专利名称：一种铝合金表面负载二氧化钛纳米管薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金负载TiO2纳米管薄膜的制备方法，更具体的说，利用铝合 金基底阳极氧化铝(AAO)模板液相沉积二氧化钛纳米管薄膜，属于纳米薄膜领域。
背景技术：
铝及铝合金具有比重小、导电性好、耐蚀性强、散热性能好、比强度高和易于进行 多种加工等特点，使其在各行业得到广泛应用。全世界铝消耗量高达23000kt/a以上，成为 仅次于钢铁的第二大金属材料。由于科学技术的不断进步，铝的优良性能不断地被认识和 利用，其用途日益扩大，除在建筑工业、包装工业上已取得巨大成功外，目前汽车上扩大用 铝已成为全球的潮流。而且，铝由于比塑料、玻璃钢等材料更易于回收处理的特性，使其在 当今推崇保护环境、净化人类生存空间的时代中，倍受绿色环保人士的青睐。铝合金的大量使用使得其许多新型性能应用倍受关注(1)自清洁性能，将其应 用于铝合金器具和构件表面，能够在光催化条件下，清除有机污物，分解有害气体。(2)优良 的光催化杀菌性能，因此在3C类，包装类、建筑材料等铝合金产品上能够在有光的条件下 自催化，杀死细菌、病毒。(3)超亲水性能，铝合金表面所制备的TiO2纳米管结构，在空调铝 箔等特殊铝合金功能用途上有较大运用。因而从实用性角度看，如何改性铝合金表面，制备 功能性铝合金成为研究重点。目前关于铝合金上负载二氧化钛纳米薄膜的研究鲜有报道，专利CN1896311A提 供了一种镁合金表面直接纳米二氧化钛复合镀的方法。这种将纳米二氧化钛通过镀液分 散直接涂覆在镁合金基底的方法简单易操作，但是其与基底的接触属于物理结合，结合力 较差，不适宜铝合金的大量应用。专利CN101623658A提供了一种在铝基底上通过氧化阳极 氧化铝模板(AAO)原位生长制备二氧化钛和二氧化硅复合纳米管阵列薄膜的方法，这种方 法在纯铝基底上进行制备，其与薄膜结合较好，属于化学结合，但是铝合金与纯铝有较大差 别，限制了其应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝合金表面制备二氧化钛纳米管薄膜的方法，在铝合金 表面原位制备二氧化钛纳米管薄膜，使铝合金表面具有光降解自清洁性能，工艺简单，易于 大面积生产。本发明所提供的制备方法，其特征在于，包含以下步骤(1)采用高氯酸和乙醇体积比1 2-4的溶液在5V-20V下对铝合金试样进行 0. 5-3分钟电化学抛光；(2)对铝合金试样进行阳极氧化处理制备的氧化铝纳米管阵列，所采用电解质溶 液为浓度为0. 1-1. 5M H3P04或0. 1-1. 5M H3P04和浓度为0. 1-1. 5M H2S04的混合溶液，体 积比是5 1-1 1，氧化电压20-100V，温度0-30°C，氧化时间4-12h ；(3)将由阳极氧化所制备的氧化铝纳米管阵列(AAO)作为模板，用去离子水清洗并烘干后备用；(4)制备0. 05-0. 5M的(NH4) 2TiF6的液相沉积溶液；(5)将阳极氧化铝纳米管阵列(AAO)模板置于液相沉积溶液中静置沉积 15-30min，温度为20_40°C，取出用去离子水清洗，烘干；(6)将沉积后的薄膜在400-600°C进行热处理保温2_4h，然后随炉冷却至室温，制 备完成。本发明的有益效果是在铝合金表面直接氧化原位反应生成了 T^2纳米管薄膜具有如下特点(1)自清 洁性能，将其应用于铝合金器具和构件表面，能够在光催化条件下，清楚有机污物，分解有 害气体。( 优良的光催化杀菌性能，因此在3C类，包装类、建筑材料等铝合金产品上能够 在有光的条件下自催化，杀死细菌、病毒。( 超亲水性能，铝合金表面所制备的TiO2纳米 管结构不需光照即具备优异的超亲水性能，本发明纳米管薄膜不仅具有良好的耐磨性，同 时还具有优异的光催化抑菌、超亲水以及自清洁性能，在空调铝箔等特殊铝合金功能用途 上有较大运用。
图1 实施例3铝合金表面二氧化钛纳米管薄膜的扫描电镜正视图(SEM)图2 实施例3铝合金表面二氧化钛纳米管薄膜的接触角图；(a)未沉积二氧化钛纳米管薄膜(b)沉积二氧化钛纳米管薄膜。
具体实施例方式实施例1 采用高氯酸和乙醇体积比1 2的溶液在5V电压下对1100牌号铝合金试样进行 0. 5min电化学抛光。对铝合金进行阳极氧化处理，采用浓度为0. IM的H3PO4为电解质溶液， 氧化电压20V，温度30°C，氧化时间4h。将阳极氧化后生长了阳极氧化铝纳米管阵列模板 (AAO)的铝基片取出用去离子水清洗后备用。制备0. 5M(NH4)2TiF6液相沉积溶液，并充分搅 拌，置于30°C水浴中备用。将AAO模板浸入(NH4)2TiF6溶液中沉积15min后取出，用去离子 水清洗并烘干。随后升温400°C下保温池随炉冷却至室温。铝合金表面二氧化钛纳米管薄 膜用于降解甲基蓝溶液数值见表2。实施例2 采用高氯酸和乙醇体积比1 2的溶液在IOV电压下对1235牌号铝合金试样进 行Imin电化学抛光。对铝合金进行阳极氧化处理，采用浓度为0. 2M的H3PO4为电解质溶 液，氧化电压40V，温度20°C，氧化时间他。将阳极氧化后生长了阳极氧化铝纳米管阵列模 板(AAO)的铝基片取出用去离子水清洗后备用。制备0. IM(NH4)2TiF6液相沉积溶液，并充 分搅拌，置于35°C水浴中备用。将AAO模板浸入(冊4)21^6溶液中搅拌沉积20min后取出， 用去离子水清洗并烘干。随后升温500°C下保温池随炉冷却至室温。铝合金表面二氧化钛 纳米管薄膜用于降解甲基蓝溶液数值见表2。实施例3 采用高氯酸和乙醇体积比1 3的溶液在IOV电压下对3003牌号铝合金试样进行Imin电化学抛光。对铝合金进行阳极氧化处理，采用浓度为IM的H3PO4为电解质溶液， 氧化电压60V，温度20°C，氧化时间10h。将阳极氧化后生长了阳极氧化铝纳米管阵列模板 (AAO)的铝基片取出用去离子水清洗后备用。制备0.05M(NH4)2TiFjf相沉积溶液，并充分 搅拌，置于40°C水浴中备用。将AAO模板浸入(NH4) 21^6溶液中搅拌沉积30min后取出，用 去离子水清洗并烘干。随后升温500°C下保温池随炉冷却至室温。铝合金表面二氧化钛纳 米管薄膜的能谱图(EDQ元素分析见表1，铝合金表面二氧化钛纳米管薄膜用于降解甲基 蓝溶液数值见表2。本实施例的铝合金表面二氧化钛纳米管薄膜的扫描电镜图见图1，加速电压为 15kV，放大倍数10000倍，沿垂直薄膜方向拍摄。图中可见，铝合金表面二氧化钛纳米管排 列整齐，孔径为200nm左右。本实施例铝合金表面二氧化钛纳米管薄膜的接触角图见图2 ；根据文献报导，当 薄膜表面接触角小于10°时具备自洁功能。从图2中可见，由于铝合金表面TiO2薄膜的独 特管结构，在未经光照的情况下接触角接近0°。实施例4 采用高氯酸和乙醇体积比1 3的溶液在15V电压下对3003牌号铝合金试样进 行aiiin电化学抛光。对铝合金进行阳极氧化处理，采用浓度为IM的H3PO4为电解质溶液， 氧化电压60V，温度20°C，氧化时间12h。将阳极氧化后生长了阳极氧化铝纳米管阵列模板 (AAO)的铝基片取出用去离子水清洗后备用。制备0. IM(NH4)2TiF6液相沉积溶液，并充分搅 拌，置于35°C水浴中备用。将AAO模板浸入(NH4) 21^6溶液中搅拌沉积20min后取出，用去 离子水清洗并烘干。随后升温600°C下保温4h随炉冷却至室温。实施例5 采用高氯酸和乙醇体积比1 3的溶液在15V电压下对3015牌号铝合金试样进 行2. 5min电化学抛光。对铝合金进行阳极氧化处理，采用浓度为IM的H3PO4为电解质溶 液，氧化电压80V，温度10°C，氧化时间他。将阳极氧化后生长了阳极氧化铝纳米管阵列模 板(AAO)的铝基片取出用去离子水清洗后备用。制备0. IM(NH4)2TiF6液相沉积溶液，并充 分搅拌，置于35°C水浴中备用。将AAO模板浸入(冊4)21^6溶液中搅拌沉积30min后取出， 用去离子水清洗并烘干。随后升温500°C下保温池随炉冷却至室温。铝合金表面二氧化钛 纳米管薄膜用于降解甲基蓝溶液数值见表2。实施例6 采用高氯酸和乙醇体积比1 4的溶液在20V电压下对5052牌号铝合金试样进 行:3min电化学抛光。对铝合金进行阳极氧化处理，采用浓度为IM的H3PO4为电解质溶液， 氧化电压100V，温度0°C，氧化时间12h。将阳极氧化后生长了阳极氧化铝纳米管阵列模板 (AAO)的铝基片取出用去离子水清洗后备用。制备0.05M(NH4)2TiFjf相沉积溶液，并充分 搅拌，置于35°C水浴中备用。将AAO模板浸入(NH4) 21^6溶液中搅拌沉积30min后取出，用 去离子水清洗并烘干。随后升温550°C下保温池随炉冷却至室温。铝合金表面二氧化钛纳 米管薄膜用于降解甲基蓝溶液数值见表2。实施例7 采用高氯酸和乙醇体积比1 4的溶液在20V电压下对6061牌号铝合金试样进 行aiiin电化学抛光。对铝合金进行阳极氧化处理，采用电解质溶液为IMH3PO4和浓度为
5IM H2SO4的混合溶液，体积比是1 1，氧化电压60V，温度20°C，氧化时间10h。将阳极氧 化后生长了阳极氧化铝纳米管阵列模板(AAO)的铝基片取出用去离子水清洗后备用。制 备0. 05M(NH4)2TiF6液相沉积溶液，并充分搅拌，置于40°C水浴中备用。将AAO模板浸入 (NH4)2TiF6溶液中搅拌沉积30min后取出，用去离子水清洗并烘干。随后升温500°C下保温 3h随炉冷却至室温。实施例8 采用高氯酸和乙醇体积比1 4的溶液在20V电压下对6063牌号铝合金试样进 行aiiin电化学抛光。对铝合金进行阳极氧化处理，采用电解质溶液为0.5MH3P04和浓度 为1.5M 的混合溶液，体积比是5 1，氧化电压20V，温度10°C，氧化时间10h。将阳 极氧化后生长了阳极氧化铝纳米管阵列模板(AAO)的铝基片取出用去离子水清洗后备用。 制备0. 05M(NH4)2TiF6液相沉积溶液，并充分搅拌，置于40°C水浴中备用。将AAO模板浸入 (NH4)2TiF6溶液中搅拌沉积30min后取出，用去离子水清洗并烘干。随后升温500°C下保温 3h随炉冷却至室温。表1实例3中3003牌号铝合金表面二氧化钛纳米管薄膜的能谱图(EDQ元素分 析
权利要求
1. 一种铝合金表面负载二氧化钛纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)采用高氯酸和乙醇体积比1 2-4的溶液在5V-20V下对铝合金试样进行0.5-3分 钟电化学抛光；(2)对铝合金试样进行阳极氧化处理，所采用电解质溶液为浓度为0.1-1. 5MH3P04或 0.1-L5M H3PO4和浓度为0. 1-1. 5M H2SO4的混合溶液，体积比是5 1-1 1，氧化电压 20-1OOV，温度 0-30°C，氧化时间 4-12h ；(3)将由阳极氧化所制备的氧化铝纳米管阵列(AAO)作为模板，用去离子水清洗并烘 干后备用；(4)制备0.05-0. 5M的(NH4)2TiF6的液相沉积溶液；(5)将阳极氧化铝纳米管阵列(AAO)模板置于液相沉积溶液中静置沉积15-30min，温 度为20-40°C，取出用去离子水清洗，烘干；(6)将沉积后的薄膜在400-600°C进行热处理保温2-4h，然后随炉冷却至室温，制备完成。
全文摘要
本发明公开了一种铝合金表面负载二氧化钛纳米管薄膜的制备方法，属于纳米薄膜领域。(1)采用高氯酸和乙醇溶液对铝合金进行电化学抛光；(2)对铝合金进行阳极氧化处理，电解质溶液为H3PO4或H3PO4和H2SO4的混合溶液；(3)由阳极氧化所制备的氧化铝纳米管阵列作为模板，用去离子水清洗并烘干；(4)制备(NH4)2TiF6的液相沉积溶液；(5)将阳极氧化铝纳米管阵列模板置于液相沉积溶液中静置沉积，取出后去离子水清洗，烘干；(6)沉积后的薄膜在400-600℃进行热处理保温2-4h，然后随炉冷却至室温，制备完成。本发明所制备的TiO2纳米管薄膜不仅具有良好的耐磨性，同时还具有优异的光催化抑菌、超亲水以及自清洁性能。
文档编号C23F17/00GK102127771SQ20111004154
公开日2011年7月20日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者李洪义, 王珍珍, 王金淑, 蔡倩, 陈欣 申请人:北京工业大学