專利名稱：磷酸陽極氧化大孔徑厚膜工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種鋁合金陽極氧化工藝，特別是一種磷酸陽極氧化大孔徑厚膜工藝，屬于薄膜技術領域。
背景技術：
鋁質(zhì)材料在硫酸、草酸、磷酸等電解液中進行陽極氧化可在表面形成具有微觀多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁膜，在其微孔中填入不同物質(zhì)可得到各種表面復合材料，以改善鋁質(zhì)材料的表面性能，如在其中填充具有自潤滑性質(zhì)的MoS2、PTFE等可制備具有自潤滑性能的鋁質(zhì)表面復合材料。用于自潤滑處理的陽極氧化膜要求具有大孔徑、膜層厚的特點。目前國內(nèi)外制備氧化膜的方法主要是硫酸法和草酸法。這兩種方法制備的陽極氧化膜的膜厚比較厚，有十幾微米，但是孔徑比較小硫酸陽極氧化膜孔徑僅有幾納米，最多不過十幾納米；草酸法孔徑也只有二、三十個納米。這使得填充其他物質(zhì)難度加大。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，王祝堂在1992年江蘇科學技術出版社出版的《鋁材及其表面處理手冊》P326-327提到一般在25％-30％磷酸溶液中，溫度為20℃-30℃、電流密度為1-2A/dm2、電壓30-60V，進行10min陽極氧化處理，可生成3μm厚氧化膜。這種氧化膜和硫酸膜、草酸膜相比，孔徑大大提高，可達幾十甚至幾百納米，大大降低了在其中填充其他物質(zhì)的難度，但其膜厚遠小于硫酸膜和草酸膜，無法用其制備自潤滑表面復合材料。

發(fā)明內(nèi)容
和
具體實施例方式
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足和缺陷，提供一種磷酸陽極氧化大孔徑厚膜工藝，使其利用磷酸陽極氧化膜大孔徑的優(yōu)勢，制備具有大孔徑、厚度可達幾十微米的磷酸陽極氧化鋁膜。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，具體步驟如下(1)配制陽極氧化溶液，采用以磷酸為主要成分的陽極氧化液，添加一定量的有機酸，形成混合酸氧化液。
當磷酸濃度＞10％時，磷酸的酸性會將生成的氧化膜溶解，從而降低氧化膜的厚度；當磷酸濃度＜1％時，電解液濃度過低，不利于陽極氧化膜的生成。適量添加有機酸能緩和磷酸的酸性，有利于陽極氧化膜的生長。本發(fā)明采用的陽極氧化液磷酸濃度范圍為1％-10％，添加的有機酸可以是檸檬酸或蘋果酸或酒石酸或醋酸或脂肪酸，其濃度范圍為0.1-5％。
(2)、化學預處理，采用堿性或酸性或中性清洗液除去試樣的油脂等雜質(zhì)。
(3)、陽極氧化過程，具體工藝參數(shù)為陽極氧化陰、陽極表面積比控制在2∶1-1∶2，電壓值控制在10-120V，電流密度的范圍是0.5-20A/dm2，電解過程中的溫度控制在5℃-25℃，時間控制在10min-60min。
陽極氧化膜的厚度和空隙的均勻性很大程度上取決于陽極和陰極的面積比例是否合適，本發(fā)明將陽極氧化陰、陽極表面積比控制在2∶1-1∶2之間，陰極采用的是鉛柵、鉛板、鋁板和鋼板等導電材料；電壓是陽極氧化的主要參數(shù)之一，本發(fā)明使用的電壓值范圍控制在10-120V，電流隨著陽極氧化的進行而有較大變化；在陽極氧化的過程中，電解液的溫度對陽極氧化膜的厚度有很大的影響溫度過高加速了生成的氧化膜在磷酸中的溶解，從而降低了氧化膜的厚度；溫度過低會抑制陽極氧化膜的形成，同樣也會降低氧化膜的厚度，本發(fā)明將陽極氧化過程中的電解溫度控制在5℃-25℃；時間是影響陽極氧化膜厚度的另一個重要因素，時間過短陽極氧化膜還沒有充分形成，時間過長的進一步增加氧化膜的厚度沒有意義，本發(fā)明將陽極氧化的時間控制在10min-60min，取得了很好的效果。
本發(fā)明制備的磷酸陽極氧化鋁膜具有較大的孔徑(30nm-70nm)，膜的厚度可達5-25微米，在制備的磷酸陽極氧化鋁膜微孔中填入MoS2、PTFE、WS2、CaF2、BaF2、Pb2O3、PbS、氧化碲、石墨等固體潤滑劑可制備具有自潤滑性能的表面復合材料，填入其它性能的材料可制備各種功能復合膜，如電致顯色膜、液晶氧化復合膜等。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，一般的磷酸陽極氧化法制備的氧化鋁膜厚度較小，本發(fā)明采用低溫陽極氧化的方法，對磷酸的濃度、陽極氧化的時間等參數(shù)進行調(diào)整，克服了磷酸陽極氧化的這一缺點。與一般的陽極氧化工藝相比較，由于孔徑大，在其微孔中填充自潤滑物質(zhì)的難度大大降低；因其厚度比一般的磷酸陽極氧化膜大，耐磨性能也大大提高。
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實施例實施例1配制度磷酸及有機酸溶液參數(shù)為磷酸10％，蘋果酸5％，鋁合金試樣在酸性清洗液中除油去污，陽極氧化時陰極和陽極面積比為1∶2，電壓10V，電流密度控制在0.5A/dm2到20A/dm2，時間60min。制備過程中，將電解過程中溶液的溫度控制自20℃到25℃。陽極氧化后，陽極氧化后，氧化膜的孔徑為50-70nm，厚度為12μm。
實施例2配制度磷酸及有機酸溶液參數(shù)為磷酸4％，檸檬酸0.8％。鋁合金試樣在中性清洗液中除油去污，陽極氧化時陰極和陽極面積比為1∶1，電壓60V，電流密度控制在0.5A/dm2到20A/dm2，時間40min。制備過程中，將電解過程中溶液的溫度控制自10℃到15℃。陽極氧化后。陽極氧化后，氧化膜的孔徑為40-60nm，厚度為25μm。
實施例3配制度磷酸及有機酸溶液參數(shù)為磷酸1％，酒石酸0.1％。鋁合金試樣在堿性清洗液中除油去污，陽極氧化時陰極和陽極面積比為2∶1，電壓120V，電流密度控制在0.5A/dm2到20A/dm2，時間10min。制備過程中，將電解過程中溶液的溫度控制自5℃到10℃。陽極氧化后。陽極氧化后，氧化膜的孔徑為30-40nm，厚度為5μm。
權(quán)利要求
1.一種磷酸陽極氧化大孔徑厚膜工藝，其特征在于具體步驟如下(1)、配制陽極氧化溶液，采用以磷酸為主要成分的陽極氧化液，添加有機酸，形成混合酸氧化液；(2)、化學預處理，采用堿性或酸性或中性清洗液除去試樣的油脂等雜質(zhì)；(3)、陽極氧化過程，具體工藝參數(shù)為陽極氧化陰、陽極表面積比控制在2∶1-1∶2，電壓值控制在40-120V，電流密度在0.5-20A/dm2范圍內(nèi)變化，電解過程中的溫度控制在5℃-25℃，時間控制在10min-60min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種磷酸陽極氧化大孔徑厚膜工藝，其特征是采用的陽極氧化液磷酸濃度范圍為1％-10％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種磷酸陽極氧化大孔徑厚膜工藝，其特征是添加的有機酸是檸檬酸或蘋果酸或酒石酸或醋酸或脂肪酸，其濃度范圍為0.1-5％。
全文摘要
一種磷酸陽極氧化大孔徑厚膜工藝屬于薄膜技術領域。具體步驟如下配制陽極氧化溶液，采用以磷酸為主要成分的陽極氧化液，添加一定量的有機酸，形成混合酸氧化液；化學預處理，采用堿性或酸性或中性清洗液除去試樣的油脂等雜質(zhì)；陽極氧化過程，具體參數(shù)為陽極氧化陰、陽極表面積比控制在2∶1－1∶2，電壓值控制在40－120V，電流密度在0.5－20A/dm
文檔編號C25D11/10GK1403632SQ0213737
公開日2003年3月19日 申請日期2002年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月10日
發(fā)明者曾芃, 王浩偉 申請人:上海交通大學