CN111172578A - 金属制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属制品，包括：金属主体；及膜层，设置于所述金属主体表面，所述膜层包括孔，所述孔的外壁呈多边形，所述孔的内壁呈圆形，所述孔内填充有氧化物颗粒。一种金属制品的制备方法，包括：将金属主体置于电解液中；及采用正负脉冲法对所述金属主体进行电化学反应，形成所述金属主体表面的膜层；其中，在正压时，所述金属主体被氧化形成所述膜层，所述膜层包括孔，所述孔的外壁呈多边形，所述孔的内壁呈圆形；在负压时，在所述孔中形成填充所述孔的氧化物颗粒。

Description

金属制品及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种金属制品及其制备方法。
背景技术
铝合金等金属通常会通过氧化形成氧化膜，并对氧化膜的氧化孔封孔来提高其外观、耐腐蚀、耐磨等性能。但现有氧化膜存在封孔结合力差，封孔状态不稳定的问题。且现有氧化工艺及封孔工艺的步骤较多、流程复杂且容易造成环境污染。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种金属制品及其制备方法以解决上述问题。
一种金属制品，包括：
金属主体；及
膜层，设置于所述金属主体表面，所述膜层包括孔，所述孔的外壁呈多边形，所述孔的内壁呈圆形，所述孔内填充有氧化物颗粒。
进一步地，所述氧化物颗粒的粒径为纳米级，所述氧化物颗粒的形状呈球形。
进一步地，所述孔的孔径范围为200nm～500nm。
进一步地，所述孔的孔壁厚度范围为50nm～150nm。
进一步地，所述氧化物颗粒的粒径范围为10nm～100nm。
进一步地，所述氧化物颗粒的体积总和与所述孔体积比的范围为60％～95％。
一种金属制品的制备方法，包括：
将金属主体置于电解液中；及
采用正负脉冲法对所述金属主体进行电化学反应，形成所述金属主体表面的膜层；其中，
在正压时，所述金属主体被氧化形成所述膜层，所述膜层包括孔，所述孔的外壁呈多边形，所述孔的内壁呈圆形；在负压时，在所述孔中形成填充所述孔的氧化物颗粒。
进一步地，正负脉冲法中正电位电压为0V～250V，步长为5V/s，空占比为10％；负电位电压为0V～-90V，步长为-5V/s，空占比为20％。
进一步地，正负脉冲法反应时间范围为10个～20个循环周期。
进一步地，所述电解液中包括氟锆酸盐或钛酸盐。
所述金属制品，通过在金属基体上设置含有氧化物颗粒的膜层，氧化物对金属基体上的膜层起到封孔作用，使得所述金属制品具有较好的耐腐蚀性，且氧化物颗粒与膜层的结合力增强，结合稳定性好。本申请提供的所述金属制品的制备方法通过正负脉冲法同步进行氧化及沉积，其制备简单，制备效率高，整个制备流程中只使用一种电解液，较为环保。
附图说明
图1是本申请实施例的金属制品的制备方法的流程图。
图2是本申请实施例的正负脉冲法的示意图。
图3是本申请实施例的金属制品的示意图。
图4是发明实施例的金属制品的制备方法的流程图。
图5是本申请实施例的金属制品通过扫描电子显微镜拍摄的照片。
图6是本申请实施例的氧化物颗粒通过扫描电子显微镜拍摄的照片。
主要元件符号说明
金属制品 100
金属主体 10
膜层 20
孔 21
氧化物颗粒 30
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
相关技术中，先使用阳极氧化法形成氧化孔，然后再经过沉积封孔使封孔粒子进入氧化孔中，由于阳极氧化孔深度比较大，粒子进入时会比较难进入，导致填充率不足，后续会影响氧化膜层的强度，且粒子与膜层的结合力不强，容易脱落，导致封孔失效。且相关技术中对应的氧化工艺及封孔工艺的步骤较多、流程复杂且容易造成环境污染。
请参见图1至图3，本申请的实施例提供一种金属制品的制备方法，包括：
S101：将金属主体10置于电解液中。
所述电解液中溶解有后续用于封孔沉积的氧化物颗粒30的离子。
在至少一实施例中，所述金属主体10为铝合金。
在至少一实施例中，所述电解液中包括氟锆酸盐或钛酸盐。
S102：采用正负脉冲法对所述金属主体10进行电化学反应，形成所述金属主体10表面的膜层20，其中，在正压时，所述金属主体10被氧化形成所述膜层20，所述膜层20包括孔21，所述孔21的外壁呈多边形，所述孔21的内壁呈圆形；在负压时，在所述孔21中形成填充所述孔21的氧化物颗粒30。
在至少一实施例中，采用两电极体系，其中所述金属主体10作为工作电极、石墨作为阴极-对电极。
在至少一实施例中，正负脉冲法中正电位电压为0V～250V，步长为5V/s，空占比为10％；负电位电压为0V～-90V，步长为-5V/s，空占比为20％。
加大反应电压能够增加孔21的孔径，进而提高氧化物颗粒30的沉积效率，但过大的电压会击穿膜层，局部火花放大，转化成微弧氧化，将底部膜层20覆盖。
在至少一实施例中，正负脉冲法反应时间范围为10个～20个循环周期。
请参见图4及图5，所述氧化物颗粒30的粒径为纳米级，所述氧化物颗粒30的形状呈球形。在一些实施例中，所述氧化物颗粒30的粒径范围为10nm～100nm。粒径小于10nm的氧化物颗粒30，自身团聚增加，不利于氧化物颗粒30沉积在孔21中，粒径大于100nm的氧化物颗粒30由于体积增大，不利于氧化物颗粒30沉积在孔21中，且与孔21的附着力降低。氧化物颗粒30粒径范围在大于等于10nm小于等于100nm的范围内会减少氧化物颗粒30的团聚，使氧化物颗粒30有效沉积在孔21中。
在一些实施例中，所述孔21的孔径范围为200nm～500nm。孔21的孔径范围是常规孔径的5～10倍，可有效沉积氧化物颗粒30，一次性解决封孔问题。当孔21的孔径小于200nm时，则氧化物颗粒30的沉积效率降低，限制了部分大的氧化物颗粒的沉积。当孔21的孔径大于500nm时，则氧化物颗粒30沉积难度加大，孔21中心的氧化物颗粒30容易脱落。
在一些实施例中，所述孔21的孔壁厚度范围为50nm～150nm。孔21的壁厚小于50nm，会影响孔21的强度，在受外力作用与孔21或位于孔21中的氧化物颗粒30时，孔21可能由于强度不够而导致孔21变形崩塌，同时在沉积过程中，由于氧化物颗粒30的沉积也可能会压坏孔壁。孔21的壁厚大于150nm时，由于孔壁增加，则电化学氧化过程中的能量消耗大，同时限制了孔21的生长速度。
在一些实施例中，所述氧化物颗粒30的体积总和与所述孔体积比的范围为60％～95％。在此范围内，氧化物颗粒30以六方最密堆积在孔21中，且此时的堆积状态最牢固。若氧化物颗粒30的体积总和与所述孔体积比小于60％，则孔21内存在一定空隙，可能导致氧化物颗粒30在孔21中松动，结合力降低；若若氧化物颗粒30的体积总和与所述孔体积比大于95％，则部分氧化物颗粒30会因受压而变形。
请参见图2及图4，本申请的实施例提供一种金属制品的制备方法，包括：
S201：对金属主体10进行前处理。
在至少一实施例中，所述前处理包括脱脂、碱蚀及酸洗。
在一些实施例中，在脱脂步骤中，采用深圳永保化工有限公司的R105作为脱脂剂，浓度为45g/L～65g/L，温度为50℃～60℃，反应时间设为3min～5min；
在一些实施例中，在碱蚀步骤中，采用NaOH作为碱蚀剂，浓度为20g/L～40g/L，温度为50℃～60℃，反应时间设为10s～90s；
在一些实施例中，在酸洗步骤中，采用HNO3作为酸洗剂，浓度为15wt％～30wt％，常温，反应时间为10s～90s。
S202：将所述金属主体10置于电解液中。
所述电解液中溶解有后续用于封孔沉积的氧化物颗粒30的离子。
在至少一实施例中，所述金属主体10为铝合金。
在至少一实施例中，所述电解液中包括氟锆酸盐或钛酸盐。
S203：采用正负脉冲法对所述金属主体10进行电化学反应，形成所述金属主体10表面的膜层20，其中，在正压时，所述金属主体10被氧化形成所述膜层20，所述膜层20包括孔21，所述孔21的外壁呈多边形，所述孔21的内壁呈圆形；在负压时，在所述孔21中形成填充所述孔21的氧化物颗粒30。
在至少一实施例中，采用两电极体系，其中所述金属主体10作为工作电极、石墨作为阴极-对电极。
在至少一实施例中，正负脉冲法中正电位电压为0V～250V，步长为5V/s，空占比为10％；负电位电压为0V～-90V，步长为-5V/s，空占比为20％。
在至少一实施例中，正负脉冲法反应时间范围为10个～20个循环周期。
S204：对所述金属制品100进行烘干。
在至少一实施例中，烘干温度为80℃，烘干5min～15min。
请参见图3、图5及图6，本申请的一些实施例提供一种金属制品100。所述金属制品100包括金属主体10及膜层20。所述膜层20设置于所述金属主体10表面。所述膜层20包括孔21。所述孔21的外壁呈多边形，所述孔21的内壁呈圆形，所述孔21内填充有氧化物颗粒30。
在至少一实施例中，所述氧化物颗粒30的粒径为纳米级，所述氧化物颗粒30的形状呈球形。所述氧化物颗粒30的粒径范围为10nm～100nm。粒径小于10nm的氧化物颗粒30，自身团聚增加，不利于氧化物颗粒30沉积在孔21中，粒径大于100nm的氧化物颗粒30由于体积增大，不利于氧化物颗粒30沉积在孔21中，且与孔21的附着力降低。氧化物颗粒30粒径范围在大于等于10nm小于等于100nm的范围内会减少氧化物颗粒30的团聚，使氧化物颗粒30有效沉积在孔21中。
在至少一实施例中，所述孔21的孔径范围为200nm～500nm。孔21的孔径范围是常规孔径的5～10倍，可有效沉积氧化物颗粒30，一次性解决封孔问题。当孔21的孔径小于200nm时，则氧化物颗粒30的沉积效率降低，限制了部分大的氧化物颗粒的沉积。当孔21的孔径大于500nm时，则氧化物颗粒30沉积难度加大，孔21中心的氧化物颗粒30容易脱落。
在至少一实施例中，所述孔21的孔壁厚度范围为50nm～150nm。孔21的壁厚小于50nm，会影响孔21的强度，在受外力作用与孔21或位于孔21中的氧化物颗粒30时，孔21可能由于强度不够而导致孔21变形崩塌，同时在沉积过程中，由于氧化物颗粒30的沉积也可能会压坏孔壁。孔21的壁厚大于150nm时，由于孔壁增加，则电化学氧化过程中的能量消耗大，同时限制了孔21的生长速度。
在至少一实施例中，所述氧化物颗粒30的体积总和与所述孔体积比的范围为60％～95％。在此范围内，氧化物颗粒30以六方最密堆积在孔21中，且此时的堆积状态最牢固。若氧化物颗粒30的体积总和与所述孔体积比小于60％，则孔21内存在一定空隙，可能导致氧化物颗粒30在孔21中松动，结合力降低；若若氧化物颗粒30的体积总和与所述孔体积比大于95％，则部分氧化物颗粒30会因受压而变形。
所述金属制品的制备方法通过正负脉冲法同步进行氧化及沉积，其制备简单，制备效率高，整个制备流程中只使用一种电解液，较为环保。通过上述方法制备的金属制品100具有稳定性好、耐腐蚀性强的膜层20，且膜层20与氧化物颗粒30的结合稳定性好。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本申请的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属制品，包括：
金属主体；及
膜层，设置于所述金属主体表面，所述膜层包括孔，所述孔的外壁呈多边形，所述孔的内壁呈圆形，所述孔内填充有氧化物颗粒。
2.如权利要求1所述的金属制品，所述氧化物颗粒的粒径为纳米级，所述氧化物颗粒的形状呈球形。
3.如权利要求1所述的金属制品，其中，所述孔的孔径范围为200nm～500nm。
4.如权利要求1所述的金属制品，其中，所述孔的孔壁厚度范围为50nm～150nm。
5.如权利要求1所述的金属制品，其中，所述氧化物颗粒的粒径范围为10nm～100nm。
6.如权利要求1所述的金属制品，其中，所述氧化物颗粒的体积总和与所述孔体积比的范围为60％～95％。
7.一种金属制品的制备方法，包括：
将金属主体置于电解液中；及
采用正负脉冲法对所述金属主体进行电化学反应，形成所述金属主体表面的膜层；其中，
在正压时，所述金属主体被氧化形成所述膜层，所述膜层包括孔，所述孔的外壁呈多边形，所述孔的内壁呈圆形；在负压时，在所述孔中形成填充所述孔的氧化物颗粒。
8.如权利要求7所述的制备方法，其中，正负脉冲法中正电位电压为0V～250V，步长为5V/s，空占比为10％；负电位电压为0V～-90V，步长为-5V/s，空占比为20％。
9.如权利要求7所述的制备方法，其中，正负脉冲法反应时间范围为10个～20个循环周期。
10.如权利要求7所述的制备方法，其中，所述电解液中包括氟锆酸盐或钛酸盐。
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