用于对钛合金进行电抛光的新型电解液
1.本发明涉及用于对金属表面(特别是工件、特别是由钛或钛合金例如镍钛合金制成的工件)进行电抛光的电解液(electrolyte)。本发明进一步涉及使用该电解液进行电抛光的方法。
2.电化学抛光用于产生高度纯净的金属表面，并使金属表面光滑和去毛刺。在微观范围内的光滑还可实现经这样处理的表面的光亮(shining)。此外，电抛光能够移除在外部材料层中的潜在应力。
3.已知的电解液通常包含强无机酸(例如硫酸)、三氯乙酸、膦酸、或者氨基磺酸(amidosulfonic acid)。由于酸的侵蚀性，因此，基于这些酸的电解液在职业健康和安全性方面存在问题。该缺点不太明显的一个变体是甲磺酸与膦酸的混合物。然而，该变体是非常昂贵的。
4.ep1923490a2介绍了这样的电解液体系，其包含甲磺酸和醇类组分。该醇类组分是通式c
nh2n
(oh)2(其中n＝2-6)的脂族二元醇和通式c
mh2m-1
oh(其中m＝5-8)的非环状醇。在示例性实施方式中，表明，甲磺酸的含量为至少20％。通常，条件是，甲磺酸的含量可高达95％。这样的量从职业健康和安全性的角度来看是非常成问题的，且需要特殊的处理和辨识。此外，高含量的甲磺酸导致高的成本。
5.由此出发，本技术的目的是提供在职业健康和安全性方面没有问题的成本有效的电解液。
6.因此，本发明涉及用于对金属工件(特别是由钛或钛合金制成的金属工件)进行电抛光的电解液，其具有低含量的酸，此外，其能够成本有效地制得。本发明进一步涉及用于电抛光的方法、且涉及本文所提出的电解液用于对金属工件进行电抛光的用途。
7.提出了电解液，其包含以下组分或者由以下组分构成：
[0008]-甲磺酸；和
[0009]-超过一种的多羟基醇。
[0010]
根据本发明，条件是，甲磺酸的含量最高达或低于15体积％。此外，根据本发明，条件是，多羟基醇包含至少一种二元醇以及至少一种高级多元醇，其中，该至少一种二元醇占20至65体积％的含量，并且该至少一种多元醇占20至65体积％的含量。
[0011]
所有的组分加起来为100体积％。
[0012]
这样的电解液不是基于用作溶剂的甲磺酸的，而是仅包括小比例(部分，fraction)的该酸，而多羟基醇则是以大量过量的形式存在。以该方式，可由此避免身体部位或表面上的直接酸烧伤。
[0013]
在本文所提出的电解液的优选实施方式中，甲磺酸占低于10体积％，且特别是1至7体积％。在进一步的实施方式中，本文所提出的电解液具有高于1体积％且低于5体积％的甲磺酸含量。在后一范围内，这样的电解液不再必须带有“腐蚀性”标志，而是仅带有感叹号。在特别优选的实施方式中，本文所提出的电解液具有高于2.5体积％且低于5体积％的甲磺酸含量。由于甲磺酸仅以非常低的比例(fraction)用作部分组分，因此，当谈到成本时，该电解液优于所有其它电解液，这是因为，采用低至1体积％的甲磺酸浓度，也能达到非
常良好的结果。最高达15％的较高含量的甲磺酸产生的优点是电解液的保留时间可保持为高的；然而，由于甲磺酸的高的价格，因此，这样的混合物涉及较高的成本。
[0014]
此外，本文所提出的电解液以20至65体积％的含量包含二元醇。二元醇可为通式c
nh2n
(oh)2(其中n＝2-5)的脂族二元醇。在一个实施方式中，二元醇占30至60体积％的体积百分比。在进一步的实施方式中，二元醇占35至45体积％的体积百分比。在进一步的实施方式中，二元醇占高于50至62.5体积％的体积百分比。二元醇可选自包含以下的组或由以下构成的组：1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、乙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2-戊二醇、1,3-戊二醇、1,4-戊二醇、1,5-戊二醇、2,3-戊二醇、2,4-戊二醇。二元醇优选地选自乙二醇、1,4-丁二醇、和1,2-丙二醇。特别地，后两种二元醇的优点是这些二元醇可作为溶剂廉价地获得且没有传送困难。此外，还可使用主要为液体的二元醇的聚合物作为“二元醇”。特别地，可使用主要为液体的较低级的聚乙二醇(peg)，特别地直至peg 600，例如peg 200、peg 300或peg 400。
[0015]
此外，本文所提出的电解液以20至65体积％的体积百分比包含多元醇。本文中的多元醇是包含超过两个oh基团的醇，即，比二元醇更高级的多元醇。在一个实施方式中，多元醇占30至60体积％的体积百分比。在进一步的实施方式中，多元醇占35至45体积％的体积百分比。在进一步的实施方式中，多元醇占高于50至62.5体积％的体积百分比。最低级的多元醇是丙三醇，但也可使用包括线型c4至c8碳链的高级多元醇。此外，多元醇可选自以下三元醇之一：1,2,3-丁三醇、1,2,4-丁三醇、1,2,5-戊三醇、1,3,4-戊三醇、1,3,5-戊三醇。在一个实施方式中，多元醇选自包括线型c3至c5碳链的三元醇。
[0016]
多元醇(且特别是丙三醇)的优点是电解液呈现更高的粘度。该增大的粘度导致在工件表面上形成稳定的电化学界面。这导致该过程变成扩散控制的过程，该过程原本是通过局部电流密度进行控制的(局部电流密度尤其取决于相对于阴极的距离)。因此，在待处理的工件的任何位置处，所述过程不能变得比金属离子通过电化学界面的扩散速率更快。因此，获得了无缺陷的界面。这意味着可实现最高品质的电抛光。此外，在本文所提出的组分界限中，可通过改变各种多羟基醇的含量来有针对性地设定电解液的粘度，而不改变抛光结果。粘度原本仅可通过添加其它辅助物质来设定。这通过本文所提出的电解液而得以免除(eliminate)。本文所提出的电解液的另一个优点是电解液具有高的耐热性。这也能够用于在升高的温度下实施电抛光过程，从而可显著地降低电抛光过程的持续时间。
[0017]
另一个优点可为本文所使用的材料以液体形式存在且容易地彼此混溶。这使得无需使用额外的溶剂。
[0018]
在优选的实施方式中，多元醇是丙三醇。与仅基于乙二醇的电解液相比，丙三醇的添加允许待抛光的组件的表面相当地更均匀地被移除，很大程度上与相对于阴极的距离无关。当对大量具有丝状结构(filigree structure)的工件进行电抛光时，这是尤其有利的，这是因为，即便是丝状结构的“难以接近”的位置也以与“容易接近”的位置相同的方式被移除。丙三醇的另一个优点是其被相对廉价地获取。在此已经显现出的另一个优点是丙三醇的使用可使钝化区(所谓的平台)的形成最小化。由该缺陷导致的报废率是在经电抛光的工件的5％和10％之间。当使用丙三醇时，不出现该现象。
[0019]
使用丙三醇所显现出的另一个显著优点是，对于具有现有氧化物涂层的工件，也实现成功的抛光，特别是当对丝状(filigree)工件例如支架(stent)进行电抛光时。通常
地，这样的氧化物涂层给完整的电抛光带来障碍，因为氧化物残留物保留在狭窄区域中(例如，在狭窄的支柱曲线(strut curve)中)。为了防止该情况，通常在上游设置移除步骤，例如，经由喷砂。当使用本文所提出的电解液时，能够摒弃这样的预先清洁步骤。
[0020]
此外，本文所提出的电解液具有如下优点：所有的组分都具有非常低的蒸气压，由此仅需要在职业健康和安全性方面的低的要求。
[0021]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0022]-低于或最高达12体积％的甲磺酸；和
[0023]-32-62体积％的二元醇；和
[0024]-26-56体积％的三元醇。
[0025]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0026]-低于或最高达10体积％的甲磺酸；和
[0027]-30-60体积％的二元醇；和
[0028]-30-60体积％的三元醇。
[0029]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0030]-1至7体积％的甲磺酸；和
[0031]-33-60体积％的二元醇；和
[0032]-33-60体积％的三元醇。
[0033]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0034]-1至7体积％的甲磺酸；和
[0035]-33-60体积％的二元醇；和
[0036]-33-60体积％的丙三醇，
[0037]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0038]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0039]-2.5体积％且低于5体积％的甲磺酸；和
[0040]-高于35至60体积％的二元醇；和
[0041]-高于35至60体积％的丙三醇，
[0042]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0043]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0044]-2.5体积％且低于5体积％的甲磺酸；和
[0045]-35-45体积％的二元醇；和
[0046]-高于50体积％至62.5体积％的丙三醇，
[0047]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0048]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0049]-2.5体积％且低于5体积％的甲磺酸；和
[0050]-高于50体积％至62.5体积％的二元醇；和
[0051]-35-45体积％的丙三醇，
[0052]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0053]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0054]-7至12体积％的甲磺酸；和
[0055]-38-63体积％的二元醇；和
[0056]-25-55体积％的丙三醇，
[0057]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0058]
本技术的另一个方面涉及用于由金属制成(且特别是由钛或钛合金制成)的工件的电抛光方法。也可以通过本体系来对其它金属或其合金进行电抛光。可使用铁及其合金以及钴及其合金。本技术的另一个方面特别是用于由镍钛合金、钢、或co-cr合金制成的支架的电抛光方法。这样的方法包括以下步骤：
[0059]-提供本文所提出的电解液；
[0060]-将由金属制成、且特别是由钛或钛合金制成的工件引入到电解液中；
[0061]-将工件与阳极相连；和
[0062]-施加电压。
[0063]
本文所提出的生产方法在施加5和100伏之间的电压时可得到最好的实施。
[0064]
示例性实施方式
[0065]
电解液1：
[0066]
38体积％的乙二醇、57体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0067]
电解液2：
[0068]
57体积％的1,2-丙二醇、38体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0069]
电解液3：
[0070]
57体积％的1,4-丙二醇、38体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0071]
电解液4：
[0072]
57体积％的聚乙二醇200、38体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0073]
电解液5：
[0074]
57体积％的聚乙二醇300、38体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0075]
电解液6：
[0076]
54体积％的1,2-丙二醇、36体积％的丙三醇、10体积％的甲磺酸。
[0077]
通过组合所述组分并强力地混合这些组分来制得电解液。
[0078]
此后，在待抛光的支架与不锈钢阴极(其同样地浸入电解液中)之间施加20至25伏的电压。加工时间取决于所要达到的移除和光泽，且范围在1和3分钟之间。
[0079]
该工艺还可以恒电流的方式进行。引入短暂的工艺中断，避免了表面上可能出现的气泡。
1.本发明涉及用于对金属表面(特别是工件、特别是由钛或钛合金例如镍钛合金制成的工件)进行电抛光的电解液(electrolyte)。本发明进一步涉及使用该电解液进行电抛光的方法。
2.电化学抛光用于产生高度纯净的金属表面，并使金属表面光滑和去毛刺。在微观范围内的光滑还可实现经这样处理的表面的光亮(shining)。此外，电抛光能够移除在外部材料层中的潜在应力。
3.已知的电解液通常包含强无机酸(例如硫酸)、三氯乙酸、膦酸、或者氨基磺酸(amidosulfonic acid)。由于酸的侵蚀性，因此，基于这些酸的电解液在职业健康和安全性方面存在问题。该缺点不太明显的一个变体是甲磺酸与膦酸的混合物。然而，该变体是非常昂贵的。
4.ep1923490a2介绍了这样的电解液体系，其包含甲磺酸和醇类组分。该醇类组分是通式c
nh2n
(oh)2(其中n＝2-6)的脂族二元醇和通式c
mh2m-1
oh(其中m＝5-8)的非环状醇。在示例性实施方式中，表明，甲磺酸的含量为至少20％。通常，条件是，甲磺酸的含量可高达95％。这样的量从职业健康和安全性的角度来看是非常成问题的，且需要特殊的处理和辨识。此外，高含量的甲磺酸导致高的成本。
5.由此出发，本技术的目的是提供在职业健康和安全性方面没有问题的成本有效的电解液。
6.因此，本发明涉及用于对金属工件(特别是由钛或钛合金制成的金属工件)进行电抛光的电解液，其具有低含量的酸，此外，其能够成本有效地制得。本发明进一步涉及用于电抛光的方法、且涉及本文所提出的电解液用于对金属工件进行电抛光的用途。
7.提出了电解液，其包含以下组分或者由以下组分构成：
[0008]-甲磺酸；和
[0009]-超过一种的多羟基醇。
[0010]
根据本发明，条件是，甲磺酸的含量最高达或低于15体积％。此外，根据本发明，条件是，多羟基醇包含至少一种二元醇以及至少一种高级多元醇，其中，该至少一种二元醇占20至65体积％的含量，并且该至少一种多元醇占20至65体积％的含量。
[0011]
所有的组分加起来为100体积％。
[0012]
这样的电解液不是基于用作溶剂的甲磺酸的，而是仅包括小比例(部分，fraction)的该酸，而多羟基醇则是以大量过量的形式存在。以该方式，可由此避免身体部位或表面上的直接酸烧伤。
[0013]
在本文所提出的电解液的优选实施方式中，甲磺酸占低于10体积％，且特别是1至7体积％。在进一步的实施方式中，本文所提出的电解液具有高于1体积％且低于5体积％的甲磺酸含量。在后一范围内，这样的电解液不再必须带有“腐蚀性”标志，而是仅带有感叹号。在特别优选的实施方式中，本文所提出的电解液具有高于2.5体积％且低于5体积％的甲磺酸含量。由于甲磺酸仅以非常低的比例(fraction)用作部分组分，因此，当谈到成本时，该电解液优于所有其它电解液，这是因为，采用低至1体积％的甲磺酸浓度，也能达到非
常良好的结果。最高达15％的较高含量的甲磺酸产生的优点是电解液的保留时间可保持为高的；然而，由于甲磺酸的高的价格，因此，这样的混合物涉及较高的成本。
[0014]
此外，本文所提出的电解液以20至65体积％的含量包含二元醇。二元醇可为通式c
nh2n
(oh)2(其中n＝2-5)的脂族二元醇。在一个实施方式中，二元醇占30至60体积％的体积百分比。在进一步的实施方式中，二元醇占35至45体积％的体积百分比。在进一步的实施方式中，二元醇占高于50至62.5体积％的体积百分比。二元醇可选自包含以下的组或由以下构成的组：1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、乙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2-戊二醇、1,3-戊二醇、1,4-戊二醇、1,5-戊二醇、2,3-戊二醇、2,4-戊二醇。二元醇优选地选自乙二醇、1,4-丁二醇、和1,2-丙二醇。特别地，后两种二元醇的优点是这些二元醇可作为溶剂廉价地获得且没有传送困难。此外，还可使用主要为液体的二元醇的聚合物作为“二元醇”。特别地，可使用主要为液体的较低级的聚乙二醇(peg)，特别地直至peg 600，例如peg 200、peg 300或peg 400。
[0015]
此外，本文所提出的电解液以20至65体积％的体积百分比包含多元醇。本文中的多元醇是包含超过两个oh基团的醇，即，比二元醇更高级的多元醇。在一个实施方式中，多元醇占30至60体积％的体积百分比。在进一步的实施方式中，多元醇占35至45体积％的体积百分比。在进一步的实施方式中，多元醇占高于50至62.5体积％的体积百分比。最低级的多元醇是丙三醇，但也可使用包括线型c4至c8碳链的高级多元醇。此外，多元醇可选自以下三元醇之一：1,2,3-丁三醇、1,2,4-丁三醇、1,2,5-戊三醇、1,3,4-戊三醇、1,3,5-戊三醇。在一个实施方式中，多元醇选自包括线型c3至c5碳链的三元醇。
[0016]
多元醇(且特别是丙三醇)的优点是电解液呈现更高的粘度。该增大的粘度导致在工件表面上形成稳定的电化学界面。这导致该过程变成扩散控制的过程，该过程原本是通过局部电流密度进行控制的(局部电流密度尤其取决于相对于阴极的距离)。因此，在待处理的工件的任何位置处，所述过程不能变得比金属离子通过电化学界面的扩散速率更快。因此，获得了无缺陷的界面。这意味着可实现最高品质的电抛光。此外，在本文所提出的组分界限中，可通过改变各种多羟基醇的含量来有针对性地设定电解液的粘度，而不改变抛光结果。粘度原本仅可通过添加其它辅助物质来设定。这通过本文所提出的电解液而得以免除(eliminate)。本文所提出的电解液的另一个优点是电解液具有高的耐热性。这也能够用于在升高的温度下实施电抛光过程，从而可显著地降低电抛光过程的持续时间。
[0017]
另一个优点可为本文所使用的材料以液体形式存在且容易地彼此混溶。这使得无需使用额外的溶剂。
[0018]
在优选的实施方式中，多元醇是丙三醇。与仅基于乙二醇的电解液相比，丙三醇的添加允许待抛光的组件的表面相当地更均匀地被移除，很大程度上与相对于阴极的距离无关。当对大量具有丝状结构(filigree structure)的工件进行电抛光时，这是尤其有利的，这是因为，即便是丝状结构的“难以接近”的位置也以与“容易接近”的位置相同的方式被移除。丙三醇的另一个优点是其被相对廉价地获取。在此已经显现出的另一个优点是丙三醇的使用可使钝化区(所谓的平台)的形成最小化。由该缺陷导致的报废率是在经电抛光的工件的5％和10％之间。当使用丙三醇时，不出现该现象。
[0019]
使用丙三醇所显现出的另一个显著优点是，对于具有现有氧化物涂层的工件，也实现成功的抛光，特别是当对丝状(filigree)工件例如支架(stent)进行电抛光时。通常
地，这样的氧化物涂层给完整的电抛光带来障碍，因为氧化物残留物保留在狭窄区域中(例如，在狭窄的支柱曲线(strut curve)中)。为了防止该情况，通常在上游设置移除步骤，例如，经由喷砂。当使用本文所提出的电解液时，能够摒弃这样的预先清洁步骤。
[0020]
此外，本文所提出的电解液具有如下优点：所有的组分都具有非常低的蒸气压，由此仅需要在职业健康和安全性方面的低的要求。
[0021]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0022]-低于或最高达12体积％的甲磺酸；和
[0023]-32-62体积％的二元醇；和
[0024]-26-56体积％的三元醇。
[0025]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0026]-低于或最高达10体积％的甲磺酸；和
[0027]-30-60体积％的二元醇；和
[0028]-30-60体积％的三元醇。
[0029]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0030]-1至7体积％的甲磺酸；和
[0031]-33-60体积％的二元醇；和
[0032]-33-60体积％的三元醇。
[0033]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0034]-1至7体积％的甲磺酸；和
[0035]-33-60体积％的二元醇；和
[0036]-33-60体积％的丙三醇，
[0037]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0038]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0039]-2.5体积％且低于5体积％的甲磺酸；和
[0040]-高于35至60体积％的二元醇；和
[0041]-高于35至60体积％的丙三醇，
[0042]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0043]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0044]-2.5体积％且低于5体积％的甲磺酸；和
[0045]-35-45体积％的二元醇；和
[0046]-高于50体积％至62.5体积％的丙三醇，
[0047]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0048]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0049]-2.5体积％且低于5体积％的甲磺酸；和
[0050]-高于50体积％至62.5体积％的二元醇；和
[0051]-35-45体积％的丙三醇，
[0052]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0053]
在一个实施方式中，提出了具有以下组成的电解液：
[0054]-7至12体积％的甲磺酸；和
[0055]-38-63体积％的二元醇；和
[0056]-25-55体积％的丙三醇，
[0057]
其中，二元醇选自乙二醇和1,2-丙二醇。
[0058]
本技术的另一个方面涉及用于由金属制成(且特别是由钛或钛合金制成)的工件的电抛光方法。也可以通过本体系来对其它金属或其合金进行电抛光。可使用铁及其合金以及钴及其合金。本技术的另一个方面特别是用于由镍钛合金、钢、或co-cr合金制成的支架的电抛光方法。这样的方法包括以下步骤：
[0059]-提供本文所提出的电解液；
[0060]-将由金属制成、且特别是由钛或钛合金制成的工件引入到电解液中；
[0061]-将工件与阳极相连；和
[0062]-施加电压。
[0063]
本文所提出的生产方法在施加5和100伏之间的电压时可得到最好的实施。
[0064]
示例性实施方式
[0065]
电解液1：
[0066]
38体积％的乙二醇、57体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0067]
电解液2：
[0068]
57体积％的1,2-丙二醇、38体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0069]
电解液3：
[0070]
57体积％的1,4-丙二醇、38体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0071]
电解液4：
[0072]
57体积％的聚乙二醇200、38体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0073]
电解液5：
[0074]
57体积％的聚乙二醇300、38体积％的丙三醇、5％(5体积％)的甲磺酸。
[0075]
电解液6：
[0076]
54体积％的1,2-丙二醇、36体积％的丙三醇、10体积％的甲磺酸。
[0077]
通过组合所述组分并强力地混合这些组分来制得电解液。
[0078]
此后，在待抛光的支架与不锈钢阴极(其同样地浸入电解液中)之间施加20至25伏的电压。加工时间取决于所要达到的移除和光泽，且范围在1和3分钟之间。
[0079]
该工艺还可以恒电流的方式进行。引入短暂的工艺中断，避免了表面上可能出现的气泡。
再多了解一些
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
