная кислота | 68 |
| Фторид аммония | 0,02 |
| Этиленгликоль | 10 |
| Вода | остальное |
Образец титана погружают в полученную смесь и, непрерывно перемешивая раствор, выдерживают в нем образец 10 мин.
Диапазон концентраций компонентов определяется, исходя из оптимальных значений скорости травления для лучшего регулирования толщины стравливаемого слоя и микрорельефа поверхности, а также для формирования остаточного слоя из нестехиометрических фосфатов титана.
При концентрации фосфорной кислоты в травителе меньше 17 мас.% скорость травления мала, микрорельеф поверхности выражен неявно, поэтому необходимо увеличивать время травления. Но при увеличении времени травления микрорельеф получается без выраженных ямок травления. Сглаживание поверхности имплантата ухудшает адгезию покрытия. При концентрации кислоты больше 68 мас.% поверхность титана ингибируется плотным толстым слоем образовавшихся фосфатов титана, который затрудняет дальнейшее травление и формирование микрорельефа на поверхности.
При концентрации фторида аммония менее 0,008% травление замедляется, что растягивает процесс формирования необходимого микрорельефа во времени. При концентрации фторида аммония более 0,02% скорость травления возрастает, но при этом на поверхности титана в состав остаточного слоя из фосфатов титана внедряется фторид-ион, оказывающий негативное влияние на биоактивное покрытие и, соответственно, живой организм.
Введение в состав травителя этиленгликоля позволяет плавно регулировать скорость травления титана. При концентрации меньше 2 мас.% его влияние незаметно, а при концентрации выше 10 мас.% вязкость травителя повышается, травление лимитируется диффузионными процессами, ямки травления получаются со сглаженными краями, т.е. травитель по своим свойствам из селективного травителя превращается в полирующий травитель.
Селективный травитель для титана, содержащий фосфорную кислоту, фторид аммония и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит этиленгликоль при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Фосфорная кислота | 17-68 |
| Фторид аммония | 0,008-0,02 |
| Этиленгликоль | 2-10 |
| Вода | остальное |
www.findpatent.ru