[发明专利]一种调控阀金属阳极氧化物薄膜中杂质元素比例和化学性质的方法及其产品

说明书

本发明提供一种调控阀金属阳极氧化物薄膜中杂质元素比例和化学性质的方法及其产品，所述方法包括以下步骤：S1：阀金属及其合金的预处理；S2：利用脉冲电压对S1处理过的阀金属及其合金进行阳极氧化；S3：去除未反应的阀金属及其合金，获得阳极氧化物薄膜。本发明基于阀金属阳极氧化物薄膜表面的纳米孔洞结构与脉冲电压对离子迁移的扰动机制，实现了阀金属阳极氧化物薄膜中杂质元素含量的大幅度提高。本发明还通过系统性调整脉冲电压，实现对杂质元素化学键比例的调控，制备出具有不同光学和力学性质的系列阳极氧化物薄膜。本发明具有环境低污染，生产成本低、应用价值高、实用性好、使用广泛的优点。

技术领域

本发明属于电化学制备技术领域，特别涉及一种调控阀金属阳极氧化物薄膜中杂质元素比例和化学性质的方法及其产品。

背景技术

电化学阳极氧化是指以金属或合金作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜能够改变金属表面的状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性，增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。以金属铝的阳极氧化为例，将铝及其合金置于相应的电解液中作为阳极，在特定条件和外加电压作用下进行电解，阳极的铝或其合金氧化，表面上形成氧化铝薄膜，氧化铝薄膜具有耐高温、热稳定性好、强度高、化学性质稳定的特点。

电化学制备金属氧化物的技术还可以实现电解液中离子对阳极氧化物的掺杂，从而制备出含有掺杂元素的氧化物，利用电化学的方法对金属铝进行阳极氧化，同样可以实现氧化铝薄膜的掺杂。离子的掺杂能够改变氧化物的物性，例如化学、光学和力学等性质。到目前为止存在两种形式的掺杂，一种是利用电解液进行掺杂，另一种是直接对金属的合金进行阳极氧化，实现掺杂。

对于多孔型的阳极氧化铝，阳极氧化反应发生在纳米孔洞底部，即金属与氧化物的界面上。在阳极氧化的过程中，在外加电场的作用下，溶液中的阳离子和阴离子会定向迁移，通过离子的迁移，溶液中的酸根离子伴随着氧负离子和氢氧根离子进入纳米孔洞参与阳极氧化反应，从而能够将酸根离子掺入到阳极氧化铝薄膜中。酸根离子的掺杂量依赖于孔洞中微流体的性质，通过调节阳极氧化电压、电流密度、温度、电解液的浓度和化学性质，从而可以调节元素的掺杂量。在恒压阳极氧化或恒流阳极氧化条件下，离子的迁移受纳米管道的约束，导致离子的掺杂量在2at％-7at％范围内。然而，如果稳定的离子流被破坏，那么离子在纳米管道中的迁移受到扰动，从而对参与阳极氧化反应的离子浓度产生影响，进而可改变氧化物中离子的掺杂量。

本发明利用脉冲电压进行阳极氧化，可以对氧化物实现更高的离子掺杂量，达到20at％左右。相比于恒压阳极氧化，脉冲阳极氧化过程中脉冲电压破坏离子流的稳定状态，对离子的迁移造成扰动，并通过纳米管道的选择透过性，增加了酸根离子到达纳米孔洞底部参与阳极氧化的几率，从而可以在阳极氧化物中掺入更多的酸根离子，提高氧化物中杂质元素的掺杂比例。此外，脉冲阳极氧化结合了低压阳极氧化和高压阳极氧化的优点，能克服低压和高压阳极氧化的缺点。本发明还通过系统性调整脉冲电压，实现对杂质元素化学键比例的调控，制备出了具有不同光学和力学性质的系列阳极氧化物薄膜。本发明首次报道了一种调控阀金属阳极氧化物薄膜中杂质元素比例和化学性质的方法及其产品。

发明内容

本发明目的在于提供一种调控阀金属阳极氧化物薄膜中杂质元素比例和化学性质的方法及其产品，利用该方法能够制备高掺杂量的阳极氧化物薄膜，并且能够调控阳极氧化物薄膜中杂质元素的化学性质，得到不同功能性的阳极氧化物薄膜。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种调控阀金属阳极氧化物薄膜中杂质元素比例和化学性质的方法及其产品，其特征在于，包括以下步骤：

S1：阀金属及其合金的预处理；

S2：将S1处理过的阀金属及其合金作为阳极，惰性电极为阴极，在酸性电解液中，利用脉冲电压，对其进行阳极氧化；

S3：去除未反应的阀金属及其合金，获得阳极氧化物薄膜。