在铝及其合金阳极氧化膜孔内和表面镶嵌纳米金属的方法 【技术领域】
本发明涉及一种多孔氧化铝孔内和表面电沉积镶嵌纳米金属的新方法，主要针对铝及其合金在阳极氧化工序后，采用交流变压的方式在多孔阳极氧化膜内和表面均匀地镶嵌纳米金属覆盖层，以改善多孔氧化铝板的导电性和耐蚀性，扩展其应用范围。
背景技术
铝及其合金由于具有电导率高、导热性能好、延展性能优异等诸多优点，在多个行业中得到广泛的应用。铝极其活泼，在应用时需要对其进行表面处理。
铝及其合金的阳极氧化膜硬度高、绝缘性好、耐磨、耐蚀性优良、结合力强、抗热性优于铝合金基体，且具有很强的吸附性和良好的光学特性。在现代工业中，铝及其合金常通过阳极氧化，得到多孔、耐蚀、耐磨的三氧化二铝膜。通过改变阳极氧化工艺条件，可增加膜的硬度，提高膜的耐蚀性和耐磨性，并增强铝及其合金材料的绝缘性。所以铝合金经阳极氧化后，在建筑业、航空航天业、交通运输业、膜分离领域及许多高尖端领域得到广泛地应用。然而，多孔的氧化铝板通常都不导电，这在一定程度上限制了氧化后铝板的应用。
【发明内容】
由于铝板是难镀金属，要想得到导电的铝板，通常需要在经过前处理后的铝板表面先沉积适当的过渡层再沉积需要电镀的金属，这样导致操作上难以控制，在此背景下，本发明采用交流变压的方式交流沉积方式在多孔阳极氧化膜的孔内和表面同时沉积纳米金属，并通过控制工艺在较短时间内得到纳米金属覆盖的保护层。
本发明的目的是提供一种在铝及其合金的多孔阳极氧化膜内和表面镶嵌Cu、Ni、Ag、Ni-Ag等纳米金属覆盖层的制备方法。
本发明的技术方案是：整个工艺流程见图1，具体操作步骤为：
(1)前处理：
I、碱洗除油：
铝板试样在70～75℃的50g/L NaOH溶液中浸泡5min；
II、水洗：
碱洗除油后试样在50℃以上的热水中洗涤30s，再放入室温的去离子中水洗30s；
III、中和出光：
水洗后试样放入室温30％的HNO3水溶液中和30s，取出后用室温下的去离子水洗反复冲洗；
(2)阳极氧化处理：
采用常规的氧化方法或者降压氧化，其中降压氧化处理如下：
利用直流稳压电源，将处理后铝板放入100g/L的磷酸溶液进行直流氧化，用铝丝做挂具，阴极采用碳板，平行放置在试样的两侧，阴阳极面积比为1.5～2.0，在60V的起始氧化电压下停留15min后开始降压氧化，降压梯度为5V/10min，直到电位降到10V为止；
(3)交流变压沉积：
在含有铜离子、镍离子或银离子中的一种或两种及相应的辅助剂的溶液中，以碳板和铝片为电极，在交流电源下，从3～6伏开始升压，每次升0.5～1.0V，沉积2min，到5～15V时停止；
(4)清洗处理：
将镶嵌完金属后的铝板，用去离子水反复冲洗，直到试样表面不再残留有溶液为止。
所述的铝板为多种铝板氧化后的多孔板。
无论是硫酸、磷酸、或混酸形成的多孔氧化膜，尽量使氧化膜厚度降低。对于孔径较小的多孔膜，适当的时候需要进行扩孔。
本发明交流变压沉积Cu、Ni或Ag时使用的溶液分别是5～25g/L CuSO4·5H2O+8～25g/LH2SO4+10～30g/L MgSO4·7H2O溶液，30～50g/LNiSO4·6H2O+20～35g/LH3BO3+15～22g/LMgSO4·7H2O，或1～8g/LAgNO3+10～20g/L H2SO4+18～25g/MgSO4·7H2O。为便于沉积，需要将溶液控制在偏酸性。
本发明所采用的交流电源为50赫兹的市用正弦交流电，所用的变压范围为2～15伏。对Cu、Ni、Ag的单独沉积，优选的变压范围分别为8～10伏；6～12和4～6伏。
本发明交流变压沉积Cu、Ni或Ag时可采用氧化后的铝件作为工作电极，对电极可选用铅板，不锈钢板，钛板，最好是石墨板。
本发明的有益效果是：操作简单，铝及其合金在阳极氧化前只需行简单的处理即可进行阳极氧化，而不需要改变阳极氧化的工艺参数，氧化后的铝板在含有需要镶嵌金属的水溶液中进行短时间交流变压的方式进行电沉积，即能获得所需的纳米金属覆盖层，该覆盖层改善了多孔氧化铝板的导电性和耐蚀性，扩展了其应用范围。
【附图说明】
图1为本发明的工艺流程图；
图2为多孔铝板电沉积铜后的EPMA图；
图3为多孔铝板电沉积铜后地EDX图；
图4为多孔铝板电沉积镍后的EDX图；
【具体实施方式】
实施实例1
多孔铝板电沉积铜膜。取厚1mm的铝合金Ly12，机加工成50mm×30mm的矩形片，然后进行如下操作：
(1)前处理：
碱洗除油(NaOH 50g/L、70～75℃、5min)→热水洗(50℃以上、30s)→去离子水洗(室温、30s)→中和出光(HNO3 30％、室温、30s)→去离子水洗(室温、30s)；
(2)阳极氧化处理：
采用直流电源进行降压氧化，用铝丝做挂具，挂具与铝板接触紧密牢固，阴极采用碳板，平行放置在试样的两侧，阴阳极面积比为1.5～2.0，在60V的起始氧化电压下停留15min后开始降压氧化，降压梯度为5V/10min，直到电位降到10V为止；
(3)交流变压沉积：
在含有Cu离子的电解质中，以碳板和铝片为电极进行沉积，在交流电源下，从3伏开始升压，每次升0.5～1.0V，沉积2min，到10V时停止；
(4)清洗处理：
沉积完成后，将式样用去离子水反复冲洗后吹干。
实施实例2
多孔铝板电沉积镍膜。取厚1mm的铝合金Ly12，机加工成50mm×30mm的矩形片，然后进行如下操作：
(1)前处理：
碱洗除油(NaOH 50g/L、70～75℃、5min)→热水洗(50℃以上、30s)→去离子水洗(室温、30s)→中和出光(HNO3 30％、室温、30s)→去离子水洗(室温、30s)；
(2)阳极氧化处理：
采用直流电源进行降压氧化，用铝丝做挂具，挂具与铝板接触紧密牢固，阴极采用碳板，平行放置在试样的两侧，阴阳极面积比为1.5～2.0。在60V的起始氧化电压下停留15min后开始降压氧化，降压梯度为5V/10min，直到电位降到10V为止；
(3)交流变压沉积：
在含有Ni离子的电解液中，以碳板和铝片为电极进行沉积，在交流电源下，从3V开始升压，每次升0.5～1.0V，沉积2min，到12V左右停止；
(4)清洗处理：
沉积完成后，将式样用去离子水反复冲洗后吹干。
实施实例3
多孔铝板电沉积银膜。取厚1mm的铝合金Ly12，机加工成50mm×30mm的矩形片，然后进行如下操作：
(1)前处理：
碱洗除油(NaOH 50g/L、70～75℃、5min)→热水洗(50℃以上、30s)→去离子水洗(室温、30s)→中和出光(HNO3 30％、室温、30s)→去离子水洗(室温、30s)；
(2)阳极氧化处理：
采用直流电源进行降压氧化，用铝丝做挂具，阴极采用碳板，平行放置在试样的两侧，阴阳极面积比为1.5～2.0，在60V的起始氧化电压下停留15min后开始降压氧化，降压梯度为5V/10min，直到电位降到10V为止；
(3)交流变压沉积：
在含有Ag离子的电解质溶液中，以碳板和铝片为电极进行沉积，在交流电源下，从3V开始升压，每次升0.5～1.0V，沉积2min，到6～8V左右停止；
(4)清洗处理：
沉积完成后，将式样用去离子水反复冲洗后吹干。