一種鋁合金表面負載二氧化鈦納米管薄膜的製備方法

2023-10-04 06:52:49 1

專利名稱：一種鋁合金表面負載二氧化鈦納米管薄膜的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁合金負載TiO2納米管薄膜的製備方法，更具體的說，利用鋁合 金基底陽極氧化鋁(AAO)模板液相沉積二氧化鈦納米管薄膜，屬於納米薄膜領域。
背景技術：
鋁及鋁合金具有比重小、導電性好、耐蝕性強、散熱性能好、比強度高和易於進行 多種加工等特點，使其在各行業得到廣泛應用。全世界鋁消耗量高達23000kt/a以上，成為 僅次於鋼鐵的第二大金屬材料。由於科學技術的不斷進步，鋁的優良性能不斷地被認識和 利用，其用途日益擴大，除在建築工業、包裝工業上已取得巨大成功外，目前汽車上擴大用 鋁已成為全球的潮流。而且，鋁由於比塑料、玻璃鋼等材料更易於回收處理的特性，使其在 當今推崇保護環境、淨化人類生存空間的時代中，倍受綠色環保人士的青睞。鋁合金的大量使用使得其許多新型性能應用倍受關注(1)自清潔性能，將其應 用於鋁合金器具和構件表面，能夠在光催化條件下，清除有機汙物，分解有害氣體。(2)優良 的光催化殺菌性能，因此在3C類，包裝類、建築材料等鋁合金產品上能夠在有光的條件下 自催化，殺死細菌、病毒。(3)超親水性能，鋁合金表面所製備的TiO2納米管結構，在空調鋁 箔等特殊鋁合金功能用途上有較大運用。因而從實用性角度看，如何改性鋁合金表面，製備 功能性鋁合金成為研究重點。目前關於鋁合金上負載二氧化鈦納米薄膜的研究鮮有報導，專利CN1896311A提 供了一種鎂合金表面直接納米二氧化鈦複合鍍的方法。這種將納米二氧化鈦通過鍍液分 散直接塗覆在鎂合金基底的方法簡單易操作，但是其與基底的接觸屬於物理結合，結合力 較差，不適宜鋁合金的大量應用。專利CN101623658A提供了一種在鋁基底上通過氧化陽極 氧化鋁模板(AAO)原位生長製備二氧化鈦和二氧化矽複合納米管陣列薄膜的方法，這種方 法在純鋁基底上進行製備，其與薄膜結合較好，屬於化學結合，但是鋁合金與純鋁有較大差 別，限制了其應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種鋁合金表面製備二氧化鈦納米管薄膜的方法，在鋁合金 表面原位製備二氧化鈦納米管薄膜，使鋁合金表面具有光降解自清潔性能，工藝簡單，易於 大面積生產。本發明所提供的製備方法，其特徵在於，包含以下步驟(1)採用高氯酸和乙醇體積比1 2-4的溶液在5V-20V下對鋁合金試樣進行 0. 5-3分鐘電化學拋光；(2)對鋁合金試樣進行陽極氧化處理製備的氧化鋁納米管陣列，所採用電解質溶 液為濃度為0. 1-1. 5M H3P04或0. 1-1. 5M H3P04和濃度為0. 1-1. 5M H2S04的混合溶液，體 積比是5 1-1 1，氧化電壓20-100V，溫度0-30°C，氧化時間4-12h ；(3)將由陽極氧化所製備的氧化鋁納米管陣列(AAO)作為模板，用去離子水清洗並烘乾後備用；(4)製備0. 05-0. 5M的(NH4) 2TiF6的液相沉積溶液；(5)將陽極氧化鋁納米管陣列(AAO)模板置於液相沉積溶液中靜置沉積 15-30min，溫度為20_40°C，取出用去離子水清洗，烘乾；(6)將沉積後的薄膜在400-600°C進行熱處理保溫2_4h，然後隨爐冷卻至室溫，制 備完成。本發明的有益效果是在鋁合金表面直接氧化原位反應生成了 T^2納米管薄膜具有如下特點(1)自清 潔性能，將其應用於鋁合金器具和構件表面，能夠在光催化條件下，清楚有機汙物，分解有 害氣體。( 優良的光催化殺菌性能，因此在3C類，包裝類、建築材料等鋁合金產品上能夠 在有光的條件下自催化，殺死細菌、病毒。( 超親水性能，鋁合金表面所製備的TiO2納米 管結構不需光照即具備優異的超親水性能，本發明納米管薄膜不僅具有良好的耐磨性，同 時還具有優異的光催化抑菌、超親水以及自清潔性能，在空調鋁箔等特殊鋁合金功能用途 上有較大運用。


圖1 實施例3鋁合金表面二氧化鈦納米管薄膜的掃描電鏡正視圖(SEM)圖2 實施例3鋁合金表面二氧化鈦納米管薄膜的接觸角圖；(a)未沉積二氧化鈦納米管薄膜(b)沉積二氧化鈦納米管薄膜。
具體實施例方式實施例1 採用高氯酸和乙醇體積比1 2的溶液在5V電壓下對1100牌號鋁合金試樣進行 0. 5min電化學拋光。對鋁合金進行陽極氧化處理，採用濃度為0. IM的H3PO4為電解質溶液， 氧化電壓20V，溫度30°C，氧化時間4h。將陽極氧化後生長了陽極氧化鋁納米管陣列模板 (AAO)的鋁基片取出用去離子水清洗後備用。製備0. 5M(NH4)2TiF6液相沉積溶液，並充分攪 拌，置於30°C水浴中備用。將AAO模板浸入(NH4)2TiF6溶液中沉積15min後取出，用去離子 水清洗並烘乾。隨後升溫400°C下保溫池隨爐冷卻至室溫。鋁合金表面二氧化鈦納米管薄 膜用於降解甲基藍溶液數值見表2。實施例2 採用高氯酸和乙醇體積比1 2的溶液在IOV電壓下對1235牌號鋁合金試樣進 行Imin電化學拋光。對鋁合金進行陽極氧化處理，採用濃度為0. 2M的H3PO4為電解質溶 液，氧化電壓40V，溫度20°C，氧化時間他。將陽極氧化後生長了陽極氧化鋁納米管陣列模 板(AAO)的鋁基片取出用去離子水清洗後備用。製備0. IM(NH4)2TiF6液相沉積溶液，並充 分攪拌，置於35°C水浴中備用。將AAO模板浸入(冊4)21^6溶液中攪拌沉積20min後取出， 用去離子水清洗並烘乾。隨後升溫500°C下保溫池隨爐冷卻至室溫。鋁合金表面二氧化鈦 納米管薄膜用於降解甲基藍溶液數值見表2。實施例3 採用高氯酸和乙醇體積比1 3的溶液在IOV電壓下對3003牌號鋁合金試樣進行Imin電化學拋光。對鋁合金進行陽極氧化處理，採用濃度為IM的H3PO4為電解質溶液， 氧化電壓60V，溫度20°C，氧化時間10h。將陽極氧化後生長了陽極氧化鋁納米管陣列模板 (AAO)的鋁基片取出用去離子水清洗後備用。製備0.05M(NH4)2TiFjf相沉積溶液，並充分 攪拌，置於40°C水浴中備用。將AAO模板浸入(NH4) 21^6溶液中攪拌沉積30min後取出，用 去離子水清洗並烘乾。隨後升溫500°C下保溫池隨爐冷卻至室溫。鋁合金表面二氧化鈦納 米管薄膜的能譜圖(EDQ元素分析見表1，鋁合金表面二氧化鈦納米管薄膜用於降解甲基 藍溶液數值見表2。本實施例的鋁合金表面二氧化鈦納米管薄膜的掃描電鏡圖見圖1，加速電壓為 15kV，放大倍數10000倍，沿垂直薄膜方向拍攝。圖中可見，鋁合金表面二氧化鈦納米管排 列整齊，孔徑為200nm左右。本實施例鋁合金表面二氧化鈦納米管薄膜的接觸角圖見圖2 ；根據文獻報導，當 薄膜表面接觸角小於10°時具備自潔功能。從圖2中可見，由於鋁合金表面TiO2薄膜的獨 特管結構，在未經光照的情況下接觸角接近0°。實施例4 採用高氯酸和乙醇體積比1 3的溶液在15V電壓下對3003牌號鋁合金試樣進 行aiiin電化學拋光。對鋁合金進行陽極氧化處理，採用濃度為IM的H3PO4為電解質溶液， 氧化電壓60V，溫度20°C，氧化時間12h。將陽極氧化後生長了陽極氧化鋁納米管陣列模板 (AAO)的鋁基片取出用去離子水清洗後備用。製備0. IM(NH4)2TiF6液相沉積溶液，並充分攪 拌，置於35°C水浴中備用。將AAO模板浸入(NH4) 21^6溶液中攪拌沉積20min後取出，用去 離子水清洗並烘乾。隨後升溫600°C下保溫4h隨爐冷卻至室溫。實施例5 採用高氯酸和乙醇體積比1 3的溶液在15V電壓下對3015牌號鋁合金試樣進 行2. 5min電化學拋光。對鋁合金進行陽極氧化處理，採用濃度為IM的H3PO4為電解質溶 液，氧化電壓80V，溫度10°C，氧化時間他。將陽極氧化後生長了陽極氧化鋁納米管陣列模 板(AAO)的鋁基片取出用去離子水清洗後備用。製備0. IM(NH4)2TiF6液相沉積溶液，並充 分攪拌，置於35°C水浴中備用。將AAO模板浸入(冊4)21^6溶液中攪拌沉積30min後取出， 用去離子水清洗並烘乾。隨後升溫500°C下保溫池隨爐冷卻至室溫。鋁合金表面二氧化鈦 納米管薄膜用於降解甲基藍溶液數值見表2。實施例6 採用高氯酸和乙醇體積比1 4的溶液在20V電壓下對5052牌號鋁合金試樣進 行:3min電化學拋光。對鋁合金進行陽極氧化處理，採用濃度為IM的H3PO4為電解質溶液， 氧化電壓100V，溫度0°C，氧化時間12h。將陽極氧化後生長了陽極氧化鋁納米管陣列模板 (AAO)的鋁基片取出用去離子水清洗後備用。製備0.05M(NH4)2TiFjf相沉積溶液，並充分 攪拌，置於35°C水浴中備用。將AAO模板浸入(NH4) 21^6溶液中攪拌沉積30min後取出，用 去離子水清洗並烘乾。隨後升溫550°C下保溫池隨爐冷卻至室溫。鋁合金表面二氧化鈦納 米管薄膜用於降解甲基藍溶液數值見表2。實施例7 採用高氯酸和乙醇體積比1 4的溶液在20V電壓下對6061牌號鋁合金試樣進 行aiiin電化學拋光。對鋁合金進行陽極氧化處理，採用電解質溶液為IMH3PO4和濃度為
5IM H2SO4的混合溶液，體積比是1 1，氧化電壓60V，溫度20°C，氧化時間10h。將陽極氧 化後生長了陽極氧化鋁納米管陣列模板(AAO)的鋁基片取出用去離子水清洗後備用。制 備0. 05M(NH4)2TiF6液相沉積溶液，並充分攪拌，置於40°C水浴中備用。將AAO模板浸入 (NH4)2TiF6溶液中攪拌沉積30min後取出，用去離子水清洗並烘乾。隨後升溫500°C下保溫 3h隨爐冷卻至室溫。實施例8 採用高氯酸和乙醇體積比1 4的溶液在20V電壓下對6063牌號鋁合金試樣進 行aiiin電化學拋光。對鋁合金進行陽極氧化處理，採用電解質溶液為0.5MH3P04和濃度 為1.5M 的混合溶液，體積比是5 1，氧化電壓20V，溫度10°C，氧化時間10h。將陽 極氧化後生長了陽極氧化鋁納米管陣列模板(AAO)的鋁基片取出用去離子水清洗後備用。 製備0. 05M(NH4)2TiF6液相沉積溶液，並充分攪拌，置於40°C水浴中備用。將AAO模板浸入 (NH4)2TiF6溶液中攪拌沉積30min後取出，用去離子水清洗並烘乾。隨後升溫500°C下保溫 3h隨爐冷卻至室溫。表1實例3中3003牌號鋁合金表面二氧化鈦納米管薄膜的能譜圖(EDQ元素分 析
權利要求
1. 一種鋁合金表面負載二氧化鈦納米管薄膜的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)採用高氯酸和乙醇體積比1 2-4的溶液在5V-20V下對鋁合金試樣進行0.5-3分 鍾電化學拋光；(2)對鋁合金試樣進行陽極氧化處理，所採用電解質溶液為濃度為0.1-1. 5MH3P04或 0.1-L5M H3PO4和濃度為0. 1-1. 5M H2SO4的混合溶液，體積比是5 1-1 1，氧化電壓 20-1OOV，溫度 0-30°C，氧化時間 4-12h ；(3)將由陽極氧化所製備的氧化鋁納米管陣列(AAO)作為模板，用去離子水清洗並烘 幹後備用；(4)製備0.05-0. 5M的(NH4)2TiF6的液相沉積溶液；(5)將陽極氧化鋁納米管陣列(AAO)模板置於液相沉積溶液中靜置沉積15-30min，溫 度為20-40°C，取出用去離子水清洗，烘乾；(6)將沉積後的薄膜在400-600°C進行熱處理保溫2-4h，然後隨爐冷卻至室溫，製備完成。
全文摘要
本發明公開了一種鋁合金表面負載二氧化鈦納米管薄膜的製備方法，屬於納米薄膜領域。(1)採用高氯酸和乙醇溶液對鋁合金進行電化學拋光；(2)對鋁合金進行陽極氧化處理，電解質溶液為H3PO4或H3PO4和H2SO4的混合溶液；(3)由陽極氧化所製備的氧化鋁納米管陣列作為模板，用去離子水清洗並烘乾；(4)製備(NH4)2TiF6的液相沉積溶液；(5)將陽極氧化鋁納米管陣列模板置於液相沉積溶液中靜置沉積，取出後去離子水清洗，烘乾；(6)沉積後的薄膜在400-600℃進行熱處理保溫2-4h，然後隨爐冷卻至室溫，製備完成。本發明所製備的TiO2納米管薄膜不僅具有良好的耐磨性，同時還具有優異的光催化抑菌、超親水以及自清潔性能。
文檔編號C23F17/00GK102127771SQ20111004154
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月21日 優先權日2011年2月21日
發明者李洪義, 王珍珍, 王金淑, 蔡倩, 陳欣 申請人:北京工業大學