在鋁及其合金陽極氧化膜孔內和表面鑲嵌納米金屬的方法
2024-02-12 07:10:15
專利名稱：在鋁及其合金陽極氧化膜孔內和表面鑲嵌納米金屬的方法
技術領域：
本發明涉及一種多孔氧化鋁孔內和表面電沉積鑲嵌納米金屬的新方法，主要針對鋁及其 合金在陽極氧化工序後，採用交流變壓的方式在多孔陽極氧化膜內和表面均勻地鑲嵌納米金 屬覆蓋層，以改善多孔氧化鋁板的導電性和耐蝕性，擴展其應用範圍。
背景技術：
鋁及其合金由於具有電導率高、導熱性能好、延展性能優異等諸多優點，在多個行業中 得到廣泛的應用。鋁極其活潑，在應用時需要對其進行表面處理。
鋁及其合金的陽極氧化膜硬度高、絕緣性好、耐磨、耐蝕性優良、結合力強、抗熱性優 於鋁合金基體，且具有很強的吸附性和良好的光學特性。在現代工業中，鋁及其合金常通過 陽極氧化，得到多孔、耐蝕、耐磨的三氧化二鋁膜。通過改變陽極氧化工藝條件，可增加膜 的硬度，提高膜的耐蝕性和耐磨性，並增強鋁及其合金材料的絕緣性。所以鋁合金經陽極氧 化後，在建築業、航空航天業、交通運輸業、膜分離領域及許多高尖端領域得到廣泛地應用。 然而，多孔的氧化鋁板通常都不導電，這在一定程度上限制了氧化後鋁板的應用。
發明內容
由於鋁板是難鍍金屬，要想得到導電的鋁板，通常需要在經過前處理後的鋁板表面先沉 積適當的過渡層再沉積需要電鍍的金屬，這樣導致操作上難以控制，在此背景下，本發明採 用交流變壓的方式交流沉積方式在多孔陽極氧化膜的孔內和表面同時沉積納米金屬，並通過 控制工藝在較短時間內得到納米金屬覆蓋的保護層。
本發明的目的是提供一種在鋁及其合金的多孔陽極氧化膜內和表面鑲嵌Oi、Ni、Ag、Ni-Ag 等納米金屬覆蓋層的製備方法。
本發明的技術方案是整個工藝流程見圖1，具體操作步驟為-
(1)前處理 I 、鹼洗除油-
鋁板試樣在70 75'C的50g/L NaOH溶液中浸泡5min;
II、 水洗
鹼洗除油後試樣在5(TC以上的熱水中洗滌30s，再放入室溫的去離子中水洗30s;
III、 中和出光
水洗後試樣放入室溫30%的HN0s水溶液中和30s，取出後用室溫下的去離子水洗反覆衝洗；
(2) 陽極氧化處理 採用常規的氧化方法或者降壓氧化，其中降壓氧化處理如下
利用直流穩壓電源，將處理後鋁板放入100g/L的磷酸溶液進行直流氧化，用鋁絲做掛具， 陰極採用碳板，平行放置在試樣的兩側，陰陽極面積比為1.5 2.0，在60V的起始氧化電壓 下停留15min後開始降壓氧化，降壓梯度為5V/10min,直到電位降到10V為止；
(3) 交流變壓沉積
在含有銅離子、鎳離子或銀離子中的一種或兩種及相應的輔助劑的溶液中，以碳板和鋁 片為電極，在交流電源下，從3 6伏開始升壓，每次升0.5 1.0V,沉積2min，至lj 5 15V 時停止；
(4) 清洗處理
將鑲嵌完金屬後的鋁板，用去離子水反覆衝洗，直到試樣表面不再殘留有溶液為止。 所述的鋁板為多種鋁板氧化後的多孔板。
無論是硫酸、磷酸、或混酸形成的多孔氧化膜，儘量使氧化膜厚度降低。對於孔徑較小 的多孔膜，適當的時候需要進行擴孔。
本發明交流變壓沉積Cu、Ni或Ag時使用的溶液分別是5 25 g/LCuS04'5H20+8 25 g/L H2SO4+10 30g/LMgSO4.7H2O溶液，30 50g/LNiSO4.6H2O+20 35g/LH3BO3+15 22g/L MgS04.7H20，或l 8g/LAgNO3 + 10 20g/LH2SO4+18 25g/LMgSO4.7H2O。為便於沉積， 需要將溶液控制在偏酸性。
本發明所採用的交流電源為50赫茲的市用正弦交流電，所用的變壓範圍為2 15伏。對 Cu、 Ni、 Ag的單獨沉積，優選的變壓範圍分別為8 10伏；6 12和4 6伏。
本發明交流變壓沉積Cu、 Ni或Ag時可採用氧化後的鋁件作為工作電極，對電極可選用 鉛板，不鏽鋼板，鈦板，最好是石墨板。
本發明的有益效果是操作簡單，鋁及其合金在陽極氧化前只需行簡單的處理即可進行 陽極氧化，而不需要改變陽極氧化的工藝參數，氧化後的鋁板在含有需要鑲嵌金屬的水溶液 中進行短時間交流變壓的方式進行電沉積，即能獲得所需的納米金屬覆蓋層，該覆蓋層改善 了多孔氧化鋁板的導電性和耐蝕性，擴展了其應用範圍。
圖1為本發明的工藝流程圖2為多孔鋁板電沉積銅後的EPMA圖3為多孔鋁板電沉積銅後的EDX圖；圖4為多孔鋁板電沉積鎳後的EDX圖；
具體實施例方式
實施實例1
多孔鋁板電沉積銅膜。取厚lmm的鋁合金Lyl2,機加工成50mmX30ram的矩形片，然後 進行如下操作
(1) 前處理
鹼洗除油(NaOH 50g/L、 70 75°C、 5min)—熱水洗(5(TC以上、30s)—去離子水洗(室 溫、30s)—中和出光(HN03 30%、室溫、30s)—去離子水洗(室溫、30s);
(2) 陽極氧化處理
採用直流電源進行降壓氧化，用鋁絲做掛具，掛具與鋁板接觸緊密牢固，陰極採用碳板， 平行放置在試樣的兩側，陰陽極面積比為1.5 2.0，在60V的起始氧化電壓下停留15rain後 開始降壓氧化，降壓梯度為5V/10min,直到電位降到10V為止；
(3) 交流變壓沉積
在含有Cu離子的電解質中，以碳板和鋁片為電極進行沉積，在交流電源下，從3伏開 始升壓，每次升0.5 1.0V,沉積2min，到10V時停止；
(4) 清洗處理
沉積完成後，將式樣用去離子水反覆衝洗後吹乾。
實施實例2
多孔鋁板電沉積鎳膜。取厚lmm的鋁合金Lyl2，機加工成50mmX30mm的矩形片，然後 進行如下操作
(1) 前處理
鹼洗除油(NaOH 50g/L、 70~75°C、 5min)—熱水洗(5(TC以上、30s)—去離子水洗(室 溫、30s)—中和出光(剛03 30%、室溫、30s)—去離子水洗(室溫、30s);
(2) 陽極氧化處理
採用直流電源進行降壓氧化，用鋁絲做掛具，掛具與鋁板接觸緊密牢固，陰極採用碳板, 平行放置在試樣的兩側，陰陽極面積比為1.5 2.0。在60V的起始氧化電壓下停留15min後 開始降壓氧化，降壓梯度為5V/10min，直到電位降到10V為止；
(3) 交流變壓沉積
在含有Ni離子的電解液中，以碳板和鋁片為電極進行沉積，在交流電源下，從3V開始
升壓，每次升0.5 1.0V，沉積2min,至U2V左右停止；(4)清洗處理 沉積完成後，將式樣用去離子水反覆衝洗後吹乾。
實施實例3
多孔鋁板電沉積銀膜。取厚lmm的鋁合金Ly12，機加工成50mmX30mm的矩形片，然後 進行如下操作
(1) 前處理
鹼洗除油(NaOH 50g/L、 70 75°C、 5min)—熱水洗(5(TC以上、30s)—去離子水洗(室 溫、30s)—中和出光(朋03 30%、室溫、30s)—去離子水洗(室溫、30s);
(2) 陽極氧化處理
採用直流電源進行降壓氧化，用鋁絲做掛具，陰極採用碳板，平行放置在試樣的兩側， 陰陽極面積比為1.5 2.0，在60V的起始氧化電壓下停留15min後開始降壓氧化，降壓梯度 為5V/10min,直到電位降到10V為止；
(3) 交流變壓沉積
在含有Ag離子的電解質溶液中，以碳板和鋁片為電極進行沉積，在交流^源下，從3V 開始升壓，每次升0.5 1.0V，沉積2min，到6 8V左右停止；
(4) 清洗處理
沉積完成後，將式樣用去離子水反覆衝洗後吹乾。
權利要求
1.在鋁及其合金陽極氧化膜孔內和表面鑲嵌納米金屬的方法，其特徵在於，該方法的具體操作步驟為(1)前處理I、鹼洗除油鋁板試樣在70～75℃的50g/L NaOH溶液中浸泡5min；II、水洗鹼洗除油後試樣在50℃以上的熱水中洗滌30s，再放入室溫的去離子中水洗30s；III、中和出光水洗後試樣放入室溫30％的HNO3水溶液中和30s，取出後用室溫下的去離子水洗反覆衝洗；(2)陽極氧化處理採用常規的氧化方法或者降壓氧化，其中降壓氧化處理操作如下利用直流穩壓電源，將處理後鋁板放入100g/L的磷酸溶液進行直流氧化，用鋁絲做掛具，陰極採用碳板，平行放置在試樣的兩側，陰陽極面積比為1.5～2.0，在60V的起始氧化電壓下停留15min後開始降壓氧化，降壓梯度為5V/10min，直到電位降到10V為止；(3)交流變壓沉積在含有鑲嵌納米金屬離子和輔助劑的溶液中，以碳板和鋁片為電極，在交流電源下，從3～6伏開始升壓，每次升0.5～1.0V，沉積2min，到5～15V時停止；(4)清洗處理將鑲嵌完金屬後的鋁板，用去離子水反覆衝洗，直到試樣表面不再殘留有溶液為止。
2. 根據權利要求1所述的在鋁及其合金陽極氧化膜孔內和表面鑲嵌納米金屬的方法，其 特徵在於，所述的鑲嵌納米金屬是銅、鎳或銀中的一種或兩種。
3. 根據權利要求1所述的在鋁及其合金陽極氧化膜孔內和表面鑲嵌納米金屬的方法，其特徵在於，所述的鑲嵌納米金屬離子銅、鎳或銀的濃度分別為5 25g/LCuS04'5H20、 30 50g/LMS(V6H2O或l 8g/LAgN03。
4. 根據權利要求1所述的在鋁及其合金陽極氧化膜孔內和表面鑲嵌納米金屬的方法，其 特徵在於,所述的交流變壓沉積採用的交流電源為50赫茲的市用正弦交流電，變壓範圍為2 15伏，當單獨鑲嵌銅、鎳或銀時，相應的變壓範圍分別為8 10伏、6 12或4 6伏。
5. 根據權利要求1所述的在鋁及其合金陽極氧化膜孔內和表面鑲嵌納米金屬的方法，其 特徵在於，所述的輔助劑對應於銅、鎳或銀分別是H2S04+MgS04、 MgS04+H3B03或H2S04 +MgS04。
6. 根據權利要求1或5所述的在鋁及其合金陽極氧化膜孔內和表面鑲嵌納米金屬的方法， 其特徵在於，所述的對應於銅、鎳或銀的輔助劑的濃度分別為8 25g/LH2SO4+10 30g/L MgS04.7H20， 20 35g/L H3B03+15 22g/L MgS04'7H20或10 20g/L H2S04+18 25g/L MgS04.7H200
7. 根據權利要求1所述的在鋁及其合金陽極氧化膜孔內和表面鑲嵌納米金屬的方法，其 特徵在於，所述的鋁板為多種鋁板氧化後的多孔板。
全文摘要
本發明涉及一種多孔氧化鋁孔內和表面電沉積鑲嵌納米金屬的新方法，該方法通過簡單的方法對鋁板除油、脫脂前處理後，進行陽極氧化，為進一步提高沉積效果，可以採用常規的氧化方法，也可以採用降壓氧化。然後鑲嵌納米金屬層，具體是將經過陽極氧化處理的鋁板放入到配製好的分別含有一定濃度的銅離子、鎳離子、銀離子等的溶液中，在一定溫度下採用交流變壓沉積的方法沉積納米金屬層，沉積一定時間後，取出衝洗、吹乾。該方法操作簡單，改善了多孔氧化鋁板的導電性和耐蝕性，擴展了其應用範圍。
文檔編號C25D11/20GK101660188SQ200810228060
公開日2010年3月3日 申請日期2008年10月11日 優先權日2008年10月11日
發明者坤 梁, 梁成浩, 黃乃寶 申請人:大連海事大學