一種在鈦合金表面制備納米管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在鈦合金表面制備納米管的方法，具體涉及一種用微弧氧化工藝在鈦金屬表面制備有序打02納米管的方法，屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于其獨特的陣列結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的納米效應(yīng)，T12納米管被廣泛地用于光催化劑、太陽能電池、氣敏傳感材料、催化劑載體和超級電容器等研宄領(lǐng)域。自2001年美國科學(xué)家Grimes首次利用陽極氧化法制備T12納米陣列材料后，陽極氧化法成為目前制備T1 2納米管的一個主要方法，該方法制備的納米管分布均勻且排列整齊，但是，所制備的納米管與基體的結(jié)合力不強(qiáng)，容易脫落。
[0003]微弧氧化法是一種在有色金屬表面原位生長陶瓷膜層的表面處理技術(shù)，相對于陽極氧化，其形成的陶瓷薄膜更加致密，與基體的結(jié)合強(qiáng)度更高，且具有優(yōu)異的耐磨耐蝕性能、較高的硬度和絕緣電阻，但是，在目前的研宄和應(yīng)用中，微弧氧化所形成的氧化層在微米尺度上具有多孔狀的結(jié)構(gòu)，不具備形成納米結(jié)構(gòu)的條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種在鈦合金表面制備納米管的方法，首次采用特殊的微弧氧化法，在金屬鈦表面制備出納米管陣列。
[0005]本發(fā)明提供的一種在鈦合金表面制備納米管的方法，包括以下步驟:
1)工件制備:將純鈦工件通過線切割加工得到所需試樣，然后分別使用不同級別的水砂紙將試樣逐級打磨至表面無明顯劃痕，將拋光過的試樣先后在丙酮、乙醇、去離子水中進(jìn)行超聲波清洗，然后再用環(huán)氧樹脂密封試樣的背面，留出工作面；
2)微弧氧化處理:工件全部浸沒在電解液界面之下，工作電流密度為0.1-0.8A/cm2，占空比為25-35%，反應(yīng)時間為2-30min，在鈦合金表面制備出納米管。
[0006]上述方案中，所述電解液包括Na3PO4和AgNO3,其中Na3PO4的濃度為0.5-30.0 g/L，AgNO^濃度為0.3-20.0 g/L，二者的體積比為1:1。
[0007]上述方案中，在金屬鈦表面工作面的90%以上區(qū)域制備出納米管，所述納米管為垂直于基體材料表面的納米級二氧化鈦管狀陣列，所述納米管的管徑及管壁厚度均勻。
[0008]進(jìn)一步地，通過Nano measure 1.2軟件統(tǒng)計得出:所制備出的納米管，其孔徑為25.58±20nm，管壁厚度為 15.35±10nm。
[0009]進(jìn)一步地，上述方法可細(xì)化為:包括以下步驟:
I)工件制備
將TA2純鈦工件通過線切割加工得到?14mmX3mm的實驗所需試樣，然后分別使用360#,600#, 1200#的水砂紙將試樣逐級打磨至表面無明顯劃痕，將拋光過的試樣先后在丙酮，乙醇，去離子水中分別超聲波清洗5min ;用環(huán)氧樹脂密封試樣，留出面積為1.54cm2的工作面。
[0010]2)電解液的制備
電解液成分包括Na3PO4 (0.5-30.0 g/L)和AgNO3 (0.3-20.0 g/L), 二者的體積比為I: 1，開啟冷卻循環(huán)系統(tǒng)和攪拌器使電解液成分混合均勻。
[0011]3)微弧氧化法在鈦表面制備納米管
A.通過連接導(dǎo)線將工件掛置好，并使工件全部浸沒在電解液界面之下，確保在反應(yīng)過程中工件不碰觸到電解槽底部和電解槽壁。
[0012]B.微弧氧化電源參數(shù)采用脈沖直流電源，電流密度為0.1-0.8A/cm2，占空比為25-35%，直流脈沖頻率為700-850HZ ;設(shè)置好電源參數(shù)之后，啟動控制柜開始微弧氧化，每隔1s記錄電壓參數(shù)，反應(yīng)時間為4-15min。
[0013]4)反應(yīng)后樣品處理
除去密封試樣所用環(huán)氧樹脂，并分別用丙酮、無水乙醇和去離子水清洗工件5min，最后用真空冷凍干燥機(jī)烘干工件。
[0014]更進(jìn)一步地，所述步驟3)的反應(yīng)時間4min。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明首次采用微弧氧化工藝在金屬鈦表面制備出納米管陣列，由于實驗所需設(shè)備簡單，工藝易于操作，制備耗時短，成功率高，使得T12納米管在氫傳感器，光解水制氫，光催化降解污染物，整形外科與牙齒移植，染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域得到更重要應(yīng)用。同時本發(fā)明將拓寬微弧氧化技術(shù)在納米材料方面的研宄和應(yīng)用，并使其在航空航天、機(jī)械、電子、生物醫(yī)學(xué)、裝飾等領(lǐng)域具有更加廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0016]圖1為微弧氧化裝置示意圖。
[0017]圖2為實施例1微弧氧化工件T12納米管的表面SEM照片。
[0018]圖3為實施例2微弧氧化工件T12納米管的表面SEM照片。
[0019]圖4為實施例1微弧氧化工件1102納米管的縱剖面SEM照片。
[0020]圖5為實施例2微弧氧化工件1102納米管的縱剖面SEM照片。
[0021]圖1中:1_高壓電源；2_電解槽；3-工件；4_攪拌器；5_電解液；6_熱交換器；7-冷卻裝置；8_水槽。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0023]實施例1:
結(jié)合圖1對微弧氧化裝置進(jìn)行說明:
高壓電源(I)-電解槽(2 ) - TA2純鈦工件(3 ):高壓電源輸入不對稱正弦交流電源，電解槽作為陰極，純鈦作為陽極，三者組成反應(yīng)系統(tǒng)。
[0024]攪拌器(4)-電解液(5):攪拌器攪拌電解槽中的溶液，保持溶液的均勻性。
[0025]熱交換器(6)-冷卻裝置(7)-水槽(8):組成冷卻循環(huán)系統(tǒng)，保證反應(yīng)過程中電解液溫度相對穩(wěn)定。
[0026]現(xiàn)以TA2為例，對本發(fā)明進(jìn)行實施，實驗裝置如圖1所示: I)微弧氧化工藝樣品的制備
通過對TA2純鈦工件進(jìn)行線切割加工得到φ 14_X3_的實驗所需試樣，然后分別使用360#，600#，1200#的水砂紙將試樣逐級打磨至表面無明顯劃痕；將打磨處理過的試樣按順序分別在丙酮，乙醇，去離子水中超聲波清洗5min，除去試樣表面雜質(zhì)。
[0027]2)使用銅箔導(dǎo)電膠帶將Φ2.5mmX 20cm的銅絲固定在試樣的工作面背面，其他表面用環(huán)氧樹脂密封，只留出面積為1.54cm2的工作面。
[0028]3)電解液成分包括Na3PO4 (0.8 g/L)和AgNO3 (1.0 g/L), 二者的體積比為1:1，開啟冷卻循環(huán)系統(tǒng)和攪拌器使電解液成分混合均勻。
[0029]4)通過連接導(dǎo)線將工件掛置好，并使