【摘 要】
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电化学阳极氧化是在金属基底上直接合成形态可控纳米结构薄膜简单而有效的技术之一。纳米形貌铁氧化物（α-Fe2O3）除具有低带隙、低成本和高化学稳定性等优势,纳米形貌还可增大氧化膜的比表面积,现已经被应用到水分解、光催化、光阴极保护和超级电容器等领域。相比纯铁通过阳极氧化制备纳米形貌氧化膜,钢铁材料还具有原料丰富、加工工艺成熟、成本低廉等优势,因此钢铁材料经过阳极氧化可成为很有发展潜力和应用前景的材料
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电化学阳极氧化是在金属基底上直接合成形态可控纳米结构薄膜简单而有效的技术之一。纳米形貌铁氧化物（α-Fe2O3）除具有低带隙、低成本和高化学稳定性等优势,纳米形貌还可增大氧化膜的比表面积,现已经被应用到水分解、光催化、光阴极保护和超级电容器等领域。相比纯铁通过阳极氧化制备纳米形貌氧化膜,钢铁材料还具有原料丰富、加工工艺成熟、成本低廉等优势,因此钢铁材料经过阳极氧化可成为很有发展潜力和应用前景的材料。钢中除铁元素以外还含有包括碳、铬、镍等其他元素,经过不同热处理工艺控制元素分布和化合物存在形式可制备具有不同的金相组织,从而调整材料物理机械性能。另一方面,目前相关钢铁阳极氧化研究缺少关于钢中元素分布及金相组织对阳极氧化薄膜的微结构及应用性能影响的报道。因此本文选取成分相对简单的碳钢作为研究对象,通过对不同热处理工艺制备的含碳元素分布和存在形式不同的金相组织碳钢基体进行阳极氧化,分析氧化薄膜形态结构与原始金相组织的关系,并对比讨论碳元素含量与分布、金相组织形式对氧化薄膜电化学性能影响。结果表明:（1）碳钢阳极氧化薄膜继承热处理调节所获得金相组织的显微结构特征。原金相结构的不同特征会影响阳极氧化反应的速率,并决定基底上氧化层的厚度和纳米孔尺寸。（2）退火温度直接影响碳钢阳极氧化薄膜的形貌并使氧化膜发生晶态转变获得铁的氧化物,较低温度（300℃）下退火氧化薄膜可完整保持纳米形貌。（3）均匀性更好的碳钢纳米形貌氧化薄膜表现更优异电化学性能,碳元素含量、分布及存在形式直接影响氧化膜层纳米形貌,进而影响多孔氧化薄膜的电化学性能。淬火后的低碳钢由于含碳量较低,氧化膜均匀性较好,因而具有超级电容器所需的高比电容、低电荷转移电阻和良好的循环稳定性等优势。利用传统热处理调整原微观结构,可以有效地调节碳钢上阳极氧化氧化膜的微观结构,进而可调控氧化膜的应用性能。该方法和技术可以移植到类似的合金系统中,以便通过阳极氧化法设计和实现先进的功能氧化物层。
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