热校平对钛基材在草酸中的腐蚀速度影响

吴 允 苗

（泉州师范学院 化学与生命科学学院， 福建 泉州 362000）

科研与开发

热校平对钛基材在草酸中的腐蚀速度影响

吴 允 苗

（泉州师范学院 化学与生命科学学院， 福建 泉州 362000）

研究了热校平工艺对钛基材在草酸溶液中的腐蚀速度的影响。结果表明，未热校平的钛基材在草酸中以0.474 g/（m2·min）的恒定腐蚀速度溶解，而经热校平处理的钛基材的腐蚀过程分则为三个阶段：第一阶段为氧化膜破损过程，速度最慢；第二阶段为微电池反应过程，腐蚀速度最大；第三阶段为基体钛的匀速腐蚀过程，腐蚀速度与未热校平基材腐蚀速度一致。建立了钛基材质量损失－酸蚀时间的函数方程式，可作为制定钛基材酸蚀工艺参数的计算工具。

热校平；钛基体；酸洗工艺；腐蚀速度

钛基贵金属氧化物涂层电极由于具有电催化活性高，服役寿命长和尺寸稳定等优点，在电化学工业中有着广泛的应用[1-4]。贵金属氧化物涂层多采涂覆-热分解法被覆于基材表面[5]。因为工业纯钛的塑韧性好、耐腐蚀且易于成型等特点[6]，被采用作电极的基材。

涂层与基材的结合力是影响阳极性能的一个很重要的因素，因此在制备氧化物前，需要对钛基材进严格的预处理[7]。钛基材的预处理通常包括除油、喷砂、热校平以及酸洗等工序[8]。喷砂会造成基材尤其是板状基材的变形，需进行高温热校平处理。在高温热校平过程，钛基材表面会生成一层致密的氧化膜，氧化膜必然对后续的酸蚀过程造成重要的影响。目前，热校平工艺对钛基材在草酸中的腐蚀行为的研究鲜有报道。鉴于此，本文对新鲜钛基材和经不同温度热校平处理的钛基材在草酸中的腐蚀行为进行分析对比,建立了钛基材质量损失率与刻蚀时间的函数关系式,以此为钛阳极生产中酸洗工艺的制定提供参考。

1 实验部分

本文选用表面平整的 TA2钛基材作为研究对象。将钛材切成4 cm×5 cm的样片，做好标识。将样片放入箱式炉中，分别在450、500和600 ℃退火1 h，进行模拟热校平处理。出炉冷却后放入10% (wt)草酸溶液（温度 90~95 ℃）进行不同时间的酸刻蚀处理，记录酸蚀前后的形貌及质量变化。

2 结果及讨论

2.1 形貌变化分析

图1为样片在酸洗前后表面形貌图。图1中第一列可为酸蚀前的样片形貌，经不同温度热校平的样片表面生成了不同颜色的氧化膜，而不同的颜色说明氧化膜的厚度不同。因为氧化膜的光通量和对光的折射率、反射率随厚度的改变而不同，因而产生不同的光的干涉效应所呈现出不同的颜色[9]。随着酸蚀时间的延长，各样片表面氧化膜的颜色逐渐发生变化，说明氧化膜逐渐被溶解而变薄。经过45 min的酸蚀后，经450 ℃热校平的样片表面的氧化膜已基本褪去，经500 ℃热校平样片仅留有很稀薄的氧化膜。而经 600 ℃热校平样片，酸蚀 60 min后，表面仍还有一层灰白色的氧化膜。说明热校平温度越高，生成的氧化膜越厚，除去氧化层所需的酸蚀时间越长。

图1 样片在酸洗前后表面形貌图Fig.1 The morphology of Ti substrates before and after acid etching for different acid-etching time

图2给出单位面积钛基材质量损失与酸蚀时间的关系曲线。从图2可以看出，没有热校平的样品a单位面积的质量损失与酸蚀时间呈线性关系。

图2 单位面积钛基材质量损失与酸蚀时间的关系曲线Fig.2 The relationship between mass loss and acid-etching time of Ti substrates

而经热校平处理的样品，表现出与样品a完全不一样的腐蚀规律，如样品d所述，钛基材单位面积质量损失与酸蚀时间的关系曲线可分为三段。第一阶段(0~25 min)，斜率较低，即酸蚀速度较慢。这一阶段质量损失应该为表面氧化钛的腐蚀，因为氧化钛的耐腐性高于钛基体，因此表现出很低的腐蚀速度。第二阶段(25~60 min)有最大的斜率，说明该阶段有最大酸蚀速度。我们认为在这一阶段表面残余的氧化膜和暴露的金属钛之间形成了微电池，因为氧化膜的自腐蚀电位高于金属钛，作为微电池的阴极，暴露的基材钛作为阳极优先溶解，微电池反应促使钛基材的快速腐蚀，因此有最大的腐蚀速度。第二阶段持续到氧化膜被除去为止，然后进入到第三阶段(60~160 min)：基材钛的匀速腐蚀阶段，这一阶段与未经热校平的样品的腐蚀机理是一致的，因此表现出非常相接近的腐蚀速度。必须注意到，经600 ℃热校平的样品的腐蚀速度相对要小一些。因此，在生产实践中，在保证不发生形状记忆效应的情况下，可尽量降低热校平的温度，以缩短酸洗时间，提高生产效率。图中还给出质量损失-酸蚀时间的一次线性方程，方程斜率即为基材的平均腐蚀速度，该图中方程式可作为制定钛基材酸蚀工艺参数的计算工具。

3 结 论

未经热校平的钛基材在草酸中以的恒定速度腐蚀，而经热校平的钛基材在草酸中的腐蚀过程则可分为三个阶段，对应三个不同腐蚀机理，并有不同的腐蚀速度。 经450 ℃和500 ℃热校平的钛基材在各阶段腐蚀速度相近，在 600 ℃高温热校平的钛基材的在各阶段的腐蚀速度都要低于其他三个样品。

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Effect of the Heat Leveling Treatment on Corrosion Rate of the Titanium Matrix Composite in Oxalic Acid

WU Yun-miao
（College of Chemistry and Life Science, Quanzhou Normal University, Fujian Quanzhoun 362000, China)

The effect of heat leveling treatment on corrosion rate of the titanium matrix composite in oxalic acid solution was investigated. The result shows that the titanium matrix composite without heat leveling treatment can be dissolved at a constant rate of 0.474 g/(m2·min) in oxalic solution, but the corrosion process of the titanium matrix composite with heat leveling treatment can be divided into three stages, corresponding to three different corrosion rates, the first stage is the oxide layer breakage process, which has the minimum mass loss rate, the second stage is the tiny battery reaction process, which has the maximum mass loss rate, and the last stage is the pure Ti substrate dissolution at a constant mass loss rate that equals to that of the titanium substrate without heat leveling treatment. The equation of mass loss of titanium substrate against the etching time was established, the equation can be used as an efficient computational tool to design acid etching technology.

Ti substrate; Heat leveling treatment; Acid etching technology; Corrosion rate

TG172

A

1671-0460（2012）09-0908-02

泉州师范学院校自选科研基金（No. 2011KJ02）资助项目

2012-07-29

吴允苗（1984-），女，福建泉州人，助教，硕士，2010年毕业于福州大学化学化工学院，研究方向：纳米材料与电化学。E-mail：wuyunmiao@163.com。