專利名稱：鋁基吸波材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域的鋁基材料，尤其是鋁基吸波材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，吸波材料種類較多，如導(dǎo)電聚合物、鐵氧體、導(dǎo)電磁性纖維等，但在實際應(yīng)用時會遇到一系列問題，如鐵氧體吸波材料比重大，吸波頻帶不夠?qū)挘粚?dǎo)電磁性纖維易于纏結(jié)形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通路，對電磁波產(chǎn)生屏蔽反射，制約吸波效果，且實際涂覆應(yīng)用極為困難；導(dǎo)電聚合物吸波頻率范圍窄，且無匹配的粘結(jié)劑，尚處于研究階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服目前吸波材料的不足之處，而提供一種工藝簡便易行的方法，制備鋁基吸波材料，該鋁基吸波材料可以用作微波吸收材料，用于地面車輛及裝備、飛機、導(dǎo)彈、船舶等的隱身和電磁屏蔽等，其性能優(yōu)良。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下鋁基吸波材料，是在鋁合金表面原位電沉積組裝具有寬頻高效微波吸收性能的磁性納米金屬線陣列。
所述磁性納米金屬選自鐵或鈷或鎳或錳或稀土及其合金。
納米金屬與其氧化物、線及薄膜對微波乃至光波具有優(yōu)異的超寬頻吸收性能；磁性納米線陣列作為微米級磁性羰基鐵纖維的發(fā)展，進一步增強渦流損耗作用；規(guī)則陣列可避免纖維搭接形成導(dǎo)通網(wǎng)絡(luò)對微波的屏蔽反射；并利用納米線間的耦合效應(yīng)提高吸波效果。
鋁基吸波材料的制備方法，依以下步驟進行①將鋁或鋁合金板表層采用直流或交流電一步或二步陽極氧化法形成多孔氧化鋁膜，制成多孔氧化鋁模板，即AAO模板；②將生成的AAO模板采用直流或脈沖電流電化學(xué)沉積在多孔膜中組裝磁性納米金屬線陣列，制成表層原位組裝磁性納米線陣列的鋁基吸波材料；③可進一步在制成的鋁基吸波材料上涂覆透波薄涂層，以優(yōu)化吸波性能。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果充分體現(xiàn)于鋁基吸波材料是在鋁合金板表層形成的多孔氧化鋁膜，磁性納米金屬線陣列組裝在多孔膜中，這種將磁性納米線、多孔氧化鋁膜和基體結(jié)合牢固，連為一體的制備方法，解決了吸波層與基體的粘結(jié)不足導(dǎo)致的脫落問題，避免了磁性纖維吸波劑存在的纏結(jié)問題；且磁性納米線陣列利用納米線間的耦合效應(yīng)和尺寸效應(yīng)，提高吸波效果，吸波層薄，重量輕，效果好。鋁基吸波材料用作微波吸收材料，可用于地面車輛及裝備、飛機、導(dǎo)彈、船舶等的穩(wěn)身和電磁屏蔽，具有優(yōu)異的高效寬頻吸波性能。


圖1、圖2實施例1方案鋁基多孔氧化鋁膜中的脈沖電沉積的Fe納米線陣列的截面SEM照片。
圖3實施例1方案鋁基多孔氧化鋁膜中的脈沖電沉積的Fe納米線XRD圖譜。
圖4實施例1方案脈沖電沉積的鋁基吸波材料在微波頻段的吸波性能測試結(jié)果。
圖5、圖6實施例2方案鋁基多孔氧化鋁膜中的直流電沉積的Fe納米線陣列的截面SEM照片。
圖7實施例2方案的鋁基多孔氧化鋁膜中的直流電沉積的Fe納米線XRD測量結(jié)果。
圖8實施例2方案直流電沉積的鋁基吸波材料在微波頻段的吸波性能測試結(jié)果。
具體實施例方式實施例1①將鋁板在500℃退火，取出后用丙酮和氫氧化鈉清洗數(shù)次除油及表面的氧化膜，再在高氯酸(HClO4)的乙醇溶液中電化學(xué)拋光至光亮。
②在4wt％草酸溶液中采用兩步法進行交流電陽極氧化首先進行第一步陽極氧化，溶液溫度控制在20～35℃，時間1h，電壓由20V逐漸升至40V，然后將樣品置于6％磷酸，1.8％H2CrO4溶液中，直到基體鋁上生成的AAO膜徹底被浸蝕掉后，將樣品取出清洗，再將該樣品在同樣的條件下進行第二步陽極氧化1h，取出，風(fēng)干，真空保存。
③將經(jīng)過兩步陽極氧化的試樣置于30℃1M的草酸中浸泡，使鋁基AAO膜的致密阻擋層調(diào)整到適當?shù)暮穸取?br> ④鐵納米線的電沉積把陽極氧化后的鋁基氧化鋁模板帶電入電解槽，在160g/L FeSO4、60g/L(NH)2SO4、3.5g/L抗壞血酸、2ml/L甘油和14.3g/L硼酸的電解液中在常溫下進行脈沖電沉積，時間為2-4h，電壓控制在2-3V；將所得的樣品用氮氣吹干，真空保存。
圖1、2為沉積于鋁基多孔氧化鋁膜膜厚10μm中的Fe納米線陣列的截面SEM照片，從中看出，采用實施例1方案脈沖電沉積的Fe納米線長度及直徑大小不一，且不連續(xù)不均勻地排布于鋁基氧化鋁模板的微孔中。
圖3是實施例1方案含脈沖電沉積的Fe納米線的氧化鋁膜的XRD測量結(jié)果。從中看出，沉積的納米線為立方結(jié)構(gòu)α-Fe，衍射峰分別為(110)(200)(211)(220)，其中(110)方向衍射峰強度最強，說明沉積的Fe納米線陳列存在(110)取向性。
圖4為實施例1方案脈沖電沉積的鋁基吸波材料在微波頻段的吸波性能測試結(jié)果，從中看出，鐵納米線組裝后的鋁基AAO模板吸波材料在2-18GHz頻段內(nèi)的最大吸收率為-4.8dB，大于-1dB的吸收帶寬為10GHz。說明組裝了鐵納米線后，鋁基AAO模板有良好的吸波效果。
實施例2①將鋁板在500℃退火，取出后用丙酮和氫氧化鈉清洗數(shù)次除油及表面的氧化膜，再在高氯酸(HClO4)的乙醇溶液中電化學(xué)拋光至光亮。
②在4wt％草酸溶液中采用兩步法進行交流電陽極氧化溶液溫度控制在20-35℃，先進行一步陽極氧化，時間1h，電壓由20V逐漸升至40V。將一步陽極氧化后的樣品置于6％磷酸，1.8％H2CrO4的溶液中，直到基體鋁上生成的AAO膜徹底被浸蝕掉后，將樣品取出清洗，再將該樣品在同樣的條件下進行第二步陽極氧化1h，取出，風(fēng)干，真空保存。
③將經(jīng)過兩步陽極氧化的試樣置于30℃1M的草酸中浸泡，使鋁基AAO膜的致密阻擋層調(diào)整到適當?shù)暮穸取?br> ④鐵納米線的電沉積把陽極氧化后的鋁基氧化鋁模板帶電入槽，在160g/L FeSO4、60g/L(NH)2SO4、3.5g/L抗壞血酸、2ml/L甘油和14.3g/L硼酸的電解液中在常溫下進行直流電沉積，時間為2-4h，電壓控制在2-3V。將所得的樣品用氮氣吹干，真空保存。
圖5、6為直流電沉積的Fe納米線陣列的截面SEM照片，沉積的Fe納米線長度及直徑大小基本一致，且連續(xù)均勻地排布于氧化鋁模板的微孔中。
圖7是直流電沉積的Fe納米線的氧化鋁膜的XRD測量結(jié)果，從中看出，沉積的納米線為立方結(jié)構(gòu)α-Fe，衍射峰分別為(110)(200)(211)(220)，其中(110)方向衍射峰強度最強，說明沉積的Fe納米線陳列存在(110)取向性。
圖8為直流電沉積的鋁基吸波材料在微波頻段的吸波性能測試結(jié)果。從中看出，與實施例1的脈沖電沉積的鋁基吸波材料的性能不同，直流電沉積鐵納米線的鋁基AAO模板吸波材料在4.5-18GHz頻段內(nèi)的最大吸收率為-1.5dB，大于-1dB的吸收帶寬為3GHz。這表明Fe納米線長度、直徑及分布狀態(tài)影響材料吸收率及帶寬。采用本發(fā)明提供的不同工藝和參數(shù)可制備不同要求的材料。
實施例3①將鋁板浸于丙酮中一晝夜以除油，進行機械拋光，再在高氯酸(HClO4)的乙醇溶液中電化學(xué)拋光至光亮。
②在12wt％硫酸溶液中采用一步法進行直流電陽極氧化。電壓控制在20V左右，溶液溫度控制在0-10℃，時間為5-10h，將樣品取出清洗、風(fēng)干，真空保存。
③將經(jīng)過陽極氧化的試樣置于30℃0.3M的磷酸中浸泡，使鋁基AAO膜的致密阻擋層調(diào)整到適當?shù)暮穸取?br> ④鐵納米線的電沉積將陽極氧化后的鋁基氧化鋁模板帶電入槽，在100g/L FeSO4、15g/L(NH)2SO4、30g/L MgSO4、1g/L抗壞血酸、2ml/L甘油電解液中在常溫下進行直流電沉積，時間為4-6h，電壓控制在8-15V。將所得的樣品用氮氣吹干，真空保存。
實施例4①將鋁材浸于丙酮中一晝夜以除油，再在高氯酸(HClO4)的乙醇溶液中電化學(xué)拋光至光亮。
②在4wt％草酸溶液中采用兩步法進行直流電陽極氧化。溶液溫度控制在0-10℃，先進行一步陽極氧化，時間為10h，將一步陽極氧化后的樣品浸泡于磷酸-鉻酸混合液中(6％磷酸，1.8％H2CrO4)，直到基體鋁上生成的AAO膜徹底被浸蝕掉后，將樣品取出清洗。再將該樣品在同樣的條件下進行第二步陽極氧化20h，取出，風(fēng)干，真空保存。
③將經(jīng)過兩步陽極氧化的試樣置于30℃0.3M的磷酸中浸泡，使鋁基AAO膜的致密阻擋層調(diào)整到適當?shù)暮穸取?br> ④鐵納米線的電沉積將陽極氧化后的氧化鋁模板帶電入槽，在160g/L FeSO4、100g/L(NH)2SO4、lg/L抗壞血酸、2ml/L甘油電解液中在常溫下進行直流電沉積，時間為4-6h，電壓控制在2-3V。將所得的樣品用氮氣吹干，真空保存。
權(quán)利要求
1.一種鋁基吸波材料是在鋁合金表面原位電沉積組裝具有寬頻高效微波吸收性能的磁性納米金屬線陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁基吸波材料，其特征在于所述磁性納米金屬選自鐵或鈷或鎳或錳或稀土及其合金。
3.一種鋁基吸波材料的制備方法，其特征在于①將鋁或鋁合金板表層采用直流或交流電一步或二步陽極氧化法形成多孔氧化鋁膜，制成鋁基多孔氧化鋁模板，即鋁基AAO模板；②采用直流或脈沖電流電化學(xué)沉積在鋁基AAO多孔膜中組裝磁性納米金屬線陣列，制成表層原位組裝磁性納米線陣列的鋁基吸波材料；③可進一步在制成的鋁基吸波材料上涂覆透波薄涂層，以優(yōu)化吸波性能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋁基吸波材料的制備方法，其特征在于①將鋁板在500℃退火，取出后用丙酮和氫氧化鈉清洗數(shù)次除油及表面的氧化膜，再在高氯酸(HClO4)的乙醇溶液中電化學(xué)拋光至光亮；②在4wt％草酸溶液中采用兩步法進行交流電陽極氧化首先進行第一步陽極氧化，溶液溫度控制在20～35℃，時間1h，電壓由20V逐漸升至40V，然后將樣品置于6％磷酸，1.8％H2CrO4溶液中，直到基體鋁上生成的AAO膜徹底被浸蝕掉后，將樣品取出清洗，再將該樣品在同樣的條件下進行第二步陽極氧化1h，取出，風(fēng)干，真空保存；③將經(jīng)過兩步陽極氧化的試樣置于30℃1M的草酸中浸泡，使鋁基AAO膜的致密阻擋層調(diào)整到適當?shù)暮穸?；④鐵納米線的電沉積把陽極氧化后的鋁基氧化鋁模板帶電入電解槽，在160g/L FeSO4、60g/L(NH)2SO4、3.5g/L抗壞血酸、2ml/L甘油和14.3g/L硼酸的電解液中在常溫下進行脈沖電沉積，時間為2-4h，電壓控制在2-3V；將所得的樣品用氮氣吹干，真空保存。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋁基吸波材料的制備方法，其特征在于①將鋁板在500C退火，取出后用丙酮和氫氧化鈉清洗數(shù)次除油及表面的氧化膜，再在高氯酸(HClO4)的乙醇溶液中電化學(xué)拋光至光亮；②在4wt％草酸溶液中采用兩步法進行交流電陽極氧化溶液溫度控制在20-35℃，先進行一步陽極氧化，時間1h，電壓由20V逐漸升至40V。將一步陽極氧化后的樣品置于6％磷酸，1.8％H2CrO4的溶液中，直到基體鋁上生成的AAO膜徹底被浸蝕掉后，將樣品取出清洗，再將該樣品在同樣的條件下進行第二步陽極氧化1h，取出，風(fēng)干，真空保存；③將經(jīng)過兩步陽極氧化的試樣置于30℃1M的草酸中浸泡，使鋁基AAO膜的致密阻擋層調(diào)整到適當?shù)暮穸龋虎荑F納米線的電沉積把陽極氧化后的鋁基氧化鋁模板帶電入槽，在160g/L FeSO4、60g/L(NH)2SO4、3.5g/L抗壞血酸、2ml/L甘油和14.3g/L硼酸的電解液中在常溫下進行直流電沉積，時間為2-4h，電壓控制在2-3V。將所得的樣品用氮氣吹干，真空保存。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋁基吸波材料的制備方法，其特征在于①將鋁板浸于丙酮中一晝夜以除油，進行機械拋光，再在高氯酸(HClO4)的乙醇溶液中電化學(xué)拋光至光亮；②在12wt％硫酸溶液中采用一步法進行直流電陽極氧化；電壓控制在20V，溶液溫度控制在0-10℃，時間為5-10h，將樣品取出清洗、風(fēng)干，真空保存；③將經(jīng)過陽極氧化的試樣置于30℃0.3M的磷酸中浸泡，使鋁基AAO膜的致密阻擋層調(diào)整到適當?shù)暮穸?；④鐵納米線的電沉積將陽極氧化后的鋁基氧化鋁模板帶電入槽，在100g/L FeSO4、15g/L(NH)2SO4、30g/L MgSO4、1g/L抗壞血酸、2ml/L甘油電解液中在常溫下進行直流電沉積，時間為4-6h，電壓控制在8-15V。將所得的樣品用氮氣吹干，真空保存。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋁基吸波材料的制備方法，其特征在于①將鋁材浸于丙酮中一晝夜以除油，再在高氯酸(HClO4)的乙醇溶液中電化學(xué)拋光至光亮；②在4wt％草酸溶液中采用兩步法進行直流電陽極氧化。溶液溫度控制在0-10℃，先進行一步陽極氧化，時間為10h，將一步陽極氧化后的樣品浸泡于磷酸-鉻酸混合液中(6％磷酸，1.8％H2CrO4)，直到基體鋁上生成的AAO膜徹底被浸蝕掉后，將樣品取出清洗；再將該樣品在同樣的條件下進行第二步陽極氧化20h，取出，風(fēng)干，真空保存；③將經(jīng)過兩步陽極氧化的試樣置于30℃0.3M的磷酸中浸泡，使鋁基AAO膜的致密阻擋層調(diào)整到適當?shù)暮穸?；④鐵納米線的電沉積將陽極氧化后的氧化鋁模板帶電入槽，在160g/L FeSO4、100g/L(NH)2SO4、1g/L抗壞血酸、2ml/L甘油電解液中在常溫下進行直流電沉積，時間為4-6h，電控制在2-3V。將所得的樣品氮氣吹干，真空保存。
8.鋁基吸波材料的應(yīng)用，其特征在于脈沖電沉積的鋁基吸波材料或直流電沉積的鋁基吸波材料，可以用作微波吸收材料，用于地面車輛及裝備、飛機、導(dǎo)彈、船舶等的隱身和電磁屏蔽，具有優(yōu)異的高效寬頻吸波性能。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域的鋁基材料，尤其是鋁基吸波材料及其制備方法，其特征在于將鋁或鋁合金板表層采用直流或交流電一步或二步陽極氧化法形成多孔氧化鋁膜，制成鋁基多孔氧化鋁模板，即AAO模板；采用直流或脈沖電流電化學(xué)沉積在鋁基AAO多孔膜中組裝磁性納米金屬線陣列，制成表層原位組裝磁性納米線陣列的鋁基吸波材料；解決了吸波層與基體的粘結(jié)不足導(dǎo)致的脫落問題，避免了磁性纖維吸波劑存在的纏結(jié)問題；且磁性納米線陣列利用納米線間的耦合效應(yīng)和尺寸效應(yīng)，提高吸波效果，吸波層薄，重量輕，效果好。鋁基吸波材料用作微波吸收材料，可用于地面車輛及裝備、飛機、導(dǎo)彈、船舶等的穩(wěn)身和電磁屏蔽，具有優(yōu)異的高效寬頻吸波性能。
文檔編號H05K9/00GK1715458SQ20041002337
公開日2006年1月4日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者陳康華, 黃蘭萍, 李金儡, 彭偉才 申請人:中南大學(xué)