CN102703950A

CN102703950A - 一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法

Info

Publication number: CN102703950A
Application number: CN2012102129751A
Authority: CN
Inventors: 邓姝皓; 易丹青
Original assignee: HUNAN MAIDIKE NOVEL MATERIALS Co Ltd
Current assignee: HUNAN MAIDIKE NOVEL MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法。该方法制备的医学外用铝合金涂层具有装饰、耐蚀、杀菌、自洁等多功能用途。它是对铝合金基材进行阳极氧化处理和电解着色，使铝合金表面形成多孔氧化膜并含有一定的银、铜、锌等金属，而氧化膜表层中含有自洁的纳米二氧化钛，使铝合金具有装饰、耐蚀、杀菌和自洁等功能。通过本发明制备医学外用铝合金多功能涂层不仅具有装饰、耐蚀、杀菌和自洁作用，而且工艺简单环保、无毒，膜层稳定性高，实用性强，满足了铝合金在医学外用方面的各项要求，拓展铝合金的应用范围。本方法获得到的多功能涂层可以使铝合金在医学器械，例如：残疾人楼梯扶手、医用推车、轮椅、担架、支架、智能呼叫等诸多领域使用。

Description

一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法

技术领域

本发明属于铝合金表面处理制备技术，涉及一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法。

背景技术

铝合金密度低，但比强度较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。现今常用的铝合金在建筑方面用量很大，在医学领域的应用还较窄，由于铝合金质轻、价廉，毒性极小，相比不锈钢和钛合金，铝合金在医学的价格优势是显而易见的，因此在医用方面仍有较大的发展空间。医学外用铝合金材料与广泛应用的建筑铝合金区别较大，主要对材料表面要求较高。这是由于随着社会的发展及人民生活水平的提高，健康的生存环境日益成为人类追求的目标，人们也日渐意识到病原菌的危害性，由此促进了具有抗菌、自洁功能的铝合金的开发并获得了迅速发展。

另外铝是比较活泼的金属，标准电位-1.66V（vs.S.H.E），在空气中能自然形成一层厚度约为0.01～0.1微米的氧化膜，但这层氧化膜极薄，耐蚀性差，作为医用材料使用受到耐蚀的限制，因而必须对铝合金表面进行改性，制备出具有美观、耐蚀、抗菌和自洁特性的医学外用铝合金就成为一种需要。

通过电化学阳极氧化在铝合金表面形成多孔氧化膜，随后在其中电沉积出具有杀菌作用的金属铜、银等，不仅可以充分提高铝合金的耐蚀和美观，而且利用银、铜等金属的杀菌作用和二氧化钛的自洁特性以赋予铝合金的抗菌和自洁性，将使得医用率合金设备和器材（例如：残疾人楼梯扶手、医用推车、轮椅、担架、支架、智能呼叫等）的寿命大幅增加，同时其所具有的自清洁功能将有助于减少人力资源的不必要浪费。本发明对于拓宽铝合金在医用方面的范围，具有非常重要的意义。

目前关于铝合金阳极阳极氧化、着色和封孔的专利总共只有十几个左右，其中关于氧化着色的有6个，关于封孔的有9个，其基本目的是提高铝合金的耐腐蚀性，但就铝合金医用多功能涂层（美观、耐蚀、抗菌、自洁）的制备方法尚未见到关于医用铝合金多功能涂层的文献报道也几乎没有。

专利 CN1050911 报道了铝或铝合金阳极氧化膜青铜色系列电解着色工艺，采用直流阳极氧化，交流电解着色，此发明重点在着色液的化学性能、分散能力及使用温度范围方面，对其耐腐蚀性和应用没有过多的提及。专利 CN102424999A报道了一种铝合金阳极氧化膜电解着黑色的处理方法，主要采用交流电解着黑色，铝合金阳极氧化后电解着黑色的膜色泽纯正均匀、细腻光洁，黑色膜在3.5%氯化钠溶液中的耐腐蚀的能力较基体提高30%。专利CN1089311报道一种铝或铝合金阳极氧化膜化学染色工艺，染色效果清晰，但就耐腐蚀等没有讨论。

故本专利采用电化学方法，在铝合金表面进行直流的阳极氧化并电解着色，该方法不仅解决了铝合金耐腐蚀性低的缺陷，并提高了铝合金杀菌、自洁的性能，而且是采用简单的直流电源一步法实现了铝合金表面多功能涂层的制备。

发明内容

本发明是目的在于提供一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法。该方法制备工艺简单，易操作，通过电化学方法不仅赋予铝合金表面装饰、耐蚀、杀菌和自洁等功能，而且涂层力学性能优良，与基体结合力好。

本发明是通过以下技术方案实施的，具体包括以下步骤：

1）铝合金阳极氧化膜的制备：阳极为需要处理的铝合金，阴极也为铝合金，在含一定浓度硫酸和铝离子的电解液中电化学氧化制备铝合金多孔氧化膜，其中电解液配方如下，硫酸120～180 g·L^-1，硫酸铝5~20 g·L^-1，温度10℃-40℃，氧化时间10-60min，电流密度10mA·cm^-2-400 mA·cm^-2，氧化后，取出阳极并且在清水中浸一段时间以除去附于膜上的电解液，得到铝合金多孔氧化膜。

2）铝合金的电化学着色：为了提高铝合金的耐蚀和装饰性，在制备好上述的铝合金氧化膜的基础上继续电沉积金属，如银、铜或者锌。其中阳极是石墨，阴极为经步骤（1）氧化后的铝合金，在含银离子的电液解液中电化学沉积银。其中电解液温度控制在10℃-40℃，pH控制在0.5-4，时间控制在1-10min，电流密度5mA·cm^-2-100 mA·cm^-2。沉积后，取出阴极并且在清水中浸以除去附于膜上的电解液，得到具有一定色泽和杀菌性能的铝合金氧化膜。

3）为了进一步提高铝合金的耐蚀性，最后将铝合金氧化膜浸入封孔液中进行封孔，封孔液为含有纳米二氧化钛的水溶液，封孔温度80～100℃，封孔时间1～10min，封孔后将铝合金浸入清水中以除去残余附着物。经上述3步骤处理后得到的铝合金具有装饰、耐蚀、杀菌和自洁等多功能。

通过本发明制备的铝合金氧化膜不仅与基体结合牢固，而且具有装饰、耐蚀、杀菌和自洁等作用；制备工艺简单、性价比高、实用性强，解决了常规铝合金的作为医学外用的一些现实问题，拓展常规铝合金的应用范围．本方法简单易行，制备的铝合金可以用于残疾人楼梯扶手、医用推车、轮椅、担架、支架、智能呼叫等诸多领域。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。当然，本领域技术人员可能根据下述描述方案，提出相应修改或变化，这些修改或变化均应包含在本发明的包含范围之内。

实施例1、常规铝合金经抛光、除油、除锈、水洗等工序后，浸入含有150g·L^-1的硫酸溶液中，其中含铝离子10 g·L^-1，其中阳极为需要处理的铝合金，阴极也为铝合金，温度10℃-40℃，氧化时间30min，电流密度10 mA·cm^-2，氧化后，取出阳极并且在清水中浸一段时间以除去附于膜上的电解液，得到银灰色铝合金多孔氧化膜。

实施例2、将实施例1制备的银灰色铝合金做为阴极，以石墨为阳极，电解液为10 g·L^-1硝酸银+5 g·L^-1硫酸镁+10 g·L^-1酒石酸钾钠，以硝酸调节pH到1，液温25℃，阴极电流密度为 50 mA·cm^-2，沉积时间1min，取出阴极并且在清水中浸以除去附在膜上的溶液，得到金黄色的铝合金。由于该步骤是在铝合金孔中沉积单质的金属银，因此氧化膜具有一定的电导率65m S·cm^-1。

实施例3、将实施例2 制备的金黄色铝合金浸入含有1 g·L^-1的纳米二氧化钛水溶液中进行封孔，处理条件为80～100℃，10min，随后取出铝合金浸入清水中以除去附在膜上的溶液，干燥得到具有装饰、耐蚀、杀菌和自洁作用的多功能铝合金涂层。该氧化膜为金黄色，色泽饱满，装饰性高，氧化膜对水的浸润性好，可耐擦拭脱色达1000次以上，在5%氯化钠水溶液中的腐蚀速度为10^-5～10^-6A·cm^-2数量级，较铝合金基体（10^-4A·cm^-2）提高了1～2个数量级。

Claims

1.一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其过程包括以下步骤：

A铝合金表面的氧化膜制备：以铝合金为基体,以合适的温度和电流密度，在含有一定浓度的硫酸电解液中阳极氧化铝合金得到多孔的铝合金阳极氧化膜，其中阳极为铝合金基体，阴极是铝合金或不锈钢板，将得到的银灰色的铝合金多孔氧化膜，将其浸泡在水中以除去残留的电解液；

B铝合金氧化膜的电解着色：将上述所得铝合金氧化膜作为阴极，以石墨或其他金属（银、铜或者锌等）作为阳极，在合适的温度，pH和电参数下，在含一定比例的金属离子（银离子、铜离子或锌离子等）的电解液中浸泡并电沉积一定时间的获得金属沉积于氧化膜中.由此获得具有一定色泽并含有金属单质的氧化膜（橙黄色、红色等），将该氧化膜浸泡在水中以除去残留的电解液；经电解着色后氧化膜的电导可达65mS·cm^-1左右；

C 铝合金氧化膜的封孔：将电解氧化着色的氧化膜放在含有纳米二氧化钛的一定温度的封孔液中封孔，使氧化膜闭孔的同时赋予其表层含有一定的二氧化钛，以起到自洁作用。

2.根据权利要求1的一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其特征是：所述的铝合金为常用的铝合金，如5系，6系等。

3.根据权利要求1的一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其特征是：所述的温度范围为10℃~40℃，氧化和电解着色的电流密度范围为50mA·cm^-2~200 mA·cm^-2。

4.根据权利要求1的一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其特征是：所述的氧化电解液是无机酸（硫酸、磷酸等），有机酸（草酸等）等其中的一种或者复配组成，溶剂为蒸馏水。

5.根据权利要求1的一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其特征是：所述的铝合金的氧化时间10min~60min，溶液的pH值控制在0.5~4。

6.根据权利要求1的一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其特征是：所述的电解着色液是含有一定浓度金属离子和配位离子的电解液组成，金属离子可以是银离子、铜离子或者锌离子，配位剂可以是酒石酸及其盐、柠檬酸及其盐等，溶剂为蒸馏水。

7.根据权利要求1的一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其特征是：所述的铝合金氧化膜的着色时间在1~10min，溶液的pH值控制在0.5~2。

8.根据权利要求1的一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其特征是：所述的封孔液为含有纳米二氧化钛的水溶液或者还含有一定金属离子（如镍离子等）的电解液，氧化膜的封孔时间在1~10min，温度为80~100℃。

9.根据权利要求1的一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其特征是：电化学氧化法包括恒电流法，恒电压法其中的一种。

10.根据权利要求1的一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，其特征是：所述外加电源应具有恒压或者恒流的直流或者脉冲电源。