一種在純鋁表面形成納米級多孔膜層的方法本申請是申請?zhí)枮?01310186651.X、申請日為2013年5月17日、發(fā)明創(chuàng)造名稱為“在純鋁表面形成納米級多孔膜層的方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在純鋁表面形成納米級多孔膜層的方法。

背景技術(shù)：
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。為了獲得特殊功能的氧化膜層，必須對鋁表面進(jìn)行處理，通常是在電解液中，將鋁作為陽極進(jìn)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(jìn)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箔。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(jìn)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。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，即先對鋁材進(jìn)行預(yù)處理，然后在酸性電解液中進(jìn)行首次氧化，氧化時間通常為1h～3h，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(jìn)行二次氧化，氧化時間通常為2h～5h，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，如中國專利文獻(xiàn)CN1609283A、CN101007645A、CN101139730A等。目前，也有采用電化學(xué)拋光在金屬表面形成自組織結(jié)構(gòu)的文獻(xiàn)報道，如中國專利文獻(xiàn)CN101294298A公開了一種高純鋁在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法，該方法即可以在鋁表面形成納米級條紋狀的自組織結(jié)構(gòu)。該方法采用的電拋光溶液由無水乙醇和高氯酸組成，電流密度為25mA/cm2～35mA/cm2。但是該電化學(xué)拋光方法得到是納米級條紋狀的自組織結(jié)構(gòu)，而從多孔陽極氧化鋁膜的生長機理來看，盡管沿著條紋方向也可以形成孔，但嚴(yán)重影響孔密度和有序性。另外，在金屬表面形成納米級多孔膜層的其它方法，如光刻法、電子束刻蝕法等，則由于工藝復(fù)雜、造價昂貴，一般也無法工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種通過電化學(xué)拋光在純鋁表面形成納米級多孔膜層的方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種在純鋁表面形成納米級多孔膜層的方法，具有以下步驟：①對純鋁表面進(jìn)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℃～40℃，下同），在80mA/cm2～160mA/cm2的電流密度下進(jìn)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；③對步驟②電化學(xué)拋光后的純鋁進(jìn)行清洗和烘干。上述步驟②中所述的電化學(xué)拋光溶液優(yōu)選由1,2-丙二醇與高氯酸按照6∶1～4∶1的體積比組成。上述步驟②中所述的電流密度優(yōu)選120mA/cm2～140mA/cm2。上述步驟②中所述的陰陽極間距優(yōu)選60mm。上述步驟①中所述的對純鋁表面進(jìn)行預(yù)處理是將水洗后的純鋁置于60℃～80℃的堿溶液中30s～60s，取出并水洗，再置于稀硝酸溶液中浸漬30s～50s，取出并水洗即可。所述的堿溶液為每升含有1g～10g的磷酸鈉以及5g～40g的氫氧化鈉的水溶液。所述的稀硝酸溶液的體積百分比為10%～30%。上述步驟③中所述的清洗為用去離子水超聲清洗5min～10min；所述的烘干為熱風(fēng)烘干。本發(fā)明的電化學(xué)拋光法在相同體積比的電化學(xué)拋光溶液中，隨電流密度的增大，形成的納米級多孔膜層的孔隙率也和平均孔徑均隨之增大。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，從而可以在純鋁表面形成的納米級多孔膜層，相當(dāng)于兩步陽極氧化法中的首次氧化，但10s～90s的電化學(xué)拋光時間相比于1h～5h的首次氧化時間，大大縮短了多孔陽極氧化鋁膜的生產(chǎn)周期。（2）本發(fā)明的方法得到的納米級多孔膜層還具有范圍大、高度有序等優(yōu)點，從而可以通過二次陽極氧化得到高度有序的多孔陽極氧化鋁膜。附圖說明圖1為實施例1得到的純鋁表面的掃描電鏡圖。具體實施方式（實施例1）本實施例的在純鋁表面形成納米級多孔膜層的方法具有以下步驟：①對純鋁表面進(jìn)行預(yù)處理：首先，用清水水洗純鋁，從而去除純鋁表面的灰塵和污垢。然后，將清水水洗后的純鋁置于60℃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8g磷酸鈉和25g氫氧化鈉的水溶液。接著，將純鋁取出并再次用清水水洗，并置于體積百分比為20%的稀硝酸溶液中浸漬30s。最后，將純鋁取出并用清水水洗。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℃），在120mA/cm2的電流密度下進(jìn)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。③對步驟②電化學(xué)拋光后的純鋁用去離子水超聲清洗10min，再熱風(fēng)烘干。由本實施例的方法得到的純鋁表面的掃描電鏡圖見圖1，由圖1可以看出所形成的多孔膜層的孔隙率達(dá)到12.3%，平均孔徑可達(dá)19.18nm。（實施例2～實施例5）各實施例的方法與實施例1基本相同，不同之處見表1。表1實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5電化學(xué)拋光溶液1,2-丙二醇∶高氯酸4∶11,2-丙二醇∶高氯酸5∶11,2-丙二醇∶高氯酸6∶11,2-丙二醇∶高氯酸2∶11,2-丙二醇∶高氯酸9∶1陰陽極間距60mm60mm60mm70mm50mm電流密度120mA/cm2150mA/cm2100mA/cm2160mA/cm280mA/cm2電化學(xué)拋光溫度10℃5℃0℃30℃40℃電化學(xué)拋光時間60s50s40s90s10s超聲清洗時間10min10min5min7min8min