[发明专利]一种黑色硫掺杂二氧化钛薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明是关于一种黑色硫掺杂二氧化钛薄膜及其制备方法和应用，所述二氧化钛薄膜从内向外依次为白色锐钛矿TiO₂层、黑色锐钛矿TiO₂层及黑色硫掺杂的金红石TiO₂层；所述黑色硫掺杂的金红石TiO₂层中硫的掺杂量为1at％‑10at％。本发明所述的制备方法，其得到黑色硫掺杂的金红石TiO₂层的厚度为50‑100μm，波长范围(300nm～800nm)吸收率达到98％以上，用于杂散光消除领域。

技术领域

本发明涉及钛合金镜筒精细处理技术领域，具体涉及一种黑色硫掺杂二氧化钛薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

钛金属因具有高比强度、高抗腐蚀等优异性能，可以替代质重的高强钢材料在海洋船舶、航空航天、武器装备等工业中广泛应用。为达到特殊的减小光反射的要求，需要在钛金属表面制备一层黑色涂层。有现有技术公开了一种钛表面黑色氧化钛膜的制备方法。该方法采用两步复合处理的技术方法在钛或钛合金表面制备黑色氧化膜，即先形成氧化膜、再真空或保护气氛热处理获得黑色氧化膜。具体为第一步将表面清洁的钛或钛合金试样经大气氧化、阳极氧化或微弧氧化，在钛或钛合金试样表面生成厚度大于0.01μm的氧化钛膜；第二步将表面生成氧化钛膜的试样经过水洗、烘干后，置于真空或非氧化性气氛中进行热处理(热处理温度高达200～1000℃)，在钛表面形成黑色氧化钛膜，膜层太薄，样品吸收率低，无法满足镜筒消除杂散光的需求。还有现有技术将钛在溶液中施加阳极电压时，钛表面就形成阳极氧化膜，氧化钛膜厚度小于1μm，颜色有红、黄、蓝等多种颜色，但没有黑色。将钛在溶液中的阳极电压提高到能发生火花放电的程度，就实现了钛表面的微弧氧化。该技术可在钛表面形成厚度大于1μm的氧化钛膜，报道的最厚氧化膜可达到150μm。表面生成的氧化钛膜属于金红石型TiO₂和锐钛矿型TiO₂，颜色呈灰色，样品吸收率低，无法满足镜筒消除杂散光的需求，且溶液中存在有害物资，污染环境。现有技术采用二步处理方法，样品吸收率低，无法满足镜筒消除杂散光的需求，且不适合圆筒型钛制品或批量生产黑色涂层制品。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种简便易行、生产成本低、吸收率高，只通过调控反应气氛即可制备能在空气中稳定存在的黑色硫掺杂二氧化钛薄膜及其制备方法和应用，以解决现有技术中钛部件如钛合金镜筒形成黑色氧化钛膜的制备工艺复杂、能耗大、成本高、吸收率低的问题。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出的一种黑色硫掺杂二氧化钛薄膜，所述二氧化钛薄膜从内向外依次为白色锐钛矿TiO₂层、黑色锐钛矿TiO₂层及黑色硫掺杂的金红石TiO₂层；所述黑色硫掺杂的金红石TiO₂层中硫的掺杂量为1at％-10at％。

优选的，前述的二氧化钛薄膜中，其中所述硫的掺杂量为5at％。

优选的，前述的二氧化钛薄膜中，其中所述黑色硫掺杂的金红石TiO₂层的化学组成为TiO_2-X-S，其中0＜x＜1。

优选的，前述的黑色硫掺杂二氧化钛薄膜中，其中所述白色锐钛矿TiO₂层、黑色锐钛矿TiO₂层及黑色硫掺杂的金红石TiO₂层三者的厚度比例为(1-10)：(5-10)：(5-10)；所述黑色硫掺杂的金红石TiO₂层在300nm～800nm的波长范围内吸收率达到98％以上。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。依据本发明提出的一种黑色硫掺杂二氧化钛薄膜的制备方法，包括以下步骤:

1)制备白色锐钛矿TiO₂层：