[发明专利]在钛及钛合金基体上制备氮掺杂微孔二氧化钛可见光光催化层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备二氧化钛可见光光催化层的方法。

背景技术

随着我国太空探索事业范围的不断延伸，未来长时间载人空间站已经的发展已经提上了日程钛及钛合金因为具有密度小、比强度高比断裂韧性高疲劳强度好抗裂纹扩展能力好低温韧性良好和抗蚀性能优异原因成为建造空间站的首选材料载人空间站是一个完全封闭的环境，太空舱内环境异味和有害细菌的消除是一个关系到宇航员生活环境和身体健康的重要问题TiO₂是目前广泛应用的光催化材料，研究表明TiO₂可以很好催化分解各种环境异味和有害细菌，是一种可以用于载人空间站空气净化的材料

目前，在钛及钛合金表面制备TiO₂可见光光催化层的方法主要是以粉体涂料和薄膜两种，但是都会增加了钛及钛合金的重量，增加发射成本增加发射难度，而且涂料和薄膜方法形成的TiO₂层在长时间使用中易发生脱落，脱落的漂浮物质可能会对仪表和宇航员造成潜在的威胁，因此目前的TiO₂光催化材料制备技术不适于未来空间站的要求

发明内容

本发明目的是为了解决目前在钛及钛合金表面制备TiO₂可见光光催化层的方法增加钛及钛合金的重量及TiO₂层易发生脱落的问题，而提供一种在钛及钛合金基体上制备氮掺杂微孔二氧化钛可见光光催化层的方法

在钛及钛合金基体上制备氮掺杂微孔二氧化钛可见光光催化层的方法按以下步骤实现：气对钛及钛合金进行氧等离子体离子注入处理，在注入电压为10～30kV的条件下注入3×10¹⁷～8×10¹⁷离子/cm²；二、氦等离子体离子注入分三步，第一步在注入电压为8～12kV的条件下注入5×10¹⁷～7×10¹⁷离子/cm²，第二步在注入电压为28～32kV的条件下注入2×10¹⁷～4×10¹⁷离子/cm²，第三步在注入电压为48～52kV的条件下注入2×10¹⁷～4×10¹⁷离子/cm²；三、退火处理，在500～600℃的条件下退火1～2h，然后在600～700℃的条件下退火1～2h；四在基体偏压为600～800V的条件下进行氩等离子体刻蚀3～5h，得表面形成微孔的钛及钛合金；五、氮离子注入处理，注入电压为30～50kV，注入时间为10～20min，即在钛及钛合金基体上制备得到氮掺杂微孔二氧化钛可见光光催化层。

本发明方法采用等离子体基离子注入技术，因此不增加钛及钛合金基体的重量，而且不会发生二氧化钛可见光光催化层脱落的现象。由于二氧化钛是等离子体注入钛及钛合金基体的，所以不影响钛及钛合金构件的机械力学性能；并能够有效的去除太空站舱内环境的异味和有害细菌。

附图说明

图1为具体实施方式七中在钛合金基体上制备得到氮掺杂微孔二氧化钛可见光光催化层的电镜扫描谱图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式在钛及钛合金基体上制备氮掺杂微孔二氧化钛可见光光催化层的方法按以下步骤实现：一、对钛及钛合金进行氧等离子体离子注入处理，在注入电压为10～30kV的条件下注入3×10¹⁷～8×10¹⁷离子/cm²；二、氦等离子体离子注入分三步，第一步在注入电压为8～12kV的条件下注入5×10¹⁷～7×10¹⁷离子/cm²，第二步在注入电压为28～32kV的条件下注入2×10¹⁷～4×10¹⁷离子/cm²，第三步在注入电压为48～52kV的条件下注入2×10¹⁷～4×10¹⁷离子/cm²；三、退火处理，在500～600℃的条件下退火1～2h，然后在600～700℃的条件下退火1～2h；四、在基体偏压为600～800V的条件下进行氩等离子体剥蚀3～5h，得表面形成微孔的钛及钛合金；五、氮离子注入处理，注入电压为30～50kV，注入时间为10～20min，即在钛及钛合金基体上制备得到氮掺杂微孔二氧化钛可见光光催化层。

本实施方式中所用钛合金为现有各种型号的钛合金。