高度有序的多孔陽極氧化鋁膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高度有序的多孔陽極氧化鋁膜的制備方法，具有以下步驟：①對純鋁表面進行預(yù)處理；②對預(yù)處理后的純鋁進行電化學(xué)拋光；所述的電化學(xué)拋光溶液由1,2?丙二醇與高氯酸按照9∶1～2∶1的體積比組成；③去除純鋁表面的納米級多孔膜層；④進行陽極氧化1h～5h；⑤清洗和烘干。本發(fā)明通過選擇合適的電化學(xué)拋光溶液以及合適的電化學(xué)拋光條件，采用電化學(xué)拋光在純鋁表面形成納米級多孔膜層，大大縮短了生產(chǎn)周期。而且本發(fā)明最終可以得到高度有序的多孔陽極氧化鋁膜。
【專利說明】
高度有序的多孔陽極氧化鋁膜的制備方法
[00011 本申請是申請?zhí)枮?01310188114.9,申請日為2013年5月17日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為 "多孔陽極氧化鋁膜的制備方法"的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔陽極氧化鋁膜的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0003] 鋁是比較活潑的金屬，在空氣中能自然形成一層厚約幾百納米的氧化膜，這層氧 化膜是非晶態(tài)的，薄而多孔，機械強度低，無法滿足功能化應(yīng)用的要求。
[0004] 為了獲得特殊功能的氧化膜層，必須對鋁表面進行處理，通常是在電解液中，將鋁 作為陽極進行電解處理，從而在鋁表面得到氧化膜。根據(jù)電解液的不同，可分別得到致密 (或阻擋）陽極氧化鋁膜和多孔陽極氧化鋁膜。致密(或阻擋）陽極氧化鋁膜是在中性電解液 中對鋁進行陽極氧化得到的，它是一種致密的、無定型的、厚度均勻的氧化鋁膜，這種氧化 鋁膜具有良好的介電性能，可用作鋁電解電容器的陽極箱。多孔陽極氧化鋁膜則是在草酸、 磷酸、硫酸等自身具有一定氧化能力的酸性電解液中對鋁進行陽極氧化得到的，它由一層 靠近金屬的阻擋層和外層多孔氧化鋁組成，呈六方密排周期性結(jié)構(gòu)，多孔陽極氧化鋁膜主 要用于濾膜和制備納米材料的模板。
[0005] 目前，多孔陽極氧化鋁膜的制備主要采用的是兩步陽極氧化法(如中國專利文獻 CN1609283A、CN101007645A、CN101139730A等），即先對鋁材進行預(yù)處理，然后在酸性電解液 中進行首次氧化，氧化時間通常為lh~5h，接著通過化學(xué)腐蝕除去首次氧化產(chǎn)生的氧化膜， 最后再在酸性電解液中進行二次氧化，氧化時間通常為2h~12h，得到多孔陽極氧化鋁膜。 其中預(yù)處理主要包括清洗和電化學(xué)拋光，電化學(xué)拋光的主要作用在于獲得較平整的表面， 從而有利于陽極氧化后得到尺寸和分布更為均勻的多孔陣列膜。電化學(xué)拋光采用的溶液均 是由無水乙醇和高氯酸按照一定的體積比組成。該方法的缺點在于：（1)陽極氧化時間較 長，從而導(dǎo)致生產(chǎn)周期；（2)首次氧化產(chǎn)生的氧化膜有序度較差，從而影響最終得到的多孔 陽極氧化鋁膜的有序度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種生產(chǎn)周期較短、高度有序的多孔陽極 氧化鋁膜的制備方法。
[0007] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種多孔陽極氧化鋁膜的制備方法，具有以下步 驟:①對純鋁表面進行預(yù)處理;②將步驟①預(yù)處理后的純鋁作為陽極且與作為陰極的鉑電 極一起放入電化學(xué)拋光溶液中，并使陰陽極間距為50mm~70mm，然后在環(huán)境溫度下（0°C~ 40 °C，下同），在80mA/cm2~160mA/cm2的電流密度下進行電化學(xué)拋光10s~90s，從而在純鋁 表面形成納米級多孔膜層;所述的電化學(xué)拋光溶液由1，2_丙二醇與高氯酸按照9:1~2:1的 體積比組成;或者將步驟①預(yù)處理后的純鋁作為陽極且與作為陰極的石墨一起放入電化學(xué) 拋光溶液中，在15V~50V的電壓下進行電化學(xué)拋光10s~90s，從而在純鋁表面形成納米級 多孔膜層;所述的電化學(xué)拋光溶液由無水乙醇與高氯酸按照10:1~3:1的重量比組成;③將 步驟②電化學(xué)拋光后的純鋁水洗后浸泡在50 °C~90 °C的處理液中0.5h~6h，，從而去除純 鋁表面的納米級多孔膜層;④將步驟③處理后的純鋁水洗后放入電解液中，在60V~140V的 電壓以及-l〇°C~20°C的溫度下進行陽極氧化lh~5h;⑤對步驟④陽極氧化后的純鋁進行 清洗和烘干。
[0008] 上述步驟③中所述的處理液為每升含有10g~25g的三氧化鉻以及10mL~35mL的 磷酸的水溶液。
[0009] 上述步驟④中所述的電解液為0.2mol/L~0.6mol/L的磷酸水溶液。
[0010]上述步驟①中所述的對純鋁表面進行預(yù)處理是將經(jīng)除油和水洗后的純鋁置于60 °C~80°C的堿溶液中30s~60s，取出并水洗，再置于稀硝酸溶液中浸漬30s~60s，取出并進 行超聲清洗5min~lOmin。所述的堿溶液為每升含有15g~30g的氫氧化鈉的水溶液。所述的 稀硝酸溶液的體積百分比為1 〇%~30%。
[0011]上述步驟⑤中所述的清洗為用去離子水超聲清洗5min~lOmin;所述的烘干為熱 風(fēng)烘干。
[0012] 本發(fā)明具有的積極效果：（1)本發(fā)明通過選擇合適的電化學(xué)拋光溶液以及合適的 電化學(xué)拋光條件，采用電化學(xué)拋光在純鋁表面形成納米級多孔膜層，相當(dāng)于兩步陽極氧化 法中的首次氧化，但l〇s~90s的電化學(xué)拋光時間相比于lh~5h的首次氧化時間，大大縮短 了生產(chǎn)周期。（2)本發(fā)明的電化學(xué)拋光得到的納米級多孔膜層還具有范圍大、高度有序等優(yōu) 點，最終可以得到高度有序的多孔陽極氧化鋁膜。（3)本發(fā)明的方法工藝簡單，成本較低。
【附圖說明】
[0013] 圖1為實施例1制得的多孔陽極氧化鋁膜表面的掃描電鏡圖。
[0014] 圖2為實施例1制得的多孔陽極氧化鋁膜的孔徑分布圖。
[0015] 圖3為實施例5制得的多孔陽極氧化鋁膜表面的掃描電鏡圖。
[0016] 圖4為實施例5制得的多孔陽極氧化鋁膜的孔徑分布圖。
【具體實施方式】
[0017] (實施例1) 本實施例的多孔陽極氧化鋁膜的制備方法具有以下步驟： ①對純鋁表面進行預(yù)處理： 首先，將純鋁放入無水乙醇中浸泡5min，從而去除表面機加工時的油污。然后，用清水 水洗純鋁，從而去除純鋁表面的灰塵和污垢。接著，將清水水洗后的純鋁置于60°C的堿溶液 中30s，從而去除純鋁表面天然的薄氧化物層，所述堿溶液為每升含有20g氫氧化鈉的水溶 液。再接著，將純鋁取出并再次用清水水洗，并置于體積百分比為25%的稀硝酸溶液中浸漬 30s。最后，將純錯取出并用去離子水超聲清洗5min。
[0018] ②將步驟①預(yù)處理后的純鋁作為陽極且與作為陰極的鉑電極一起放入電化學(xué)拋 光溶液中，并使陰陽極間距為60mm，然后在環(huán)境溫度下（本實施例為10°C )，在120mA/cm2的 電流密度下進行電化學(xué)拋光60s，從而在純鋁表面形成納米級多孔膜層； 上述電化學(xué)拋光溶液由1，2_丙二醇和高氯酸按照4:1的體積比組成。
[0019] ③將步驟②電化學(xué)拋光后的純鋁用清水水洗后浸泡在60°C的處理液中3h，從而去 除純鋁表面的納米級多孔膜層。
[0020] 上述處理液為每升含有20g的三氧化鉻以及30mL的磷酸的水溶液。
[0021]④將步驟③處理后的純鋁用清水水洗后放入電解液中，在110V的電壓以及5°C的 溫度下進行陽極氧化lh。
[0022]上述電解液為0.4mol/L的磷酸水溶液。
[0023]⑤對步驟④陽極氧化后的純鋁用去離子水超聲清洗lOmin，再熱風(fēng)烘干。
[0024] 本實施例制得的多孔陽極氧化鋁膜表面的掃描電鏡圖見圖1，孔徑分布圖見圖2， 由圖1和圖2可知：本實施例制得的多孔陽極氧化鋁膜的孔徑分布非常均勻，平均孔徑為 320nm左右，孔隙率達30%〇
[0025] (實施例2~實施例4) 各實施例的制備方法與實施例1基本相同，不同之處見表1。
[0027](實施例5) 本實施例的制備方法與實施例1基本相同，不同之處在于步驟②:將步驟①預(yù)處理后的 純鋁作為陽極且與作為陰極的石墨一起放入電化學(xué)拋光溶液中，在20V的電壓下進行電化 學(xué)拋光30s，從而在純鋁表面形成納米級多孔膜層。
[0028] 上述電化學(xué)拋光溶液由無水乙醇與高氯酸按照4:1的重量比組成。
[0029] 本實施例制得的多孔陽極氧化鋁膜表面的掃描電鏡圖見圖3,孔徑分布圖見圖4， 由圖3和圖4可知:本實施例制得的多孔陽極氧化鋁膜的孔徑分布稍差一些，孔隙率也只有 5%左右，平均孔徑為80nm。
[0030] (實施例6~實施例8) 各實施例的制備方法與實施例5基本相同，不同之處見表2。

【主權(quán)項】
1. 一種高度有序的多孔陽極氧化鋁膜的制備方法，其特征在于具有以下步驟： ① 對純鋁表面進行預(yù)處理； ② 將步驟①預(yù)處理后的純鋁作為陽極且與作為陰極的鉑電極一起放入電化學(xué)拋光溶 液中，并使陰陽極間距為5Omm~70mm，然后在環(huán)境溫度下，在80mA/cm 2~160mA/cm2的電流密 度下進行電化學(xué)拋光IOs~90s，從而在純鋁表面形成納米級多孔膜層;所述的電化學(xué)拋光 溶液由1，2-丙二醇與高氯酸按照9:1~2:1的體積比組成； 或者將步驟①預(yù)處理后的純鋁作為陽極且與作為陰極的石墨一起放入電化學(xué)拋光溶 液中，在15V~50V的電壓下進行電化學(xué)拋光IOs~90s，從而在純鋁表面形成納米級多孔膜 層;所述的電化學(xué)拋光溶液由無水乙醇與高氯酸按照10:1~3:1的重量比組成。 ③ 將步驟②電化學(xué)拋光后的純鋁水洗后浸泡在50°C~90°C的每升含有IOg~25g的三 氧化鉻以及IOmL~35mL的磷酸的水溶液中0.5h~6h，從而去除純鋁表面的納米級多孔膜 層； ④ 將步驟③處理后的純鋁水洗后放入〇.2mol/L~0.6mol/L磷酸水溶液中，在60V~ 140V的電壓以及-10 °C~20 °C的溫度下進行陽極氧化I h~5h; ⑤ 對步驟④陽極氧化后的純鋁先用去離子水超聲清洗5min~lOmin，然后熱風(fēng)烘干。
【文檔編號】C25D11/16GK105887156SQ201610261245
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2013年5月17日
【發(fā)明人】馬迪, 李樹白, 陳海云
【申請人】江蘇理工學(xué)院