专利名称：一种具有抗菌性能的复合陶瓷层结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于轻金属(Al、Mg、Ti)及其合金表面改性技术领域，特别是一种具有抗菌性能复合陶瓷层结构。
背景技术：
微弧氧化技术与其他许多 材料表面处理技术(化学氧化、阳极氧化、金属涂镀等)相比优越许多。轻金属微弧氧化处理后在其表面原位生长形成一层陶瓷质氧化膜，该陶瓷具有许多优良性能，如抗腐蚀、耐磨等，同时也存在韧性差、易脆、表面多孔等缺陷。在人类过去历史中，经历了许多因为微生物引发的工业材料与产品劣化所造成的事故，随着舒适与清洁意识的提高及伴随高龄化社会而来的健康需求，社会对于制品的抗菌性能要求逐步提闻。稀土氧化物作为纳米材料的一个重要分枝，以其独特的结构特点和性能受到越来越多的重视。例如纳米二氧化锆(ZrO2)是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料、半导体，具有良好的化学稳定性、高的硬度和韧性，其在电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等高科技领域发挥着至关重要的作用。此外，部分纳米稀土氧化物还具有良好的杀菌性能。在微弧氧化膜层表面生成复合膜有很多途径，比如电镀、化学镀等，主要用来镀附金属薄膜(Ag、Cu、Zn等)。直接向电解液中加入所需物质进行微弧氧化的方法近年来常被采用，但此法对化合物的溶解性有一定的局限，可溶性差的物质形成的膜仅仅只是附着在表面，与基体结合强度差。离子镀是在真空条件下，利用气体放电使工作气体或被蒸发物质(镀料)部分离子化，在工作气体离子或被蒸发物质的离子轰击作用下，把蒸发物或其反应物沉积在被镀物体表面的过程。主要优点是离子轰击可提高膜的致密度；改善膜的组织结构；提高膜基结合力。离子镀技术分为蒸发源离子镀和溅射离子镀两大类，可以在金属、合金、导电材料、非导电材料(采用高频偏压)基体上进行镀膜。离子沉积的膜层可以是金属膜、多元合金膜、化合物膜。
实用新型内容为了解决微弧氧化技术形成的陶瓷膜层韧性差、易脆、表面多孔等问题，及实现其抗菌性能，本实用新型提供了一种具有抗菌性能的复合陶瓷层，该复合层除了不破坏微弧氧化陶瓷膜应有的功用，还能进行有效封孔和提高膜层耐磨性、耐蚀性、韧性、膜基结合强度等性能，并通过基材与镀材的合理选择实现其抗菌性能。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是—种具有抗菌性能的复合陶瓷层结构，其特征是在轻金属(铝、镁、钛)基体表面设置有微弧氧化陶瓷层，在微弧氧化陶瓷层上设置有离子镀纳米稀土氧化物或化合物层。将洁净处理的轻金属进行微弧氧化，常温处理3(T60min，获得一定厚度的微弧氧化陶瓷膜；再将微弧氧化后的试件经超声波清洗工艺处理后放入离子镀装置中镀膜，后取出，清洗、干燥，获得具有高度抗菌性的复合陶瓷层。[0009]本实用新型具有以下有益效果是( I)利用离子镀纳米稀土金属氧化物或化合物在微弧氧化陶瓷层上制备复合抗菌性陶瓷层，此种结合进一步提高了膜层的各项基本性能耐磨性、耐蚀性、硬度等；(2)本实用新型对微弧氧化陶瓷层进行有效封孔，离子镀将纳米稀土氧化物充分渗入陶瓷层的孔隙中，从而使陶瓷层均匀、致密、牢固；(3)本实用新型中纳米稀土氧化物镀层(如纳米二氧化锆)与Al2O3复合，极大地提高材料特殊性能参数(如断裂韧性、抗弯强度、抗热震性、抗高温氧化性)的同时保持微弧氧化陶瓷层的绝缘性能；(4)本实用新型通过对基材与镀材的合理选择，实现了复合层的高效抗菌性能。
图I为本实用新型一种具有抗菌性能的复合陶瓷层的结构示意图。图中1.轻金属基体2.微弧氧化陶瓷层3.离子镀纳米稀土氧化物或化合物层。
具体实施方式
下面通过实施例对本实用新型作进一步的阐述。参照图1，本实用新型一种具有抗菌性能的复合陶瓷层结构，是在轻金属(铝、镁、钛)基体I表面设置有微弧氧化陶瓷层2，在微弧氧化陶瓷层2上设置有离子镀纳米稀土氧化物或化合物层3。实施例I :将原材料为6063型铝合金的板材经冷加工处理，用线切割切取尺寸为15mmX IOmmX 2mm的试件，依次用200#、400#、600#水砂纸进行打磨，将试件放入丙酮和氢氧化钠溶液中进行超声波清洗15min，取出，用清水冲洗，吹干。将试件放入自制的微弧氧化装置中，溶液配方为硅酸钠7g/L，氢氧化钠2. 5g/L。具体电参数为电流密度llA/dm2，频率500HZ，正负脉冲数为5:1，占空比为16%，先恒流氧化15min,后恒压氧化15min。氧化完毕后，先用清水冲洗，然后采用完整的超声波清洗工艺超声波频率为80KHz。接下来进行离子镀，将6063型铝合金微弧氧化试件放入基片支架上，在靶装置上放置靶材纳米二氧化铈进行溅射离子镀。完成离子镀后，将试件取出，清洗并干燥，便获得抗菌性复合陶瓷层。利用电化学仪对试件进行耐酸、碱检测并分析，在耐酸实验中，经微弧氧化处理的试样，在Imin内陶瓷层即被完全破坏，而经本发明研制的抗菌性复合陶瓷层试样约60min复合膜才开始破坏；透射电子显微镜观察其致密层形貌均匀，空隙明显减少；用纳米压痕仪测表面硬度和弹性模量，复合膜硬度达10-12GPa，弹性恢复达60%，远高于单独经微弧氧化处理的试件；经检测本发明中的复合膜抗菌率在97%以上。实施例2 试件材料为Ti6A14V钛合金，尺寸为20mmX 20mmX 2mm，用1000号砂纸打磨其表
面氧化层。离子镀室内靶装置上的靶材为纳米二氧化锆。其余工艺参数与实施例一相同。在耐酸实验中，经微弧氧化处理的试样，在55s内陶瓷层即被完全破坏，而经本发明研制的抗菌性复合陶瓷层试样约SOmin复合膜才开始破坏；透射电子显微镜观察其致密层形貌均匀，空隙明显减少；用纳米压痕仪测表面硬度和弹性模量，复合膜硬度达14-16GPa，弹性恢复达68% ;复合膜抗菌率在95%以上。实施例3 将靶装置上的靶材改为化合物硝酸铈，其余工艺与实施例一中工艺相同。在耐酸实验中，经微弧氧化处理的试样，在Imin内陶瓷层即被完全破坏，而经本发明研制的抗菌 性复合陶瓷层试样约40min复合膜才开始破坏；透射电子显微镜观察其致密层形貌均匀，空隙明显减少；用纳米压痕仪测表面硬度和弹性模量，复合膜硬度达9-llGPa，弹性恢复达68% ;复合膜抗菌率在98%以上。
权利要求1.一种具有抗菌性能的复合陶瓷层结构，其特征是在铝、镁、钛轻金属基体表面设置有微弧氧化陶瓷层，在微弧氧化陶瓷层上设置有离子镀纳米稀土氧化物或化合物层。
专利摘要本实用新型公开了一种具有抗菌性能的复合陶瓷层结构，其特征是在轻金属(铝、镁、钛)基体表面设置有微弧氧化陶瓷层，在微弧氧化陶瓷层上设置有离子镀非金属物质(纳米稀土氧化物或化合物)层。这种具有抗菌性能的复合陶瓷层结构，提高了微弧氧化陶瓷层的基本性能和特殊性能，对其表面空隙进行良好填充的同时保持了微弧氧化陶瓷层的绝缘特性，基材与镀材的合理选择满足了轻金属表面所需的高度抗菌性。
文档编号C25D11/02GK202558949SQ20122018934
公开日2012年11月28日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者徐晋勇, 王贵, 高成, 高鹏, 罗奕, 唐焱, 唐亮, 陈静, 石小超, 张应红 申请人:桂林电子科技大学