CN110938737B - 一种在304不锈钢表面制备出纳米孔膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在304不锈钢表面制备出纳米孔膜的方法，在304不锈钢表面按晶粒细化→电化学抛光→阳极氧化工艺步骤进行；其中，采用喷丸/退火处理，对304不锈钢表面进行晶粒细化；对喷丸/退火处理后的304不锈钢表面进行电化学抛光；对电化学抛光后的304不锈钢表面进行阳极氧化：将电化学抛光后的304不锈钢作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为10%的高氯酸‑乙二醇溶液中，以30～50V作为恒电压，在0～5℃恒温水浴槽中进行阳极氧化5～15min。制备的纳米孔孔径仅约为10 nm，在生物医学和半导体等领域有着较好的应用前景。

Description

一种在304不锈钢表面制备出纳米孔膜的方法
技术领域
本发明属于材料表面处理技术领域，尤其是涉及一种在304不锈钢表面制备出纳米孔膜的方法。
背景技术
304不锈钢属于奥氏体不锈钢，具有良好的加工性能和耐腐蚀性能，在建筑、机械、轻工、食品、医疗等多个领域已被广泛应用。随着304不锈钢在各领域的应用研究不断深入，其表面改性技术的开发也是备受科研工作者的青睐。传统不锈钢表面改性技术主要有化学抛光、电化学抛光、钝化、化学着色、电化学着色和电镀等。随着经济发展与科学研究的进步，304不锈钢表面改性技术工艺日益增多，包括离子注入、等离子冶金技术、化学气相沉积、溶胶凝胶涂敷法、水热法和阳极氧化法等。其中，利用阳极氧化法在304不锈钢表面制备出的阵列纳米孔结构，因具有生物相容性、高的比表面积、高稳定性以及表面可修饰等特点，受到越来越多学者的关注。如《基于不锈钢阳极氧化层的纳米孔自生成》（F. Martin，D. Del Frari， J. Cousty， et al. Self-organisation of nanoscaled pores inanodic oxide overlayer on stainless steels[J].Electrochimica Acta，2009，54(11): 3086-3091.）Martin 等人以高氯酸-乙二醇丁醚为电解液，利用阳极氧化法在304 L表面制备出孔径为 20～230 nm 的纳米孔结构和《微纳米力学在不锈钢表面微/纳米抗菌铜薄膜中的应用》（袁智.微纳米力学在不锈钢表面微/纳米抗菌铜薄膜中的应用[D]. 太原，太原理工大学，2017）袁智等人同样采用阳极氧化法在 0℃的冰水浴调控温度条件下，采用磁力均匀搅拌，以5 vol %的高氯酸和乙二醇混合液为电解液，304不锈钢为阳极，石墨棒为阴极，在电压40 V下氧化10 min，在304不锈钢的表面原位生成大小均匀、呈正六边且的孔径约为 80 nm纳米孔结构。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术进行改进，提供一种制备更小纳米颗粒的304不锈钢表面纳米孔膜的方法。
本发明，一种在304不锈钢表面制备出纳米孔膜的方法，按以下工艺步骤进行：304不锈钢表面晶粒细化→电化学抛光→阳极氧化；其中，
采用喷丸/退火处理，对304不锈钢表面进行晶粒细化；
对喷丸/退火处理后的304不锈钢表面进行电化学抛光；
对电化学抛光后的304不锈钢表面进行阳极氧化：将电化学抛光后的304不锈钢作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为10%的高氯酸-乙二醇溶液中，以30～50V作为恒电压，在0～5℃恒温水浴槽中进行阳极氧化5～15min。
本发明，所述的喷丸/退火处理工艺为：用线切割技术，将304不锈钢其制成40mm×30mm×2mm试片若干，然后，对试样进行喷丸处理，所用设备为JCK-1010F喷丸机，钢丸直径为0.75mm，覆盖率为100%，喷压力为0.025MPa，喷枪口与试样距离为1cm，时间为3min，最后，在927℃下进行2h的退火处理。
本发明，所述的电化学抛光工艺为：将喷丸/退火处理后的304不锈钢作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为5%的高氯酸-乙二醇溶液中，在型号为LW-12005KD的恒电位仪上以20V作为恒电压，在5℃恒温水浴槽中电解抛光5min。
本发明，利用阳极氧化法前先对304不锈钢进行喷丸/退火处理，使得材料表面晶粒细化后，再进行不锈钢表面纳米孔结构的制备。实验结果表明有经过喷丸/退火后的304不锈钢表面所生成的纳米孔结构同样为类蜂窝状，密集分布，平均孔径较未进行喷丸/退火处理的小，仅约为10 nm。
本发明的积极效果：
1）、所需设备少，溶液简单易得，操作简单，原料价格低廉，没有环境污染，适合批量生产；
2）、喷丸/退火处理和阳极氧化处理工艺均适用于大面积、形状复杂的不锈钢制品；
3）、制备的纳米孔孔径仅约为10 nm，在生物医学和半导体等领域有着较好的应用前景；
4）、制备的304不锈钢纳米孔结构具有纳米尺寸效应，与基材间没有明显界面，不存在脱落问题，保持了基材的机械性能。
下面实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的试验例1得到的样品表面的扫描电镜照片；
图2是本发明的试验例2得到的样品表面的扫描电镜照片；
图3是本发明的实施例得到的样品表面的扫描电镜照片。
具体实施方式
试验例1：一种在304不锈钢表面制备出纳米孔膜的方法
电化学抛光工艺：用线切割技术，将304不锈钢制成40mm×30mm×2mm试片若干，然后，将试片作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为5%的高氯酸-乙二醇溶液中，在型号为LW-12005KD的恒电位仪上以20V作为恒电压，在5℃恒温水浴槽中电解抛光5min；
阳极氧化工艺：将电解抛光后的试片作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为10%的高氯酸-乙二醇溶液中，以30V作为恒电压，在5℃恒温水浴槽中进行阳极氧化10min。
微观形貌观察：使用型号为EVO MA10的扫描电镜对试样进行表面纳米孔的特征观察：试样表面平整，且有规整有序的纳米孔结构，孔型类蜂窝状，密度高，平均孔径约为50nm，参见图1。
试验例2：一种在304不锈钢表面制备出纳米孔膜的方法
喷丸处理为：用线切割技术，将304不锈钢其制成40mm×30mm×2mm试片若干，然后，对试样进行喷丸处理，所用设备为JCK-1010F喷丸机，钢丸直径为0.75mm，覆盖率为100%，喷压力为0.025MPa，喷枪口与试样距离为1cm，时间为3min；
电化学抛光工艺：将喷丸处理的试片作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为5%的高氯酸-乙二醇溶液中，在型号为LW-12005KD的恒电位仪上以20V作为恒电压，在5℃恒温水浴槽中电解抛光5min；
阳极氧化工艺：将电解抛光后的试片作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为10%的高氯酸-乙二醇溶液中，以30V作为恒电压，在5℃恒温水浴槽中进行阳极氧化10min。
微观形貌观察：使用型号为EVO MA10的扫描电镜对试样进行表面纳米孔的特征观察：试样表面凹凸不平，没有明显纳米孔存在，参见图2。
本发明实施例：
1、一种在304不锈钢表面制备出纳米孔膜的方法，工艺步骤为：304不锈钢表面晶粒细化→电化学抛光→阳极氧化；
1）、采用喷丸/退火处理，对304不锈钢表面进行晶粒细化；喷丸/退火处理工艺为：用线切割技术，将304不锈钢其制成40mm×30mm×2mm试片若干，然后，对试样进行喷丸处理，所用设备为JCK-1010F喷丸机，钢丸直径为0.75mm，覆盖率为100%，喷压力为0.025MPa，喷枪口与试样距离为1cm，时间为3min，最后，在927℃下进行2h的退火处理；
2）、对上述喷丸/退火处理后的304不锈钢表面进行电化学抛光；电化学抛光工艺为：将喷丸/退火处理后的304不锈钢作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为5%的高氯酸-乙二醇溶液中，在型号为LW-12005KD的恒电位仪上以20V作为恒电压，在5℃恒温水浴槽中电解抛光5min；
3）、对上述电化学抛光后的304不锈钢表面进行阳极氧化，阳极氧化工艺为：
将电化学抛光后304不锈钢作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为10%的高氯酸-乙二醇溶液中，以30V作为恒电压，在5℃恒温水浴槽中进行阳极氧化10min。
微观形貌观察：使用型号为EVO MA10的扫描电镜对试样进行表面纳米孔的特征观察：试样表面平整，且有规整有序的纳米孔结构，孔型类蜂窝状，密度高，平均孔径约为10nm，参见图3。
本发明，通过改进后的方法获得了更小的纳米孔，孔径约10 nm左右，从而满足小纳米颗粒修饰不锈钢表面的要求，在生物医学和半导体等领域有着较好的应用前景。

Claims (1)

1.一种在304不锈钢表面制备出纳米孔膜的方法，按以下工艺步骤进行：304不锈钢表面晶粒细化→电化学抛光→阳极氧化；其中，
采用喷丸/退火处理，对304不锈钢表面进行晶粒细化；所述的喷丸/退火处理工艺为：用线切割技术，将304不锈钢其制成40mm×30mm×2mm试片若干，然后，对试样进行喷丸处理，所用设备为JCK-1010F喷丸机，钢丸直径为0.75mm，覆盖率为100%，喷压力为0.025MPa，喷枪口与试样距离为1cm，时间为3min，最后，在927℃下进行2h的退火处理；
对喷丸/退火处理后的304不锈钢表面进行电化学抛光；所述的电化学抛光工艺为：将喷丸/退火处理后的304不锈钢作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为5%的高氯酸-乙二醇溶液中，在型号为LW-12005KD的恒电位仪上以20V作为恒电压，在5℃恒温水浴槽中电解抛光5min；
对电化学抛光后的304不锈钢表面进行阳极氧化：将电化学抛光后的304不锈钢作为阳极，石墨棒作为阴极，在500ml体积分数为10%的高氯酸-乙二醇溶液中，以30～50V作为恒电压，在0～5℃恒温水浴槽中进行阳极氧化5～15min。
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