医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备.pdf

文章编号: 1 0 0 1 - 9 7 3 1(2 0 1 4)2 2 - 2 2 1 2 8 - 0 6 医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备 邓姝皓1 ,2, 潘颖1, 杨曦1,2, 周琦1,2 ( 1.中南大学 材料科学与工程学院,长沙4 1 0 0 8 3;2.教育部有色重点实验室, 长沙4 1 0 0 8 3) 摘要:采用4因素3水平的正交实验, 确定经阳极 氧化铝合金后在其表面进行电解着色铜的最佳工艺, 并用T i O2溶胶对着色膜进行封孔处理。采用扫描电 镜、 能谱仪、X射线衍射仪对涂层的形貌、 成分分布、 结 构等进行表征, 研究涂层的耐蚀性、 耐擦拭性、 亲水性、 光催化性、 抗菌性等。结果表明, 氧化膜为砖红色, 厚 约4 0 5 0m, 主要由非晶态的氧化铝构成, 铜纳米 粒子和T i O2沉积在孔中。经电化学氧化着色和T i O2 封孔后形成了耐蚀、 装饰、 亲水、 光催化、 抗菌的多功能 涂层, 其性能较沸水封孔的涂层有很大提高, 可用于医 学外用设备。 关键词:铝合金; 电解着色; C u;T i O2; 涂层 中图分类号:T G l 7 4. 4文献标识码: A D O I:1 0. 3 9 6 9/ j . i s s n . 1 0 0 1 - 9 7 3 1. 2 0 1 4. 2 2. 0 2 7 1引言 铝合金具有密度小、 强度高的特点, 应用遍及各工 业与日常领域, 经阳极氧化后, 应用范围更广, 如航空 航天、 建筑、 交通、 机械、 民用五金及食品包装、 太阳能 及化学工业等 1 - 6。此外, 铝合金在医学外用领域的应 用也逐渐广泛, 如药物专用车、 担架、 拐杖、 支架等 7 - 8。 铝合金作为医学外用材料, 可使材料极大地轻量化。 基于医用目的, 铝合金表面保护膜除与基体具有良好 的结合力外, 还应无毒、 耐蚀、 杀菌、 自洁。铝虽无抗 菌、 自洁性, 但采取适当的表面处理技术, 就可以得到 耐蚀、 抗菌、 自洁的铝合金。电化学方法制备铝合金表 面涂层具有涂层均匀、 制备过程简洁、 条件温和、 工艺 实施连续、 易于生产自动化、 设备投资少、 生产费用低、 原料的利用率高、 工艺简单等优点, 是铝合金表面处理 最常用的方法之一。 本文从医用铝合金对表面的多项要求着手, 对铝 合金采用连续的阳极氧化、 电解着色、 封孔等工艺, 获 得耐蚀、 耐磨、 杀菌、 自洁并具有装饰效果的铝合金多 功能涂层, 以满足医学外用要求, 为铝合金的实际医学 外用提供理论和现实依据。 2实验 2. 1样品制备 2. 1. 1实验流程 样品制备工艺: 打磨浸蚀阳极氧化电解着 色封孔产品。具体工艺如下所述。 2. 1. 2阳极氧化 将铝试样的非工作面进行绝缘, 工作面经砂纸依 次打磨至光亮、 水洗、 经3 0%硝酸浸蚀13m i n后, 以 此作为阳极浸入1 8 0g/L的硫酸溶液中, 阳极氧化 3 0m i n, 另一块铝片 作阴极, 阳极 氧化电流密 度为 4 0mA/c m 2, 液温维持在2 0。氧化完毕后, 清洗氧 化样品, 除去氧化膜表面吸附的电解液及杂质。 2. 1. 3电解着色 将氧化后的铝合金做作极浸入C u S O4溶液中, 以 导电良好的碳棒为阳极进行电解着色。采用4因素3 水平的正交实验来确定最佳工艺条件, 正交因素如表 1所示。最佳电解着色工艺条件由沸水封孔后试样的 耐蚀性和外观形貌的综合评分决定。其中耐蚀采用滴 碱实验: 用微量注射器取吸取一定量的1 5 0g/L的 N a OH溶液, 在沸水封孔后的膜片上滴加一滴, 用秒表 记录下液滴与涂层接触处产生肉眼可见气泡时所需时 间。每块涂层上进行3次滴碱实验, 求平均点蚀时间。 表1电解着色工艺的正交因素表 T a b l e1F a c t o ro fo r t h o g o n a l t e s t f o re l e c t r o l y s i sc o l - o r a t i o n F a c t o rL e v e l A=C u r r e n td e n s i t y /mAc m-2 51 01 5 B=C o n c e n t r a t o no f c u p r i cs a l t/gL -1 1 01 52 0 C=E l e c t r o l y t i cc o l o r i n gt i m e/m i n234 2. 1. 4封孔处理 将电解 着 色 后 的 铝 片 清 洗 干 净, 放 入 沸 水 中 2 0m i n, 经沸水封孔处理后取出铝片进行干燥得到铝 合金多功能涂层膜。也可参考文献 9 制备T i O2溶 胶, 将 电 解 着 色 的 铝 合 金 放 入T i O2溶 胶 中 浸 泡 2 0m i n后在烘箱9 0烘烤3 0m i n后随炉冷, 进行封 821222 0 1 4年第2 2期(4 5) 卷 基金项目: 中 南 大 学 实 验 室 开 放 基 金 资 助 项 目 (L A 1 3 0 7 3) ; 中 南 大 学 学 位 与 研 究 生 教 育 教 学 改 革 研 究 基 金 资 助 项 目 ( 7 1 3 0 2 0 0 0 4) 收到初稿日期: 2 0 1 4 - 0 3 - 2 7 收到修改稿日期: 2 0 1 4 - 0 8 - 0 7 通讯作者: 邓姝皓,E - m a i l:d e n g w e i h u a d i s i n a . c o m 作者简介: 邓姝皓(1 9 7 3-) , 女, 湖南衡阳人, 博士, 副教授, 主要从事材料电化学研究。 孔处理, 从而获得铝合金多功能涂层。 2. 2表征 采用日本理学株式会社D/m a x2 5 0 0X射线衍射 分析涂层的相组成, 扫描度数为37 3 , 扫描速率8 / m i n。采用F E I的Q u a n t a 2 0 0型S EM扫描电镜, 对涂 层的表面和截面形貌进行观测, 采用能谱仪(Q u a n - t a 2 0 0型扫描配件) 对涂层的表面和截面成分分布进行 分析。 2. 3性能分析 2. 3. 1耐碱实验 耐碱实验具体操作如2. 1. 3所述。 2. 3. 2亲水性能 采用微型注射器吸取一定量的蒸馏水, 在涂层表 面滴加一滴蒸馏水, 并立即测量记录下这滴蒸馏水的 直径d1。5m i n过后, 再次测量记录涂层上蒸馏水的 直径d2。用水滴直径变化表征膜层的亲水性 =(d2-d1) /d1 5次测量取平均值。 2. 3. 3耐擦拭性能 以固定力使1 0 2号定性滤纸在涂层表面进行直线 往复运动, 根据目测氧化膜的脱色程度和擦拭次数来 评价涂层的耐擦拭性能。 2. 3. 4光催化性能 1 0 用上海UN I C O公司的UV - 2 1 0 0型紫外-可见分 光光 度 计 检 测T i O2封 孔 涂 层 的 光 催 化 活 性。取 1 0 -5g /g的甲基橙溶液滴加到T i O2封孔涂层上, 将 其放置在光照下3h后收集原液, 用可见分光光度计 测量在4 6 5n m波长处涂层对甲基橙的光解率。 2. 3. 5抗菌性能 参考文献 9 定性研究涂层的抗菌性。将新鲜馒 头覆盖在各样品( 3c m4c m) 涂层上, 放置在3 0恒 定温度、 相对湿度8 0%的环境中, 观察与各样品涂层 接触的馒头表面长霉情况。 2. 3. 6耐蚀性 采用I m 6 e x型电化学工作站以极化曲线评价样 品在5% N a C l溶液中的耐蚀性, 其中样品作为工作电 极, 参比电极为饱和甘汞电极, 辅助电极为铂电极, 扫 描速度5mV/s, 室温。 3结果与讨论 3. 1电解着色工艺条件的确定 采用正交实验确定电解着色的最佳工艺条件, 其 正交实验及结果、 分析如表2所示( 注: 所有正交实验 的样品均采用沸水封孔处理进行性能比较) , 根据点蚀 时间与外观综合评分确定最佳工艺条件。由于重点研 究的是着色膜的耐蚀性能, 因此最终评分时设定耐蚀 性与外观之比为82, 其中外观的满分为3 0分。由 表2的直观分析可以确定最优电解着色工艺条件为 A3B1C3, 即C u S O4浓度为2 0g/L, 电流密度为5mA/ c m 2, 着色时间为4m i n, 为正交实验的7号。由极差 分析可知, 影响着色膜性能的最显著因素是C u S O4的 浓度, 其次是电解着色时间, 影响最小的是电流密度。 但从均值发展趋势看, 3个因素最佳值均在实验范围 边缘, 这表明最佳工艺条件有可能在实验范围之外。 因此, 需在此正交结果基础上分别提高硫酸铜浓度、 降 低电流密度、 延长着色时间来优化实验条件。 表2实验设计方案及实验结果及计算分析表 T a b l e2P l a n,r e s u l t a n da n a l y s eo fo r t h o g o n a l t e s t f o re l e c t r o l y s i sc o l o r a t i o n E x p e r i m e n t c o d e F a c t o rS c o r e A/gL -1 B/mAc m-2C/m i nA n t i - c o r r o s i o n/m i nA p p e a r a n c eO v e r r a t i n g 11 0524. 1 32 5. 5 08. 4 0 21 01 035. 7 52 7. 0 01 0. 0 0 31 01 548. 1 22 4. 0 01 1. 3 0 41 5531 2. 4 51 7. 61 5. 4 8 51 51 049. 3 82 6. 4 01 2. 7 8 61 51 521 8. 6 52 4. 0 01 9. 7 72 0542 4. 9 32 2. 5 02 4. 4 4 82 01 021 2. 7 72 1. 0 01 4. 4 1 92 01 536. 7 21 9. 5 09. 2 8 K 19. 9 0 01 6. 1 0 71 4. 1 7 0 K 21 5. 9 8 71 2. 3 9 71 1. 5 8 7 K 31 6. 0 4 31 3. 4 2 71 6. 1 7 3 R a n g e6. 1 4 33. 7 1 04. 5 8 6 通过对正交实验延续进行优化处理后, 发现着色 的电流密度和着色时间已达到最大值, 而铜盐浓度尚 需提高, 最终确定电解着色的最佳工艺为A4B 1C3, 即 硫酸铜浓度为2 5g/L, 电流密度为5mA/c m 2, 着色时 间为4m i n。此最优条件下得到的着色膜呈均匀的砖 红色, 耐1 5 0g/LN a OH点蚀时间达2 5m i n, 较铝合 金耐碱蚀仅十几秒要显著提高, 且由法拉第定律m/s =(M i t) / (z F) 可计算出铜粒子在氧化膜中的理论沉 92122 邓姝皓 等: 医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备 积量为0. 4m g/c m 2, 即氧化膜内沉积的 C u单质为每 平方厘米0. 4m g, 这表明通过电解着色工艺沉积在氧 化膜中的铜粒子是很少量的且分布均匀, 较在铝合金 中有目的的添加铜制备抑菌合金更为经济有效。 本文将最优条件制备的氧化着色膜用T i O2凝 胶 9进行封孔后, 其颜色仍为均匀的砖红色, 但此着色 膜耐1 5 0g/LN a OH点蚀时间达到2 7m i n以上, 耐碱 蚀性要比沸水封孔着色膜更好。这主要是因为纳米的 T i O2溶胶颗粒可以通过扩散进入微孔, 并经凝胶化后 形成均匀连续的封孔膜, 且T i O2是一种惰性氧化物, 因此耐强碱腐蚀性较沸水封孔形成的勃姆体( 水合氧 化铝) 有所提高是必然的。 3. 2表征 3. 2. 1形貌 表面形貌。图1为最优化条件下制得的着色膜经 T i O2封孔后表面的扫描电镜照片及表面成分分析。 图1(a) -(c) 为氧化膜不同放大倍数的表面微观形貌, 从图片中可看出, 氧化膜表面比较平整, 呈现纳米尺寸 的多孔状 1 1, 膜孔周围的表面分布着少量的白色颗 粒, 表明铝合金经氧化后在表面形成了较为均一的多 孔氧化膜, 而那些白色颗粒应该是阳极氧化后留下的 痕迹,T i O2封孔并没有使得膜完全平整, 也表明T i O 2 主要通过扩散分布到孔中。图1(d) -(e) 为氧化膜的表 面成分分布, 从结果可以看出, 氧化膜表面主要由A l、 O元素组成, 还有一些S元素, 也存在着少量的T i和 C u元素。这说明氧化膜的主要成分是氧化铝,S元素 来源于阳极氧化的电解液, C u是通过电解着色沉积在 铝合金基体与氧化膜相接的界面上, 因此在表面被检 测到的量是非常少的。膜层中的T i元素来源于T i O2 的封孔工艺。通过理论计算, 发现O的含量较理论值 要高些, 说明氧化膜表面为氧化铝和T i O2组成, 还有 一定的勃姆石( 水合氧化铝, - A l OOH) 。 图1T i O2封孔着色膜的表面形貌及成分分析 F i g1M o r p h o l o g yo f f i l mi ns u r f a c e f o re l e c t r o l y s i sc o l o r a t i o na n dE D Sa n a l y s i s 截面形貌与成分分布。图2为最优条件下制得的 T i O2封孔着色膜的截面形貌和成分分布, 从图2可以 看出, 氧化膜内层致密, 仅几个微米, 外层厚而多孔, 这 与文献报道的铝合金氧化膜结构一致。其中图2(a) 为电解着色膜的成分线扫描, 由上至下分别为O、C u、 A l和T i在膜层中的成分分布。图2(b) 是各元素在膜 中的成分分布, 从图2(b) 可以看出氧化膜的厚度约为 4 05 0m。O在铝合金基体中的含量基本为零, 在 氧化膜内含量显著升高, 在靠近氧化膜外端又迅速下 降。而A l的含量整体呈现台梯状分布, 在基体内部含 量很高, 在氧化膜内下降了一个台阶, 在氧化膜外端再 次下降为零。而C u和T i则在氧化膜内侧分布达到最 大值, 随后向膜外逐渐降低, 这表明C u与T i O2主要 分布在氧化膜内侧和孔底, 它们含量虽少, 却不会因为 使用过程中的磨损而丧失杀菌性。综合考察这4种元 素的成分分布曲线, 可以发现结果与扫描电镜的照片 结果一致, 与理论上铝氧化膜的结构相符合, 即氧化膜 的孔呈圆 锥状, 扩大 的锥形口朝 外, 因此膜外 端的 A l2O3的含量比内层少。由于C u的沉积是发生在导 电的铝合金基体与膜相接界面, 因此膜外层的C u含 量非常少。另外氧化膜中C u单质的引入, 使得氧化 膜具有了杀菌性, 从前面的工艺计算和此处的成分分 析可以看出沉积在氧化膜中的C u虽很少, 但却能保 证C u完全均匀地分布在膜孔中且不易被擦去。 3. 2. 2相组成 图3为着色膜经不同封孔工艺处理后的X R D图。 031222 0 1 4年第2 2期(4 5) 卷 图2T i O2封孔着色膜的截面及成分线扫描 F i g2 M o r p h o l o g yo ff i l mi nt r a n s v e r s es e c t i o nf o r e l e c t r o l y s i sc o l o r a t i o na n d l i n es c a n n i n g 图3着色膜经不同封孔工艺处理后的X R D衍射图 F i g3X R Dp a t t e r n sf o rf i l m sw i t hd i f f e r e n ts e a l i n g p r o c e s s 从图3可以清晰地看到两种封孔工艺处理后的 X R D谱图在2 03 0 左右都有馒头峰, 而T i O2封孔的 涂层馒头峰更为明显, 这个峰对应的是非晶态的氧化 铝, 说明铝合金经氧化后主要形成为无定形态的氧化 铝。T i O2封 孔 的 氧 化 膜 在3 7 附 近 还 有 个 明 显 的 T i O2峰, 而单一沸水封孔的氧化膜X R D谱中无此峰, 这说明经T i O2封孔后氧化膜中存在晶态的T i O2。沸 水封孔的X R D谱线在4 3. 5,5 0. 5和7 4 的小峰为C u 单质的峰, 其它强而尖锐的峰则为铝合金基体的峰。 这表明电解着色的是C u单质。而T i O2封孔的X R D 谱线中C u单质的峰很弱, 这应该是T i O2封孔掩盖的 结果。由于电解着色时, C u单质是沉积在铝氧化膜的 底部, 且沉积在氧化膜孔隙中的C u含量少, 因此C u 峰衍射峰强度不明显, 根据J a d e软件可以计算出沉积 的C u晶粒尺寸为2 4n m, 由于氧 化膜孔为纳 米尺 寸 1 1, 也表明沉积其中的 C u粒子只能是纳米尺寸的 粒子, 因此才能产生漫射, 使膜具有色彩, 且易与细菌 蛋白结合, 具有很强的杀菌效果。 3. 3性能研究 3. 3. 1耐碱蚀性 表3分别为铝合金基体、 沸水封孔着色膜、T i O2 封孔着色膜的耐碱蚀性比较。由结果可知T i O2封孔 着色膜的耐碱蚀性优于沸水封孔着色膜, 且两者的耐 碱蚀性较铝基体而言均有非常显著的提高。这是由于 铝合金经氧化形成氧化膜后, 其耐蚀性就有很大的提 高, 而本文的两种氧化膜层中还沉积有一定的单质 C u, 因此耐蚀性又较氧化膜有更大的提高。最后是氧 化膜封孔将侵蚀性的电解液与基体完全隔绝开, 并且 T i O2的惰性较沸水封孔的勃姆体更强, 因此经氧化、 着色和封孔后的铝合金的耐蚀性要远大于铝合金基 体, 且T i O2封孔的更优于沸水封孔的。 表3涂层耐碱蚀性比较 T a b l e3T h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fe l e c t r o l y t i cc o l o - r i n gf i l m s i na l k a l i s o l u t i o n M o d eo f s e a l e dp o r eT i m e/m i n A lm a t r i x0. 1 F i l ms e a l e dw i t hw a t e r2 5 F i l ms e a l e dw i t hT i O22 7 3. 3. 2亲水性 表4为铝合金基体、 沸水封孔着色膜和T i O2封孔 着色膜的亲水性比较。膜层的亲水性越高, 也越有利 于其自洁。 表4涂层亲水性比较 T a b l e4T h eh y d r o p h i l yo f e l e c t r o l y t i cc o l o r i n gf i l m s M o d eo f s e a l e dp o r eH y d r o p h i l i c i t y A lm a t r i x F i l ms e a l e dw i t h w a t e r 0. 0 3 0. 1 9 F i l ms e a l e dw i t hT i O20. 2 8 由表4结果可知, 着色膜的亲水性都强于基体, 且 T i O2封孔的着色膜的亲水性明显优于沸水封孔的着 色膜, 这是由膜的表面形貌和组成决定的。T i O2封孔 的着色膜表面由于T i O2凝胶被封在孔内, 因此表面 凹凸不平, 较为粗糙, 使水比较容易在其表面浸润; 另 外T i O2是强亲水性的, 因此T i O2封孔膜表现出了较 强的亲水性能。沸水封孔的着色膜由于孔是通过氧化 膜自身水化而成, 因此氧化膜表面较为平整、 光滑, 另 氧化铝本身亲水性也较T i O2要差一些。 3. 3. 3耐擦拭性 表5列出了两种封孔方式下着色膜的耐擦性实验 结果。 表5涂层耐擦拭性比较 T a b l e5T h ea n t i - w i p i n gr e s i s t a n c eo f e l e c t r o l y t i c c o l - o r i n gf i l m s M o d eo f s e a l e dp o r eA n t i - w i p i n gt i m e s F i l ms e a l e dw i t hw a t e r35 0 0 F i l ms e a l e dw i t hT i O233 5 0 由表5结果可知, 两种着色膜开始脱色的耐擦拭 次数都超过了30 0 0次, 说明两种着色膜的耐擦拭性 都很好。这是因为电解着色膜的C u沉积在氧化膜孔 的底端, 因此在擦拭时很难被触及, 耐擦拭性都很高。 但沸水封孔着色膜的耐擦拭性要优于T i O2封孔着色 膜的, 则是因为沸水封孔的氧化膜更为光滑平整, 与铝 合金的结合力强, 因此难以被擦拭破坏, 而T i O2封孔 的氧化膜中T i O2与氧化膜结合力不如沸水封孔的, 13122 邓姝皓 等: 医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备 且其表面凹凸不平, 因此着色较沸水封孔的容易擦去 些。 3. 3. 4光催化性 表6为不同情况下,T i O2封孔着色膜的光解甲基 橙的实验结果。 表6涂层光解甲基橙研究 T a b l e6T h ep h o t o c h e m i c a ld e c o m p o s i t i o no fe l e c t r o - l y t i cc o l o r i n gf i l m C o n d i t i o nD e c o l o r i z a t i o nr a t e/% S u n s h i n e(i n d o o r)8 6. 5 7 S u n s h i n e(o u t d o o r)9 3. 8 3 由表6数据可知随着光照强度的增强, 氧化膜对 甲基橙的降解率逐渐提高。在充足光照条件下时甲基 橙被分解掉了9 3. 8 3%, 这表明T i O2封孔着色膜具有 较好的光催化自洁性, 能够有效分解有机物, 细菌也不 易在其上存活, 另外实验也证明沸水封孔的着色膜对 甲基橙基本无分解作用。 3. 3. 5抗菌性 图4为新鲜馒头与几种样品接触5d后的长霉情 况。其中图4(a) 为铝合金经阳极氧化和沸水封孔形 成的氧化膜表面的抑菌效果; 图4(b) 为涂有T i O2层 的玻璃片上的抑菌效果; 图4(c) 为铝合金经阳极氧 化、 电解着色和沸水封孔后表面的抑菌效果; 图4(d) 为铝合金经阳极氧化、 电解着色和T i O2封孔后表面 的抑菌效果。比较4张图上霉菌的面积和数量可知, 仅仅对铝合金进行阳极氧化和沸水封孔, 是不能抑制 霉菌的生长, 因此馒头上霉点不仅大量分布, 且都由黑 变绿, 而且馒头边缘还长有大量绒毛, 可见此膜层表面 最易长霉且长霉时间最长。对铝合金表面进行阳极氧 化、 电解着色和沸水封孔后的膜层抑菌性也不好, 因此 也分布有大量黄色霉点, 但比较可知长霉时间不长。 单纯的T i O2涂层对膜层有一定的抑菌效果, 因此馒 头上的黄色霉点较少一些。而经阳极氧化、 电解着色 和T i O2封孔的着色膜抗菌性最佳, 仅仅在边缘和中 部有少量黄色的霉点。这也表明, 沉积的C u纳米粒 子和封孔的T i O2的协同作用, 使得涂层具有较优异 的抑菌效果。 图4馒头长霉后的情况对比 F i g4T h es i t u a t i o no fm o l d sg r o w t ho ns t e a m e db r e a d 3. 3. 6耐腐蚀性能 各样品在5% N a C l水溶液中的腐蚀结果如表7 所示。 表7试样在5% N a C l溶液中腐蚀数据 T a b l e7 T h ec o r r o s i o nd a t ao fe l e c t r o l y t i cc o l o r i n g f i l m s i n5% N a C l s o l u t i o n S a m p l eEc o r r/Vic o r r/Ac m-2 A B C D E -0. 4 5 6 -0. 4 5 2 -0. 3 9 2 -0. 0 1 2 -0. 4 9 7 2. 4 81 0 -5 2. 1 21 0 -5 2. 6 01 0 -5 5. 7 51 0 -7 8. 1 31 0 -4 其中(a) 、 (c) 、 (d) 样品与图4标注的是一致, (b) 为铝合金经阳极氧化和T i O2封孔的样品,E则是铝合 金基体。通过比较各样品的自腐蚀电位与腐蚀电流密 度, 即可判断各样品的耐蚀性。自腐蚀电位愈正, 材料 的热力学稳定性愈高, 活性愈低, 耐蚀趋势愈好; 自腐 蚀电流密度愈小, 材料的腐蚀速度愈小, 材料越不容易 被腐蚀, 即耐蚀性愈好。从表7的结果可以看出, 经过 着色且封孔了的氧化膜, 其耐腐蚀的趋势明显增大, 耐 蚀性能也显著提高; 未经电解着色而直接进行封孔处 理的氧化膜耐蚀性较差, 但较未经任何表面处理的铝 合金而言还是有很大的提高。比较C、D样品的Ec o r r 与i c o r r可知,T i O2封孔比沸水封孔更能提高铝合金的 耐蚀性能。铝合金经阳极氧化、 着色和封孔后在其表 面形成了惰性的、 高耐蚀的保护膜, 使得腐蚀介质与铝 基体相隔3层( 分别为氧化膜、C u单质和惰性的T i O2 封孔层) 保护层, 因此耐蚀性较基体显著提高。 4结论 ( 1)铝合金经阳极氧化后直流电解着色的最佳 工艺为C u S O4浓度为2 5g/L, 电流密度为5mA/c m 2, 着色时间4m i n, 由此得到均匀的砖红色氧化膜, 经沸 水封孔后耐碱蚀(N a OH浓度为1 5 0g/L) 时间达到 2 5m i n, 而T i O2溶胶封孔的耐碱蚀时间达到2 7m i n 以上, 由法拉第定律得出的电解着色C u的理论沉积 量为0. 4m g/c m 2。 ( 2)铝合金的阳极氧化膜微观形貌为多孔状, 主 231222 0 1 4年第2 2期(4 5) 卷 要由非晶态的A l 2O3组成。电解着色的C u纳米粒子 主要沉积在氧化膜孔底, 封孔的T i O2基本上均匀分 布在氧化膜孔中。 ( 3)铝合金经氧化、 电解着色和沸水封孔后, 其 耐蚀、 亲水、 装饰性等都较基体有显著提高, 经T i O2 封孔的氧化膜还具有自洁和杀菌功能, 适用于医学外 用。 参考文献: 1W a n h i l lRJH. C h a p t e r1 5 - a e r o s p a c ea p p l i c a t i o n so fa l u - m i n u m - l i t h i u m a l l o y sM.A l u m i n u m - l i t h i u m A l l o y s, 2 0 1 4. 5 0 3 - 5 3 5. 2Y uK u n,L iS h a o j u n,C h e nL i s a n,e ta l .M i c r o s t r u c t u r e c h a r a c t e r i z a t i o na n dt h e r m a lp r o p e r t i e so fh y p e r e u t e c t i c S i - A la l l o y f o r e l e c t r o n i c p a c k a g i n g a p p l i c a t i o n sJ. T r a n s a c t i o n so f N o n f e r r o u s M e t a l s S o c i e t y o f C h i n a, 2 0 1 2,2 2(1 0) :1 4 1 2 - 1 4 1 7. 3E n g l e rO,S c h f e rC. C r y s t a l - p l a s t i c i t ys i m u l a t i o no f t h e c o r r e l a t i o no fm i c r o t e x t u r ea n dr o p i n gi n AA 6 x x x A l - M g - S i s h e e ta l l o y sf o ra u t o m o t i v ea p p l i c a t i o n sJ.A c t a M a t e r i a l i a,2 0 1 2,6 0(1 3) :5 2 1 7 - 5 2 3 2. 4S u t o uY,Om o r iT,W a n gJJ,e ta l .C h a r a c t e r i s t i c so f C u - A l - M n - b a s e ds h a p em e m o r ya l l o y sa n dt h e i ra p p l i c a - t i o n sJ.M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g:A,2 0 0 4, 3 7 8(1 - 2) :2 7 8 - 2 8 2. 5X u eW e n b i n,J i a n gX i n g l i,Y a n gZ h u o,e t a l . T h eg r o w t h k i n e t i c sa n dp r o p e r t i e so fc e r a m i cf i l m sf a b r i c a t e db ym i - c r o a r co x i d a t i o no n6 0 6 1a l u m i n u ma l l o yJ. J o u r n a lo f F u n c t i o n a lM a t e r i a l s,2 0 0 8,3 9(4) :6 0 3 - 6 0 7. 6D uX i a n z h i,Z h a n gY a z e n g . S t u d ya n dp r e p a r a t i o no nt h e a n o d eo x i s i z e df i l mo f a l u m i n u ma l l o yJ. A c t aE n e r g i a e S o l a r i sS i n i c a,1 9 9 9,1 6(2) :1 9 1 - 1 9 6. 7Y i l m a z c o b a nIK,M i m a r o g l uA. F r o n t a l i m p a c ta b s o r b - i n gs y s t e m s i nw h e e l c h a i r s l i k es h e e tm e t a lh o o di nv e h i - c l e sJ. T h i n - W a l l e dS t r u c t u r e s,2 0 1 2,5 9(1 0) :2 0 - 2 6. 8M aW e i l i a n,Z h a n gK e s h u . A p p l i c a t i o no fF E Ai nr a i l w a y v e h i c l ea r m r e s t s t r u c t u r ed e s i g nJ. C o a s t a lE n t e r p r i s e s a n dS c i e n c e 2. T h eK e yL a b o r a t o r yo fN o n f e r r o u sM e t a l o fM i n i s t r yo fE d u c a t i o n,C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y, C h a n g s h a4 1 0 0 8 3,C h i n a) A b s t r a c t:M u l t i - f u n c t i o n a l c o a t i n go nA l a l l o yu s e d f o rm e d i c a l e x t e r n a l a p p l i c a t i o nh a db e e np r e p a r e db ya n o d i c o x i d a t i o na n de l e c t r o l y s i s c o l o r a t i o n,a n d t h eo p t i m u mc o n d i t i o no f e l e c t r o l y s i s c o l o r a t i o np r o c e s sw a s c o n f i r m e d b yo r t h o g o n a l d e s i g n,t h e nt h ep o r es e a l i n gp r o c e s sb yT i O2w a sa d o p t e d .X - r a yd i f f r a c t i o n(X R D)a n ds c a n - n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e(S EM)a n de n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r o m e t e r(E D S)w e r eu s e dt os t u d yt h es t r u c t u r e, a p p e a r a n c e,a n d i n g r e d i e n to f f i l m.O t h e rp r o p e r t i e ss u c ha sc o r r o s i o n - r e s i s t a n c e,a n t i - w i p i n gr e s i s t a n c e,h y - d r o p h i l i c i t y,p h o t o c a t a l y s i sa n da n t i b a c t e r i a l p r o p e r t yw e r e i n v e s t i g a t e d . Ab r i c kr e do x i d a t i o nf i l mw i t hm u l t i - f u n c t i o nh a sb e e ng o t f o rm e d i c a l e x t e r n a l a p p l i c a t i o n . T h e t h i c k n e s so f t h em u l t i - f u n c t i o n a l c o a t i n gw a sa b o u t 4 0 - 5 0ma n d t h em a i np h a s eo f t h e c o a t i n gw a s a m o r p h o u sA l2O3,n a n o - s i z eC up a r t i c l e a n dT i O2a r ed e p o s i t e d i n t ot h ep o r eb o t t o m. T h ep r o p e r t i e so f c o a t i n gs e a l e dw i t hT i O2,s u c ha sa n t i - c o r r o s i o n,h y d r o p h i l