一种抗菌耐腐蚀铝材及其制备工艺的制作方法

本发明涉及铝合金，具体涉及一种抗菌耐腐蚀铝材及其制备工艺。

背景技术：

1、铝合金虽然拥有高强度、高弹性模量、高韧性、高淬透性及高的耐腐蚀等优异的性能，在汽车、船舶、航空航天方面得到了广泛的应用。但是随着科技的不断发展，单一传统金属合金的性能已经无法满足现今的高科技产品的需求。微合金化可赋予合金体系新的潜能并从根本上摒弃某些性能缺陷。同时，人们对于抵御病菌越来越重视，尤其是近年来，各种抗菌材料逐渐应用于纺织、医药、陶瓷、塑料和养殖等多种生活相关领域。目前，抗菌金属材料主要以钢材为主，抗菌铝或铝合金材料的应用相对较少，大多还处于研究阶段。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗菌耐腐蚀铝材及其制作方法，所得铝合金强度高，断裂韧性好，且抗菌效果持久耐腐蚀。

2、为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种抗菌耐腐蚀铝材，包括铝基体及覆盖于铝基体表面的氧化层，所述铝基体包括以下质量百分含量的组分：ce 0.7-1.1％，la 0.8-1.2％，cu 0.2-0.25％，mg 0.018-0.036％，ag 0.012-0.018%，si 0.12-0.16％，cr 0.08-0.12%，ti 0.05-0.08%，zr 0.02-0.06%，sc 0.002-0.004%，余量为al及不可避免的杂质。

4、一种抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，包括下列步骤：

5、s1：将纯铝以及铝中间合金组成对应质量百分含量的原料依次进行熔炼铸造、均匀化处理、固溶处理和时效处理，得所述铝基体；

6、s2：将所述铝基体进行阳极氧化处理，即得所述抗菌耐腐蚀铝材。

7、优选地，所述步骤s1中，熔炼铸造的具体方法为：先将纯铝及al-tic、al-sc-zr中间合金加入到预热好的坩埚中，加热至800-850℃进行熔炼，待完全熔化成金属液后，将al-si、al-ce、al-la、al-cu、al-mg、al-ag、al-cr中间合金加入，搅拌，待全部熔化后，静置保温20-30min，去渣浇注，得铝合金坯料。

8、优选地，所述步骤s1中，所述均质化处理为升温-降温均质化处理工艺，具体为：

9、升温均质化处理的温度为升温至470-500℃，保温时间为12h；

10、降温均质化处理的温度为450-460℃，保温时间为12h。

11、优选地，所述步骤s1中，所述固溶处理工艺具体为：将离子熔盐加热到460-480℃，保温时间为1h，所述离子熔盐包括硝酸银、硝酸铜、硝酸镁、焦磷酸镁和硅酸。

12、优选地，所述硝酸银、硝酸铜、硝酸镁、焦磷酸镁和硅酸的重量份比为5:5:5:2:1。

13、优选地，所述步骤s1中，所述时效处理为三级时效处理：120℃/6h+140℃/6h+120℃/3h，即一级时效处理的温度为120℃，保温时间为6h；二级时效处理的温度为140℃，保温时间为6h；三级时效处理的温度为120℃，保温时间为3h。

14、优选地，所述步骤s2中，所述阳极氧化处理为：

15、s21:将铝基体置于体积分数为50%的硫酸性溶液中，进行氧化；

16、s22:将经过所述步骤s21氧化后的铝基体作为阴极，石墨棒电极作为阳极，于电镀液中，进行电化学沉积。

17、优选地，所述电镀液为由硫酸铯、十二烷基三甲氧基硅烷、氯化铝、碳化钛和去离子水按照重量份比为1:2:1:1:3超声均匀搅拌混合而成。

18、优选地，所述步骤s21中铝基体氧化的温度为20-25℃，电流密度为1.3-1.4a/dm2，氧化时间为5-8min，所述步骤s22中所述电化学沉积为升降压沉积，具体为：温度为20-25℃，第一段电压沉积为3-5v，沉积时间为10-15min，第二段电压沉积为1-2v，沉积时间为5-10min。

19、本发明纳米颗粒均匀分散在基体合金内，复合材料发生变形时，纳米颗粒能够有效阻碍基体内位错的运动，α-al 枝晶的尺寸得到了明显细化，形态不断向等轴晶转变，纳米tic 颗粒基体合金中起到了异质核心的作用，在复合材料凝固时起到了晶粒细化的作用，使得晶粒呈现等轴晶状，角度晶界的增加同时伴随着再结晶晶粒的增加，提高了复合材料的机械性能，升温-降温均质化处理以及时效处理使合金中的sc和zr 原子充分析出，且形成的析出相与基体合金共格，能显著提高合金的硬度。

20、另外，本发明al-tic、al-sc-zr中间合金的加入，tic在时效处理过程中能够钉扎亚晶，而sc和zr能够进一步阻止合金的静态再结晶，阻碍动态回复的同时，稳定亚结构，减少复合材料中大角度晶界分数，形成位错墙，从而提升复合材料的抗拉强度和延伸率。

21、除此之外，本发明通过电沉积铯和铝到阳极氧化膜微孔和表面，使得铝阳极氧化膜能够呈现出优异的抗菌性能和防腐性能；铯和铝沉积在阳极氧化膜微孔内及表面上后，与阳极氧化膜有着较强的结合能力，且能与tic进行复合，由此在铝合金表面沉积得到与铝基体结合力较强、具有防腐性能的ce-al-tic复合镀层，进一步提高抗菌性和耐腐蚀性。

技术特征：

1.一种抗菌耐腐蚀铝材，其特征在于，包括铝基体及覆盖于铝基体表面的氧化层，所述铝基体包括以下质量百分含量的组分：ce 0.7-1.1％，la 0.8-1.2％，cu 0.2-0.25％，mg0.018-0.036％，ag 0.012-0.018%，si 0.12-0.16％，cr 0.08-0.12%，ti 0.05-0.08%，zr0.02-0.06%，sc 0.002-0.004%，余量为al及不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述的抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，其特征在于，包括下列步骤：

3.如权利要求2所述的抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，其特征在于，所述步骤s1中，熔炼铸造的具体方法为：先将纯铝及al-tic、al-sc-zr中间合金加入到预热好的坩埚中，加热至800-850℃进行熔炼，待完全熔化成金属液后，将al-si、al-ce、al-la、al-cu、al-mg、al-ag、al-cr中间合金加入，搅拌，待全部熔化后，静置保温20-30min，去渣浇注，得铝合金坯料。

4.如权利要求2所述的抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，其特征在于，所述步骤s1中，所述均质化处理为升温-降温均质化处理工艺，具体为：

5.如权利要求2所述的抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，其特征在于，所述步骤s1中，所述固溶处理工艺具体为：将离子熔盐加热到460-480℃，保温时间为1h，所述离子熔盐包括硝酸银、硝酸铜、硝酸镁、焦磷酸镁和硅酸。

6.如权利要求2所述的抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，其特征在于，所述硝酸银、硝酸铜、硝酸镁、焦磷酸镁和硅酸的重量份比为5:5:5:2:1。

7.如权利要求2所述的抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，其特征在于，所述步骤s1中，所述时效处理为三级时效处理：120℃/6h+140℃/6h+120℃/3h，即一级时效处理的温度为120℃，保温时间为6h；二级时效处理的温度为140℃，保温时间为6h；三级时效处理的温度为120℃，保温时间为3h。

8.如权利要求2所述的抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，其特征在于，所述步骤s2中，所述阳极氧化处理为：

9.如权利要求8所述的抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，其特征在于，所述电镀液为由硫酸铯、十二烷基三甲氧基硅烷、氯化铝、碳化钛和去离子水按照重量份比为1:2:1:1:3超声均匀搅拌混合而成。

10.如权利要求8所述的抗菌耐腐蚀铝材的制备工艺，其特征在于，所述步骤s21中铝基体氧化的温度为20-25℃，电流密度为1.3-1.4a/dm2，氧化时间为5-8min，所述步骤s22中所述电化学沉积为升降压沉积，具体为：温度为20-25℃，第一段电压沉积为3-5v，沉积时间为10-15min，第二段电压沉积为1-2v，沉积时间为5-10min。

技术总结本发明一种抗菌耐腐蚀铝材，包括铝基体及覆盖于铝基体表面的氧化层，所述铝基体包括以下质量百分含量的组分：Ce 0.7‑1.1％，La 0.8‑1.2％，Cu 0.2‑0.25％，Mg 0.018‑0.036％，Ag 0.012‑0.018%，Si 0.12‑0.16％，Cr 0.08‑0.12%，Ti 0.05‑0.08%，Zr 0.02‑0.06%，Sc 0.002‑0.004%，余量为Al及不可避免的杂质。本发明一种抗菌耐腐蚀铝材及其制作方法，所得铝合金强度高，断裂韧性好，且抗菌效果持久耐腐蚀。技术研发人员：洪志顺,吴丽霞,方江受保护的技术使用者：美图（福建）铝业有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5