金属玻璃纳米多孔结构的制备方法技术

本发明专利技术提供一种金属玻璃纳米多孔结构的制备方法。所述方法包括：供料：提供金属玻璃基体，所述金属玻璃体系为Zr‑Cu‑Ni‑Al‑Ag‑Y，其中主要组成元素为Zr和Cu；去合金化法处理：在0.5～1MPa的压力环境下，以金属玻璃基体作为阳极电极，以铂电极作为阴极电极，在60～120℃的腐蚀溶液中，接通电源施加恒电压进行腐蚀以使金属玻璃基体的表面形成纳米多孔结构；断开电源，清洗、干燥，得到金属玻璃纳米多孔结构。本发明专利技术提供的金属玻璃纳米多孔结构的制备方法可以提高生产效率。

Method for preparing nano porous structure of metallic glass

The invention provides a preparation method of metal glass nano porous structure. The method comprises: feeding: metallic glass substrate, the metal glass system Zr Cu Ni Al Ag Y, which is mainly composed of elements of Zr and Cu; dealloy method: in the 0.5 ~ 1MPa under pressure, the metallic glass substrate as anode electrode, platinum electrode as the cathode electrode, at 60 to 120 DEG C corrosion solution, constant voltage power supply is switched on to make the surface corrosion of metallic glass matrix to form nano porous structure; disconnect the power supply, cleaning, drying, metal glass nano porous structure. The preparation method of the metal glass nano porous structure can improve the production efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米金属功能材料领域，特别涉及电化学腐蚀去合金化法金属玻璃纳米多孔结构的制备方法。
技术介绍
金属玻璃材料也被称作非金合金，是20世纪后期迅速发展起来的新型材料。金属玻璃材料的主要的特点是构成合金的原子呈拓扑无序状的排列，结构上不存在晶界与堆垛层错等缺陷，而这些缺陷将构成电偶腐蚀。因此，金属玻璃材料具有不同于普通结晶态金属材料的物理、化学及力学性质，例如高屈服强度、高硬度、超弹性(高弹性极限)、高耐磨损性、高耐腐蚀性等。此外金属玻璃材料还具有低熔点、良好的铸造特性、低的热膨胀系数、对铸型的形状及表面的复写性等特点，可以在铸态时获得优越的机械性能。上述优点使得金属玻璃在消费电子类产品外壳方面具有很大的应用前景，例如手机外壳。为了将金属玻璃应用于3C产品，需要减小金属外壳对电磁信号屏蔽作用，并且不在壳体上打孔，现有技术通常采用纳米注塑工艺将塑料和金属外壳连接，首先对金属表面进行纳米化处理，制得尺寸在纳米级别的多孔结构，再用注塑机将塑料注塑在金属表面，可将镁、不锈钢和钛等金属与硬质树脂结合，实现一体化成型。现有的纳米处理工艺主要有碱液脱脂处理、酸液中和处理和纳米/微纳米孔洞形成处理方法。因此，实有必要提供一种金属表面纳米处理方法以获得表面具多孔质结构膜层的金属玻璃。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电化学腐蚀金属玻璃纳米多孔结构的制备方法用于处理金属玻璃表面以满足纳米注塑的要求以实现金属与塑料一体成型，且具有反应迅速、剧烈和去合金化比较完全的优点。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种金属玻璃纳米多孔结构的制备方法，采用电化学水热法腐蚀去合金化法金属玻璃纳米多孔结构的制备，包括以下步骤：供料：提供金属玻璃基体，所述金属玻璃体系为Zr-Cu-Ni-Al-Ag-Y，其中主要组成元素为Zr和Cu；去合金化法处理：在0.5～1MPa的压力环境下，以金属玻璃基体作为阳极电极，以铂电极作为阴极电极，在60～120℃的腐蚀溶液中，接通电源施加恒电压进行腐蚀以使金属玻璃基体的表面形成纳米多孔结构；断开电源，清洗、干燥，得到金属玻璃纳米多孔结构。优选的，所述金属玻璃基体通过电弧炉吸铸得到，具有均匀的成分和光洁的表面。优选的，所述腐蚀溶液为H2SO4溶液或NH4F溶液。优选的，所述去合金化处理步骤中，当所述腐蚀溶液为H2SO4溶液时，其浓度为1.5～2.5mol/L，施加的恒电压为2.3～3.0v，腐蚀时间为10～30min。优选的，所述去合金化处理步骤中，当所述腐蚀溶液为NH4F溶液时，NH4F的质量百分浓度为1～5％，施加的恒电压为20～50v，腐蚀时间为6～24h。优选的，所述腐蚀溶液为HNO3溶液。优选的，所述去合金化处理过程中，在腐蚀过程中去除Zr元素。优选的，所述去合金化处理步骤中，HNO3溶液的浓度为2.0～3.0mol/L，施加的恒电压为2.3～4.0v，腐蚀时间为4～20min。与相关技术相比，本专利技术提供的金属玻璃纳米多孔结构的制备的方法具有以下有益效果：一、本专利技术选取具有优异玻璃形成能力和优异的力学性能的金属玻璃，在加温加压的条件下，通过电化学水热法腐蚀金属玻璃表面获得多孔质Cu结构膜层，满足纳米注塑的要求以实现金属与塑料一体成型的；二、本专利技术采用电化学水热法腐蚀去合金化法金属玻璃纳米多孔结构的制备，在电化学去合金化的基础上，提高反应温度，并保证整个去合金化过程在一定的压力下进行，加快去合金化的进程，从而进一步提高生产效率。【附图说明】图1为本专利技术提供的金属玻璃纳米多孔结构的制备方法的步骤流程图。【具体实施方式】下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供一种利用去合金化法制备金属玻璃纳米多孔结构的方法。去合金化法包括化学腐蚀去合金化法和电化学腐蚀去合金化法。其中，化学腐蚀去合金化法是在腐蚀液中经过长时间的自由腐蚀，直至某一种相对活泼组元能够去合金化完全，只留下贵重金属组元经过扩散和重排之后所形成的骨架结构，该方法为自然条件下的零电位和零电流自由腐蚀，反应时间长，反应缓慢；电化学腐蚀去合金化法主要是室温条件下，采用三极体系确定最佳腐蚀电位，然后在该电位上进行电化学腐蚀去合金化，直至电流时间曲线中的电流密度小于一特定值，去合金化完成，具有反应迅速、反应剧烈和去合金化比较完全的优点，但仍不足以在有限的时间内去合合金完全形成纳米多孔结构。本专利技术采用电化学水热法腐蚀去合金化法金属玻璃纳米多孔结构的制备，在电化学去合金化的基础上，提高反应温度，并保证整个去合金化过程在一定的压力下进行，加快去合金化的进程，从而进一步提高生产效率。为了提高纳米多孔的性能，通过控制腐蚀溶液的种类、浓度和施加的电压及腐蚀时间，使其微观结构孔道和骨架的分布更加小且均匀。请参阅图1，所述金属玻璃纳米多孔结构的制备的方法包括如下步骤：S1、供料：提供金属玻璃基体，所述金属玻璃体系为Zr-Cu-Ni-Al-Ag-Y，其中主要组成元素为Zr和Cu；所述金属玻璃基体具体制备工艺如下：提供高纯的原材料，其中Zr的纯度为99.4％，其余元素的纯度都为99.9％；在氩气的保护下通过电弧熔炼的方法制备母合金，并用2mm厚的板状Cu模具吸铸得到金属玻璃基体，采用XRD检测得到的都是完全非晶态的样品。本实施例中铜模吸铸具体工艺参数为真空度10-2Pa，熔融时间1min，电流大小400A。金属玻璃本身的强度好，与塑料结合后强度明显优于铝合金，且可以采用压铸成型做任意3D造型，尺寸精度可靠，非常适合用于纳米注塑成型。S2、预处理：首先机械前处理，然后用超声波清洗表面杂质，去离子水清洗后，在钢铁除油粉溶液中除油，再用去离子水清洗，烘干；S3、去合金化法处理：电化学性能测试：采用电化学工作站，室温条件下，以金属玻璃基体作为工作电极、以铂电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，在腐蚀溶液中，通过不同电位的选择确定该金属玻璃基体的最佳腐蚀电位，在该电位上进行的电化学去合金化实验并绘制电流时间曲线，腐蚀处理时间直至电流时间曲线中的电流密度小于一特定值(10μA/cm2)，此时需要去合金化的组元就已经去合金化完全；脱合金化：0.5～1MPa下，以金属玻璃基体作为阳极电极、以石墨作为对阴极电极，在60～120℃的腐蚀溶液中，施加恒电压进行腐蚀，直至电流时间曲线中电流密度小于10μA/cm2，以使金属玻璃基体的表面形成纳米多孔结构，取出金属玻璃基体，其中，恒电压大小范围通过所述电化学腐蚀性能测试步骤中获得的最佳腐蚀电位确定；具体地，所述脱合金化处理步骤中,当腐蚀溶液为HNO3溶液时，由于Zr元素和Cu元素的标准电极电位分别为-1.553V和0.342V，相差较大，所以在腐蚀溶液中溶解去除Zr，得到纳米多孔Cu结构，由此使得金属玻璃基体的表面形成纳米多孔结构。优选的，HNO3溶液的浓度为2.0～3.0mol/L，施加的恒电压为2.3～4.0v，腐蚀时间为4～20min。当腐蚀溶液为H2SO4溶液或NH4F溶液时，电化学过程中产生的活性氧与金属玻璃基体反应形成致密的氧化膜，当氧化膜开始形成时，氧化膜承受的电场强度开始急剧增大，最终导致氧化膜的击穿形成孔核，随着时间的增加最终发展成纳米多孔，均匀的分布在金属玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属玻璃纳米多孔结构的制备方法，其特征在于，采用电化学水热法腐蚀去合金化法金属玻璃纳米多孔结构的制备，包括以下步骤：供料：提供金属玻璃基体，所述金属玻璃体系为Zr‑Cu‑Ni‑Al‑Ag‑Y，其中主要组成元素为Zr和Cu；去合金化法处理：在0.5～1MPa的压力环境下，以金属玻璃基体作为阳极电极，以铂电极作为阴极电极，在60～120℃的腐蚀溶液中，接通电源施加恒电压进行腐蚀以使金属玻璃基体的表面形成纳米多孔结构；断开电源，清洗、干燥，得到金属玻璃纳米多孔结构。

【技术特征摘要】
1.一种金属玻璃纳米多孔结构的制备方法，其特征在于，采用电化学水热法腐蚀去合金化法金属玻璃纳米多孔结构的制备，包括以下步骤：供料：提供金属玻璃基体，所述金属玻璃体系为Zr-Cu-Ni-Al-Ag-Y，其中主要组成元素为Zr和Cu；去合金化法处理：在0.5～1MPa的压力环境下，以金属玻璃基体作为阳极电极，以铂电极作为阴极电极，在60～120℃的腐蚀溶液中，接通电源施加恒电压进行腐蚀以使金属玻璃基体的表面形成纳米多孔结构；断开电源，清洗、干燥，得到金属玻璃纳米多孔结构。2.根据权利要求1所述的金属玻璃纳米多孔结构的制备方法，其特征在于，所述金属玻璃基体通过电弧炉吸铸得到。3.根据权利要求1所述的金属玻璃纳米多孔结构的制备方法，其特征在于，所述腐蚀溶液为H2SO4溶液或NH4F溶液。4.根据权利要求3所述的金属玻璃纳米多孔结构的制备方法，其特征在于，所述去合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晶，严绪东，曹雪峰，
申请(专利权)人：南京理工大学，沭阳瑞泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32