CN103526251A

CN103526251A - 一种具有光催化功能的微弧氧化膜层的制备方法

Info

Publication number: CN103526251A
Application number: CN201310485440.6A
Authority: CN
Inventors: 毕荣荣; 汤宏才
Original assignee: Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN103526251B

Abstract

本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种具有光催化功能的微弧氧化膜层的制备方法，包括基体的前处理；水洗；配置微弧氧化槽液；微弧氧化；水洗等步骤；采用该技术可实现在轻合金表面通过微弧氧化方法直接制备具有光催化功能的膜层，该方法工艺简单，避免繁琐的前处理和后处理工序，生成的膜层与基体结合牢固，具有光催化作用。

Description

一种具有光催化功能的微弧氧化膜层的制备方法

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种具有光催化功能的微弧氧化膜层的制备方法。

背景技术

自20世纪70年代日本东京大学的藤岛昭教授和Honda等人发现TiO₂单晶电极光解水以来，TiO₂的光催化特性和半导体多相光催化反应方面的研究和应用开发得到了深入广泛的开展。由于TiO₂具有高活性、强的光催化效应、抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、对环境无害等优点，成为光催化材料领域的研究热点。TiO₂光催化剂需要具备一定的实用形态，一般采用悬浮法和固定法两种方法。前一种方法虽然光催化活性较高，但催化剂颗粒回收困难，使其实用化过程难以实现。后一种方法将TiO₂光催化剂固定在某一载体上，使催化剂易于回收利用。TiO₂常负载于玻璃、陶瓷等基底上，玻璃具有良好的光透性，便于设计成形状复杂的光反应器，且廉价易得，但由于玻璃表面非常光滑平整，其对TiO₂的附着性能相对较差。陶瓷表面致密多孔，对TiO₂具有良好的附着性能，在其表面上覆盖的光催化抗菌膜有较好的透光性和表面光泽度。因此，可以选用陶瓷作为TiO₂的载体。

微弧氧化是近十几年在阳极氧化基础上发展起来的一种金属表面原位生长陶瓷层的表面处理技术。即在一定的电解质溶液中，采用较高的工作电压，将工作区域由普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压火花放电区域，利用弧光放电使得阳极氧化形成的致密氧化层被击穿，产生弧光放电和瞬间高温(＞2000℃)，氧化膜在高温高压作用下熔融，离子弧消失后，熔融物激冷形成陶瓷膜。由于在液相介质内通过金属电极表面的等离子体放电生长和沉积陶瓷膜层，也称为等离子体液相电解沉积技术。通过对溶液进行掺杂，可以得到新的功能型微弧氧化膜层。

将TiO₂粉体掺杂在微弧氧化槽液中，再通过微弧氧化处理方法在基体合金表面生成复合型陶瓷膜，一方面可以提高膜层的致密度以及耐蚀性，另一方面可以在基体上直接制备具有光催化功能的膜层，得到性能良好的功能膜层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有光催化功能且耐蚀性、耐磨性良好的微弧氧化膜层制备方法，省去制备光催化膜层所需的前处理及后处理工序。

本发明提供的制备方法通过如下步骤实现：

第一步，基体的前处理；

第二步，水洗；

第三步，配置微弧氧化槽液；

每升槽液中各成分的含量为：硅酸钠10～35g/L、磷酸钠10～25g/L中的一种或其复配物；偏磷酸钠5～12g/L；氢氧化钠或氢氧化钾5～20g/L；氟化钠10～20g/L；葡萄糖酸钠5～25g/L；用氨水、六次甲基四铵的一种或或其混合物调节溶液的pH值，使其在10～14之间，TiO₂粉末3～8g/L。

第四步，微弧氧化；

采用磁力搅拌器均匀分散槽液中的TiO₂粉末，采用微弧氧化电流波形及工艺参数进行制备，所使用的电流波形为双向脉冲方波，脉冲频率在150Hz～1700Hz之间；正向电流密度为5A/dm²～15A/dm²，负向电流密度为5A/dm²～15A/dm²；正向占空比10％～50％，负向占空比10％～50％；微弧氧化时间为5min～30min。在微弧氧化膜层生成的时候，发生电化学、等离子体化学、热化学等多个反应。由于等离子体放电温度高达2000℃～8000℃，在此温度下，溶液中的TiO₂粉末受到反应所产生的瞬时高温高压的影响而不断熔化，并和基体产生的熔融物结合在一起，生成负载有TiO₂粉末的微弧氧化陶瓷膜。

第五步，水洗。

采用本发明方法可以在轻合金基体上直接负载TiO₂，使轻合金微弧氧化膜层具有光催化功能，所得的膜层厚度均匀、致密、与基体结合力强，耐蚀性好。另外，本发明提供的方法不含有对人体和环境危害很大的物质，如Cr⁶⁺和氰化物，同时溶液成分简单，易于控制，适合工业化生产。采用该技术可实现在轻合金表面通过微弧氧化方法直接制备具有光催化功能的膜层，该方法工艺简单，避免繁琐的前处理和后处理工序，生成的膜层与基体结合牢固，具有光催化作用。

具体实施方式

本发明提供的制备具有光催化功能的微弧氧化膜层的方法具体通过如下步骤实现：

第一步，基体合金的前处理。

前处理一般指研磨、碱洗、酸洗。对于工件的机加和压铸表面，可只进行碱洗和酸洗；对于具有砂模铸造表面的工件，应先用机械方法除去表面砂粒，然后进行碱洗和酸洗；而对于平整的工件，需用水砂纸打磨后，再进行碱洗和酸洗。

具体预处理步骤为：

a.机械预处理：用喷砂或者砂纸对试样进行打磨，去除毛刺、表面氧化物等。

b.碱洗：碱洗液成分为NaOH15g/L；Na₂CO₃·10H₂O20g/L，可除去一般污物、烧结附着的润滑剂、切削剂等；温度70℃，时间8min。

c.酸洗：室温，酸洗时间5min～15min。酸洗液成分中CrO₃200g/L，KF1g/L。

第二步水洗。

第三步，配置微弧氧化槽液。

每升槽液中各成分的含量为：硅酸钠10～35g/L、磷酸钠10～25g/L其中一种或其复配物；偏磷酸钠5～12g/L；氢氧化钠或氢氧化钾5～20g/L；氟化钠10～20g/L；葡萄糖酸钠5～25g/L；用氨水、六次甲基四铵的一种或几种物质调节溶液的pH值，使其在10～14之间，TiO₂粉末3～8g/L。

第四步，微弧氧化。

用挂具将镁合金工件夹持好后，浸入到上述溶液中后进行微弧氧化处理。微弧氧化所采用的电源为脉冲电源，其中正负脉冲、频率和占空比连续可调。在本发明中，所采用的供电模式为恒流模式，电源密度1.2～6A/dm²，频率400～600Hz，占空比10％～15％，pH值10～14，氧化时间5～20min，槽液温度20～50℃。

第五步，水洗。氧化后的样品，水洗后无需再经其它后处理。

本发明制备的膜层，经过EDS、SEM检测后发现，TiO₂颗粒均匀分布在微弧氧化膜层中，由于TiO₂颗粒使得微弧氧化膜层的孔洞减少且变得致密。同时，TiO₂的加入有效降低了基体的电化学腐蚀速率，陶瓷膜的耐蚀性有所提高。最后以亚甲基蓝为目标降解物研究了微弧氧化膜层的光催化性能，在紫外灯照射下发现，添加TiO₂的膜层对亚甲基蓝溶液降解率是未添加的膜层降解率的2倍。

Claims

1.一种具有光催化功能的微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，基体的前处理；

第二步，水洗；

第三步，配置微弧氧化槽液；

每升槽液中各成分的含量为：硅酸钠10～35g/L、磷酸钠10～25g/L中的一种或其复配物；偏磷酸钠5～12g/L；氢氧化钠或氢氧化钾5～20g/L；氟化钠10～20g/L；葡萄糖酸钠5～25g/L；用氨水、六次甲基四铵的一种或其混合物调节溶液的pH值，使其在10～14之间，TiO₂粉末3～8g/L；

第四步，微弧氧化；

采用磁力搅拌器均匀分散槽液中的TiO₂粉末，采用微弧氧化电流波形，所使用的电流波形为双向脉冲方波，脉冲频率在150Hz～1700Hz之间；正向电流密度为5A/dm²～15A/dm²，负向电流密度为5A/dm²～15A/dm²；正向占空比10％～50％，负向占空比10％～50％；微弧氧化时间为5min～30min；通过上述方法生成负载有TiO₂粉末的微弧氧化陶瓷膜；

第五步，水洗。

2.一种如权利要求1所述的具有光催化功能的微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于：第四步所述的微弧氧化采用的电源为脉冲电源，采用的供电模式为恒流模式，电源密度1.2～6A/dm²，频率400～600Hz，占空比10％～15％，pH值10～14，氧化时间5～20min，槽液温度20～50℃。