高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法，包括預(yù)處理和陽極氧化。陽極氧化是將預(yù)處理后的純鋁放入電解液中，在-20～20℃的溫度下、80～120V的電壓下陽極氧化1～4h。電解液為含有磷酸與鈷鹽的水溶液，每升電解液中含有0.1～0.6mol的磷酸以及0.1～0.8g的鈷鹽。鈷鹽為Co(NO3)2·6H2O、CoCO3、(NH4)2Co(SO4)2·6H2O、CoSO4·7H2O以及CoC2O4中的一種。本發(fā)明的制備方法只需進行一次陽極氧化且無需電化學(xué)拋光以及拋光后的處理，這樣大大縮短了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，十分適合工業(yè)化大生產(chǎn)，而且得到的多孔陽極氧化膜的孔徑分布均勻，具有高度的有序性。
【專利說明】高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔陽極氧化鋁膜(AAO)是通過電化學(xué)氧化的方法在純鋁表面形成具有高度規(guī)整孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁薄膜。其膜結(jié)構(gòu)為六角形緊密堆積的柱形胞膜，每個胞膜的中心都有一個納米級微孔。
[0003]多孔陽極氧化鋁膜是熱和電的良好絕緣體，具有硬度高、耐磨性好等特點；有很好的耐蝕性，其抗蝕能力決定于膜層厚度、組成、孔隙率以及基體材料的合金成分；與基體金屬的結(jié)合力也很強，即使膜層隨基體彎曲至斷裂，膜層仍可與基體金屬保持著良好的結(jié)合。
[0004]隨著人們對多孔陽極氧化鋁膜獨特微觀結(jié)構(gòu)和特殊性能的認(rèn)識，多孔陽極氧化鋁膜逐漸被廣泛應(yīng)用于催化、磁性記錄材料、光學(xué)及光電元件、抗菌膜、分離膜材料、傳感器等諸多功能性領(lǐng)域，成為各國學(xué)者研究的熱點。
[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(xiàn)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Ih~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。
[0006]中國專利文獻(xiàn)CN103225096A公開了一種多孔陽極氧化鋁膜的制備方法，包括預(yù)處理、電化學(xué)拋光、去除電化學(xué)拋光形成的納米級多孔膜層、陽極氧化以及清洗和烘干。其中陽極氧化采用的電解液為0.2mol/L~0.6mol/L磷酸水溶液。該文獻(xiàn)的不足在于:(1)雖然也只進行一次陽極氧化，但是在氧化之前需要進行電化學(xué)拋光以及處理液除膜，因此工藝流程仍然較長，不適合工業(yè)化大生產(chǎn)。(2)采用含鉻溶液進行除膜，對環(huán)境和人體有較大危害。(3)在磷酸水溶液中進行陽極氧化效果不佳，最終得到的多孔陽極氧化鋁膜孔徑分布較寬，有序度較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種陽極氧化效果較好且工藝流程較短、適合工業(yè)化大生產(chǎn)的高 度有序多孔陽極氧化膜的制備方法。
[0008]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法，包括預(yù)處理和陽極氧化；所述的陽極氧化是將預(yù)處理后的純鋁放入電解液中，在-20~20°C的溫度下、80~120V的電壓下陽極氧化I~4h ;所述的電解液為含有磷酸與鈷鹽的水溶液，每升電解液中含有0.1~0.6mol的磷酸以及0.1~0.8g的鈷鹽。
[0009]所述的鈷鹽為Co (NO3)2.6H20、CoC03、(NH4)2Co (SO4)2.6Η20、CoSO4.7Η20 以及 CoC2O4中的一種。
[0010]所述的預(yù)處理是先將純招用無水乙醇浸泡I~5min,然后置于30~80°C的氫氧化鈉溶液中除去表面的天然氧化層，接著取出后立即置于硝酸溶液中進行酸堿中和反應(yīng)5 ~30so
[0011]所述的氫氧化鈉溶液的濃度為I~3mol/L。
[0012]所述硝酸溶液的濃度為I~3mol/L。
[0013]本發(fā)明具有積極的效果:(I)本發(fā)明的方法在磷酸水溶液中加入少量鈷鹽組成電解液，采用該電解液只需進行一次陽極氧化且無需電化學(xué)拋光以及拋光后的處理，這樣大大縮短了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，十分適合工業(yè)化大生產(chǎn)。(2)本發(fā)明的方法得到的多孔陽極氧化膜的孔徑分布均勻，具有高度的有序性，陽極氧化效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。(3)本發(fā)明的方法還可以根據(jù)具體需要制備相應(yīng)孔徑的陽極氧化膜，具有孔徑大小可調(diào)的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1制得的高度有序多孔陽極氧化膜表面的掃描電鏡圖。
[0015]圖2為實施例1制得的高度有序多孔陽極氧化膜的孔徑分布圖。
【具體實施方式】
[0016](實施例1)
本實施例的高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法如下:
①預(yù)處理:先將純鋁在無水乙醇中浸泡3min，以除去純鋁表面的有機物，然后取出用清水洗凈，并置于50°C濃度為2mol/L的氫氧化鈉溶液中處理20s，以除去純鋁表面的天然氧化層，接著取出后立即置于濃度為2mol/L的硝酸溶液中進行進行酸堿中和反應(yīng)20s，最后取出后用清水洗凈、烘干。
[0017]②配制電解液:將0.6g的CoSO4.7Η20加入到300mL濃度為lmol/L的磷酸溶液中溶解，并加水補足1L，得到電解液。
[0018]③陽極氧化:將經(jīng)步驟①預(yù)處理后的純鋁放入到步驟②配制的電解液中進行陽極氧化，氧化電壓為90V，氧化時間為1.5h，陽極氧化過程中通過循環(huán)冷卻水將氧化溫度控制在 IO0C0
[0019]④陽極氧化處理后，用清水超聲清洗5min，熱風(fēng)烘干，即得高度有序多孔陽極氧化膜。
[0020]本實施例制得的高度有序多孔陽極氧化膜的掃描電鏡圖見圖1，孔徑分布圖見圖2。
[0021]由 圖1和圖2可以看出:本實施例制得的多孔陽極氧化膜孔徑分布均勻，具有高度的有序性。
[0022](實施例2~實施例5)各實施例的制備方法與實施例1基本相同，不同之處在于見表1。
[0023]表 I
【權(quán)利要求】
1.一種高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法，包括預(yù)處理和陽極氧化；所述的陽極氧化是將預(yù)處理后的純鋁放入電解液中，在-20~20°C的溫度下、80~120V的電壓下陽極氧化I~4h ;其特征在于:所述的電解液為含有磷酸與鈷鹽的水溶液，每升電解液中含有0.1~0.6mol的磷酸以及0.1~0.8g的鈷鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法，其特征在于:所述的鈷鹽為 Co (NO3) 2.6H20、CoC03、(NH4)2Co(SO4)2.6H20、CoSO4.7H20 以及 CoC2O4 中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法，其特征在于:所述的預(yù)處理是先將純招用無水乙醇浸泡I~5min,然后置于30~80°C的氫氧化鈉溶液中除去表面的天然氧化層，接著取出后立即置于硝酸溶液中進行酸堿中和反應(yīng)5~30s。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法，其特征在于所述的氫氧化鈉溶液的濃度為I~3mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高度有序多孔陽極氧化膜的制備方法，其特征在于:所述硝酸溶液的濃度為I~3mol/L。
【文檔編號】C25D11/16GK103966642SQ201410220482
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】馬迪, 李樹白, 徐龍貴, 袁樹龍 申請人:江蘇理工學(xué)院