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一种轻质高强度钛 合金眼镜架及其制备方法

阅读：613发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种轻质高强度钛合金眼镜架及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及眼镜架技术领域，尤其是涉及一种轻质高强度钛合金眼镜架及其制备方法。所述眼镜架包括钛合金基架和包覆于钛合金基架表面的防护膜；所述钛合金基架由以下原子百分量的组分组成：铌8-10at％、锆12-15at％、镁2-4at％、铝 9-13at％，余量为钛和不可去除的杂质。本发明的钛合金眼镜架相对于纯钛、钛镍、塑料等其他材质制成的眼镜架，具有轻质高强度、对人体危害小的特点，不但能够增加眼镜架的使用寿命，还能够在一定程度上提升用户的佩戴舒适性。其通过将经过熔炼、锻造等处理过后的钛合金原料进行双重冷拉处理，由此制得的钛合金眼镜架具有轻质高强度的特点，其制备工序简单、操作方便，适合工业化生产。，下面是一种轻质高强度钛合金眼镜架及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种轻质高强度钛合金眼镜架，其特征在于，包括钛合金基架和包覆于钛合金基架表面的防护膜；所述钛合金基架由以下原子百分量的组分组成：铌8-10at％、锆12-15at％、镁2-4at％、铝9-13at％，余量为钛和不可去除的杂质。
2.权利要求1所述的一种轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①、熔炼
按比例进行配料，将铌粉、锆粉、铁粉、铝粉和钛粉放入真空电弧炉内熔炼成合金铸锭；
②、锻造
将合金铸锭置于1120℃-1150℃下保温2-3h进行均匀化，然后进行中间锻造，以2℃/min从1000℃降温至900℃，锻成中间板坯；
③、固溶
将中间板坯置于920-950℃的温度下保温0.5-1h进行固溶，随后以300℃/s的冷却速度进行冷却，得到固溶态合金丝材；
④、初次冷拉
将固溶态合金丝材进行修模去除表面氧化层，再利用拉丝设备进行初次冷拉加工，冷拉变形量达60％后使用清洗剂进行清洗，于100-110℃的温度下烘干；
⑤、热处理
将经初次冷拉后的固态合金丝材置于750-780℃的温度下保温0.5-1h，随后以100℃/s的冷却速度进行冷却，得到热处理合金丝材；
⑥、再次冷拉
将热处理合金丝材进行修磨去除表面氧化层，再利用拉丝设备进行再次冷拉加工，冷拉变形量达60％后使用清洗剂进行清洗，于90-100℃的温度下烘干；
⑦、抛光
将经再次冷拉后的热处理合金丝材使用抛光机进行抛光，随后根据款式设计加工成设定的钛合金基架；
⑧、镀膜
将钛合金基架抛光后置于电镀液中，采用电镀法在钛合金基架的表面包覆上防护膜，再经清水清洗后，于100-110℃的温度下烘干，即得最终的轻质高强度钛合金眼镜架。
3.根据权利要求2所述的一种轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，其特征在于，步骤④和步骤⑥中，所述清洗剂为THIF-311低泡清洗剂的水溶液，且THIF-311低泡清洗剂与水的重量比为(2-2.5):100。
4.根据权利要求2所述的一种轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，其特征在于，步骤④中，所述固溶态合金丝材经初次冷拉后的直径为10-12mm。
5.根据权利要求4所述的一种轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，其特征在于，步骤⑥中，所述热处理合金丝材经再次冷拉后的直径为3-4mm。
6.根据权利要求2所述的一种轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，其特征在于，步骤⑦中，所述钛合金基架为半框式结构。
7.根据权利要求2所述的一种轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，其特征在于，步骤⑧中，所述防护膜为锌镀膜。
8.根据权利要求7所述的一种轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，其特征在于，步骤⑧中，所述锌镀膜设置有三层。

说明书全文

一种轻质高强度钛 合金眼镜架及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及眼镜架技术领域，尤其是涉及一种轻质高强度钛合金眼镜架及其制备方法。

背景技术

[0002] 现在近视的人越来越多，眼镜成了很多人的日常必需品，眼镜架是眼镜的重要组成部件。用户佩戴眼镜时，由于眼镜架长时间压迫鼻梁，易导致篦子发生变形，也影响了佩戴的舒适性。

[0003] 钛合金具有轻质、耐腐蚀性和生物相容性优良的特性，已经在国民经济和社会生活的许多领域广泛应用，例如在国内眼镜市场，使用了纯钛、钛镍等多种钛合金用于制造眼镜架组件。其中，纯钛价格较低，但存在材质柔软、弹性不足的缺点；钛镍虽然具有优异的超弹性，但其价格昂贵，且镍是重金属元素，因此对人体有一定的危害。

[0004] 为此，研发一种轻质高强度又对人体危害较小的钛合金眼镜架，是目前急需解决的技术难题。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种轻质高强度钛合金眼镜架，其具有轻质高强度、对人体危害较小的特点，不但能够增加眼镜架的使用寿命，还能够在一定程度上提升用户的佩戴舒适性。

[0006] 本发明的目的之二是提供一种轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，其将经过熔炼、锻造等处理过后的钛合金原料进行双重冷拉处理，由此制得的钛合金眼镜架具有轻质高强度的特点，其制备工序简单、操作方便，适合工业化生产。

[0007] 本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种轻质高强度钛合金眼镜架，包括钛合金基架和包覆于钛合金基架表面的防护膜；
所述钛合金基架由以下原子百分量的组分组成：铌8-10at％、锆12-15at％、镁2-4at％、铝
9-13at％，余量为钛和不可去除的杂质。

[0008] 通过采用上述技术方案，本申请中，钛是一种过渡金属，将其作为眼镜架的基材，相对于塑料、树脂、金属等其他材质制成的眼镜架，具有重量轻、强度高的特点。

[0009] 铌具有极好的抗蚀性，不会与人体产生液体如汗液发生作用，虽然铌在单质状态下的熔点较高(2,468℃)，但其密度却比其他难熔金属低。另外，铌添加至本申请的钛合金基架中，能够与其中的碳、氮、硫等不可去除的杂质结合，改变钛合金的显微结构，从而有效改善钛合金的力学性能。

[0010] 锆是稀有金属，具有优异的抗腐蚀性、极高的硬度和强度，将其添加至钛中，不但能够有效提高钛合金基架的机械强度，还能细化晶粒，提高钛合金基架的加工塑性。

[0011] 镁和铝均具有良好的延展性，其一方面能够有效提高钛合金的加工塑性，另一方面能降低钛合金的熔融温度，降低钛合金基架的生产成本。本申请中锆还能对镁铝合金的抗拉强度和加工性能加以改善，进一步提高钛合金基架的机械强度。

[0012] 另外，钛、铌、锆、镁和铝的密度均较小，且对人体的危害极小；防护膜为膜结构，其重量占比小但能对钛合金基架表面加以有效保护，增加钛合金的抗氧化性和耐腐蚀性；由此制得的眼镜架相对于纯钛、钛镍、塑料等其他材质制成的眼镜架，具有轻质高强度、对人体危害小的特点，不但能够增加眼镜架的使用寿命，还能够在一定程度上提升用户的佩戴舒适性。

[0013] 本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，包括以下步骤：
①、熔炼
按比例进行配料，将铌粉、锆粉、铁粉、铝粉和钛粉放入真空电弧炉内熔炼成合金铸锭；
②、锻造
将合金铸锭置于1120℃-1150℃下保温2-3h进行均匀化，然后进行中间锻造，以2℃/min从1000℃降温至900℃，锻成中间板坯；
③、固溶
将中间板坯置于920-950℃的温度下保温0.5-1h进行固溶，随后以300℃/s的冷却速度进行冷却，得到固溶态合金丝材；
④、初次冷拉
将固溶态合金丝材进行修模去除表面氧化层，再利用拉丝设备进行初次冷拉加工，冷拉变形量达60％后使用清洗剂进行清洗，于100-110℃的温度下烘干；
⑤、热处理
将经初次冷拉后的固态合金丝材置于750-780℃的温度下保温0.5-1h，随后以100℃/s的冷却速度进行冷却，得到热处理合金丝材；
⑥、再次冷拉
将热处理合金丝材进行修磨去除表面氧化层，再利用拉丝设备进行再次冷拉加工，冷拉变形量达60％后使用清洗剂进行清洗，于90-100℃的温度下烘干；
⑦、抛光
将经再次冷拉后的热处理合金丝材使用抛光机进行抛光，随后根据款式设计加工成设定的钛合金基架；
⑧、镀膜
将钛合金基架抛光后置于电镀液中，采用电镀法在钛合金基架的表面包覆上防护膜，再经清水清洗后，于100-110℃的温度下烘干，即得最终的轻质高强度钛合金眼镜架。

[0014] 通过采用上述技术方案，本申请经过上述熔炼、锻造、固溶的操作实现钛合金各组分的均匀混合，随后再经过双重冷拉技术和抛光操作，使得制得的钛合金基架具有良好的机械强度，最后再对钛合金基架表面进行电镀覆膜，以此对钛合金基架加以有效保护，增加眼镜架使用寿命。上述制备工序简单、操作方便，适用于钛合金眼镜架的工业化生产。

[0015] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：步骤④和步骤⑥中，所述清洗剂为THIF-311低泡清洗剂的水溶液，且THIF-311低泡清洗剂与水的重量比为(2-2.5):100。

[0016] 通过采用上述技术方案，THIF-311低泡清洗剂是由多种表面活性剂、渗透剂及助剂复配而成，具有超强的渗透、乳化、分散、剥离功能，是市售产品。其对人体安全且不含磷酸盐，可被生物降解，因此对环境安全，减少了钛合金眼镜架在制备过程中对环境以及操作人员的危害。另外，THIF-311低泡清洗剂对本申请的金属材料无腐蚀性，使用本申请的重量比配比而成的清洗剂能够有效去除钛合金基架表面的杂质，便于后期更好的进行镀膜操作。

[0017] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：步骤④中，所述固溶态合金丝材经初次冷拉后的直径为10-12mm。

[0018] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：步骤⑥中，所述热处理合金丝材经再次冷拉后的直径为3-4mm。

[0019] 通过采用上述技术方案，本申请若是初次冷拉的直径低于10mm，其在再次冷拉时会出现断裂的情况，若是该初次冷拉的直径高于12mm，其再次冷拉的能耗则会有所增加，因此本申请将初次冷拉的直径设定在10-12mm，既能保证再次冷拉的效果又能降低其冷拉的成本。

[0020] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：步骤⑦中，所述钛合金基架为半框式结构。

[0021] 通过采用上述技术方案，半框式结构可以进一步降低眼镜架的重量，从而提高用户的佩戴舒适性。

[0022] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：步骤⑧中，所述防护膜为锌镀膜。

[0023] 通过采用上述技术方案，由于锌在干燥空气中不易变化，并且在潮湿环境下能产生一种碳式碳酸锌薄膜，这种薄膜能够较好保护内部钛合金基架不被腐蚀损坏。另外，电镀形成的镀锌膜锌纯度较高，致密性优良，其在一定程度上具有一定的抑菌性能，同时具有良好的金属光泽度，由此制得的眼镜架具有优良的抗菌性和美观度。

[0024] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：步骤⑧中，所述锌镀膜设置有三层。

[0025] 通过采用上述技术方案，在钛合金基架表面进行三次镀膜处理，以此具有足够的致密性和厚度，能够更好的对钛合金基架加以防护。

[0026] 综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：1.本申请的钛合金眼镜架相对于纯钛、钛镍、塑料等其他材质制成的眼镜架，具有轻质高强度、对人体危害小的特点，不但能够增加眼镜架的使用寿命，还能够在一定程度上提升用户的佩戴舒适性；
2.本申请通过将经过熔炼、锻造等处理过后的钛合金原料进行双重冷拉处理，由此制得的钛合金眼镜架具有轻质高强度的特点，其制备工序简单、操作方便，适合工业化生产；
3.本申请的钛合金眼镜架采用半框式结构，可以进一步降低眼镜架的重量，从而提高用户的佩戴舒适性；
4.本申请在钛合金基架表面进行三次镀膜处理，以此具有足够的致密性和厚度，能够更好的对钛合金基架加以防护。
附图说明

[0027] 图1是制备轻质高强度钛合金眼镜架的工艺流程图；图2是制备轻质高强度钛合金眼镜架的具体工艺流程图。

具体实施方式

[0028] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0029] 1、实施例1.1、实施例1
一种轻质高强度钛合金眼镜架，包括钛合金基架和包覆于钛合金基架表面的防护膜；
所述钛合金基架为半框式结构(亦可做成全框式，具体根据设计加以制备)，由以下原子百分量的组分组成：铌9at％、锆13at％、镁3at％、铝12at％，余量为钛和不可去除的杂质；防护膜为镀锌膜，且设置有三层。

[0030] 上述轻质高强度钛合金眼镜架的制备方法，参见图1和图2，包括以下步骤：①、熔炼
按比例进行配料，将铌粉、锆粉、铁粉、铝粉和钛粉放入真空电弧炉内熔炼成合金铸锭；
②、锻造
将合金铸锭置于1130℃下保温2.5h进行均匀化，然后进行中间锻造，以2℃/min从1000℃降温至900℃，锻成中间板坯；
③、固溶
将中间板坯置于940℃的温度下保温0.8h进行固溶，随后以300℃/s的冷却速度进行冷却，得到固溶态合金丝材；
④、初次冷拉
将固溶态合金丝材进行修模去除表面氧化层，再利用拉丝设备进行初次冷拉加工，冷拉变形量达60％后使用清洗剂进行清洗，于105℃的温度下烘干，初次冷拉后的直径为
11mm；
⑤、热处理
将经初次冷拉后的固态合金丝材置于760℃的温度下保温0.8h，随后以100℃/s的冷却速度进行冷却，得到热处理合金丝材；
⑥、再次冷拉
将热处理合金丝材进行修磨去除表面氧化层，再利用拉丝设备进行再次冷拉加工，冷拉变形量达60％后使用清洗剂进行清洗，于95℃的温度下烘干，再次冷拉后的直径为
3.5mm；
⑦、抛光
将经再次冷拉后的热处理合金丝材使用抛光机进行抛光，随后根据款式设计加工成设定的钛合金基架；
⑧、镀膜
将钛合金基架抛光后置于电镀液中，采用电镀法在钛合金基架的表面包覆上防护膜，再经清水清洗后，于105℃的温度下烘干，即得最终的轻质高强度钛合金眼镜架；
其中，步骤④和步骤⑥中，清洗剂为THIF-311低泡清洗剂的水溶液，且THIF-311低泡清洗剂与水的重量比为2:100。

[0031] 1.2、实施例2-4实施例2-4均在实施例1的方法基础上，对钛合金基架的组分加以调整，具体调整情况参见下表一。
表一实施例1-4的钛合金基架组分参数表
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
铌 9 8 10 9
锆 13 15 12 15
镁 3 2 4 3
铝 12 13 9 10
钛及杂质 63 62 65 63

[0032] 1.3、实施例5-9实施例5-9均在实施例1的方法基础上，对眼镜架的制备工艺参数加以调整，具体调整情况参见下表二。
表二实施例1、5-9的钛合金基架组分参数表
实施例1 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
锻造温度/℃ 1130 1150 1120 1130 1130 1130
锻造时间/h 2.5 2 3 2.5 2.5 2.5
固溶温度/℃ 940 920 950 940 940 940
固溶时间/h 0.8 1 0.5 0.8 0.8 0.8
初次烘干温度/℃ 105 100 110 105 105 105
初次冷拉直径/mm 11 10 12 8 11 11
热处理温度/℃ 760 780 750 760 760 760
热处理时间/h 0.8 0.5 1 0.8 0.8 0.8
再次烘干温度/℃ 95 100 90 95 95 95
再次冷拉直径/mm 3.5 4 3 3.5 3.5 3.5
防护膜镀锌膜镀锌膜镀锌膜镀锌膜镀铜膜镀锌膜
层数/层 3 3 3 3 3 2

[0033] 1.4、实施例10-12实施例10-12均在实施例1的方法基础上，对清洗剂加以调整。其中，实施例10的清洗剂为THIF-311低泡清洗剂，且THIF-311低泡清洗剂与水的重量比为2.5:100。实施例11的清洗剂为THIF-311低泡清洗剂，且THIF-311低泡清洗剂与水的重量比为2.3:100。实施例的清洗剂为金属低泡清洗剂-PLT107，且金属低泡清洗剂-PLT107与水的重量比为2:100。

[0034] 2、对比例12.1、对比例1
对比例1中眼镜架的钛合金基架由纯钛锭制成，该纯钛锭购自宝鸡胜邦钛业有限公司，牌号为TA2。

[0035] 2.2、对比例2对比例2中眼镜架的钛合金基架由镍钛合金锭制成，该镍钛合金锭购自宝鸡市海鹏金属材料有限公司，牌号为TINI。

[0036] 2.3、对比例3对比例3在实施例1的方法基础上，采用单次冷拉技术，即直接将固溶态合金丝材一次冷拉至直径为4mm。

[0037] 3、性能检测将上述实施例1-12以及对比例1-3进行如下性能测定，测定结果参见下表三。

[0038] 3.1、密度：采用固体密度计进行测定。

[0039] 3.2、机械强度：按照GB/T 228.2-2015的标准测定金属材料的拉伸试验，测定温度为800℃。

[0040] 3.3、抑菌性：按照GB/T 21866-2008的标准进行测定，用抗菌率表示。表三实施例1-12、对比例1-3的检测结果

[0041] 参见表三，将实施例1-12与对比例1-3的检测结果进行比较，可以得到，本申请的钛合金眼镜架相对于纯钛、钛镍、塑料等其他材质制成的眼镜架，具有轻质高强度、对人体危害小的特点，不但能够增加眼镜架的使用寿命，还能够在一定程度上提升用户的佩戴舒适性。

[0042] 将实施例1与实施例7的检测结果进行比较，可以得到，本申请的钛合金眼镜架在初次冷拉过程中控制直径在10-12mm，以此能够获得机械强度更为优异的钛合金眼镜架。

[0043] 将实施例1与实施例8-9的检测结果进行比较，可以得到，防护膜使用镀锌膜以及三层设置，以此具有足够的致密性和厚度，能够更好的对钛合金基架加以防护，能够进一步提高钛合金眼镜架的抗菌性，因此将其作为优选。

[0044] 将实施例1与实施例10-12的检测结果进行比较，可以得到，当清洗剂为THIF-311低泡清洗剂的水溶液，且THIF-311低泡清洗剂与水的重量比为(2-2.5):100时，能够有效去除钛合金基架表面的杂质，便于后期更好的进行镀膜操作，以此制得的钛合金眼镜架具有更为优异的机械性能和抑菌性。

[0045] 本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

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