[發(fā)明專利]一種制備金屬鎢表面納米多孔活性層的方法

有效

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• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107904644B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 黃遠;張潔;王祖敏;劉永長
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開了一種制備金屬鎢表面納米多孔活性層的方法，包括：對鎢片表面進行打磨、去油和清洗等前處理；用氟化鈉、氫氟酸配制電解液；以鉑片作為陰極、前處理后鎢片作為陽極，使電極浸沒到電解液中，施加一定的電壓進行陽極氧化，在鎢片表面獲得納米多孔氧化層；清洗干燥后在退火爐中進行氫氣還原退火，退火溫度為600～700℃，保溫時間為2～4h，隨爐冷卻后在金屬鎢表面獲得了納米多孔活性層。本發(fā)明工藝過程簡單、可重復性好、成本低廉；所制備的金屬鎢表面納米多孔活性層具有形狀均勻、排列規(guī)整的納米級多孔結(jié)構(gòu)，大大地提高了金屬鎢的表面活性，同時該納米多孔活性層仍然由鎢金屬構(gòu)成，不改變表面成分，有助于鎢金屬材料的工業(yè)應用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備金屬表面納米多孔層的方法，尤其涉及一種制備金屬鎢表面納米多孔活性層的方法。

背景技術(shù)

鎢金屬是一種耐高溫材料，具有熔點高、熱膨脹系數(shù)小、強度硬度高、抗腐蝕能力較強以及高濺射閾值等特點，在電子、核電、軍工等領(lǐng)域中得到廣泛的應用。不過由于鎢表面活性低，與其他金屬或固體材料反應復合困難，這使得鎢材料的應用受到一定限制。因此，如何對金屬鎢表面進行處理，改變表面狀態(tài)，提高其表面活性成為了一個需要解決的問題。

納米多孔金屬既具有多孔材料的結(jié)構(gòu)，又具有納米材料的功能，是一種功能結(jié)構(gòu)新型材料。其具有大的比表面積、表面界面效應、更高的化學活潑性，在電化學催化、氣敏傳感和航空航天等領(lǐng)域有重要的應用。因此可通過在金屬鎢表面制備納米多孔結(jié)構(gòu)，改變其表面狀態(tài)，有效地提高表面活性，擴大鎢材料的應用。目前在金屬表面制備納米多孔金屬層的方法主要有脫合金法、模板法、斜入射沉積法和粉末燒結(jié)法等。這些工藝繁瑣，制備周期長，成本較高，無法大范圍的推廣應用。因此，開發(fā)一種簡單易行，成本低廉的金屬表面制備納米多孔金屬層的方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種首先采用陽極氧化法在金屬鎢表面制備納米多孔氧化層，再通過氫還原退火熱處理除去氧，保留納米多孔結(jié)構(gòu)，獲得金屬鎢表面納米多孔活性層的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種制備金屬鎢表面納米多孔活性層的方法，步驟如下：

步驟一、前處理：對鎢片表面進行打磨、去油和超聲清洗，清洗后放入真空干燥箱中干燥，備用；

步驟二、配置電解液：將氟化鈉加入到超純水中攪拌溶解，之后加入氫氟酸，磁力攪拌混合均勻，得到電解液；電解液中氟化鈉的質(zhì)量百分比為0.2wt.％，氫氟酸的體積百分比為0.3％；

步驟三、陽極氧化處理：以經(jīng)過步驟一前處理后鎢片作為陽極，鉑片作為陰極，使電極浸沒到步驟二制得的電解液中，電解液溫度為5～35℃，陰極和陽極的間距為2～3cm，在陰極和陽極兩端施加40～60V的直流電壓，持續(xù)30～90分鐘，將陽極氧化后的鎢片，在超純水中浸泡3～5分鐘，取出后用超純水沖洗，將沖洗干凈后放入真空干燥箱中干燥，備用；

步驟四、氫還原脫氧處理：將步驟三陽極氧化處理后的鎢片放在Al₂O₃陶瓷基片上置于退火爐中進行在氫氣還原退火，退火溫度為600～700℃，保溫時間為2～4h，隨爐冷卻至室溫后即在金屬鎢表面獲得了納米多孔活性層，多孔的平均孔徑尺寸為75～85nm。

進一步講，本發(fā)明中，步驟三中，陽極氧化電壓和時間為：先在60V電壓下氧化60分鐘，然后，迅速降低電壓到40V，繼續(xù)氧化30～90分鐘，優(yōu)選的繼續(xù)氧化的時間為60分鐘。

步驟三中，電解液溫度優(yōu)選的為25℃。

步驟四中，氫氣還原退火中溫度變化和保溫的過程是：先以5℃/min的速率升溫至250℃，在250℃保溫10min，隨后以5℃/min的速率升溫至700℃，在700℃保溫3h后隨爐冷卻至室溫。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：