抗菌金属材料研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

铝及铝合金是一种具有优良综合性能的有色金属材料，具有比强度高、良好的导热和导电性、反光性强、塑性和延展性好、无低温脆性等优点，被广泛应用于现代汽车制造业、航空航天工业等领域。铝是第三周期主族元素，化学性质活泼，标准电极电位低，在干燥的空气中表面会立即形成1~3nm的致密氧化膜，但是此氧化膜因厚度不足，抗腐蚀能力较差，硬度低，耐磨性差。未经特殊处理的铝合金表面无法抵御细菌的附着和繁殖，细菌附着在铝合金表面会污染铝合金并使铝合金发生“点蚀”，从而出现产品性能下降，使用寿命降低等问题，是安全隐患的重要来源。因此，运用表面处理技术克服铝合金表面性能方面的缺陷是铝合金制备环节当中的重要一环。利用溶胶-凝胶法、阳极氧化法、真空气相沉积法等制备铝合金抗菌表面，减少医院、厨房、卫生间等场所的细菌附着与繁殖，有效提高铝合金寿命，减轻清洁压力，保障卫生安全等方面具有重要的意义。

1. 铝合金表面处理方式概述

铝合金的表面处理技术大致分为化学转化膜处理、阳极氧化法、金属涂层处理、离子注入和激光技术^[1]。化学转化膜处理是使金属和特定的腐蚀液接触，在一定的条件下，金属表面的外层原子和腐蚀液中的离子发生化学或电化学反应，在金属表面形成附着力良好的膜层。化学转化膜处理又可以细分为化学氧化法，稀土转化法，有机硅烷化处理，磷化底漆处理，电泳沉积等。金属涂层处理是将金属表面覆盖一层金属或粉末复合层来达到表面防护的效果，通常包括电镀、化学镀、粉末喷涂，热转印等。离子注入和激光技术是近年来的新兴工艺。离子注入法是70年代发展起来的表面改性技术，是指高能离子束在真空状态下轰击目标体，来实现目标离子的注入。激光技术主要是利用激光束的局部瞬时高温和快速冷却实现合金表面的组织变化，达到表面改性的目的。

对于铝合金抗菌耐腐蚀表面的构建来说，上述方法只有激光熔覆、 微弧氧化、阳极氧化、溶胶-凝胶法、等离子喷涂等能够完成，其中阳极氧化法不但具有完成抗菌复合层构建的能力，还具有设备简单、成膜快、膜厚均匀、成本低、镀件形状大小不受限制、污染物排出量相对较小、尤其适合大规模生产等优点，具有广阔的应用前景^[2]。接下来将对阳极氧化的机理进行总结。

2.阳极氧化法的应用机理

2.1阳极氧化法的原理

图3.1.1阳极氧化法实验装置

一般的阳极氧化装置如图3.1.1所示，以铝片为阳极，石墨片、铂片、不锈钢片等电极为阴极平行浸入电解液中，在恒温循环水浴炉的温度环境下，接通电源进行阳极氧化。

由于温度和电解液浓度等工艺参数对氧化铝膜的形成具有较大影响^[3]，因此区别于普通电解装置，阳极氧化装置添加了磁力转子和水浴炉。在阳极氧化过程中会产生化学热，磁力转子的搅拌可以使热量迅速被循环水冷装置吸收，从而避免热量的集中造成样品烧蚀。磁力转子的作用主要是维持电解液成分的均匀性，有利于多孔阳极氧化铝的生长。磁力转子转速过高会使电解液受离心力的作用形成漩涡，使阴阳极之间的物质传输受阻，同样的如果磁力转子转速过低，又不利于热量的传导与散失，实验表明当磁力转子的最佳转速为100-200 r/min。循环冷却装置主要是为了保证阳极氧化过程的温度尽可能恒定，可以有效地吸收电化学反应过程中产生的热，使阳极氧化反应能够平稳进行。另一方面，温度也是影响多孔阳极氧化铝结构形貌的关键因素，实验表明:温度越高，膜的生长速度越快，温度越低，膜的生长速度越慢，但孔的有序度显著提高^[4]。

2.2 阳极氧化法的机理探究