通過電化學拋光在純鋁表面形成納米級多孔膜層的方法本申請是申請號為201310186651.X、申請日為2013年5月17日、發明創造名稱為“在純鋁表面形成納米級多孔膜層的方法”的發明專利申請的分案申請。技術領域本發明屬于金屬表面處理技術領域，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：
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的，薄而多孔，機械強度低，無法滿足功能化應用的要求。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構，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，即先對鋁材進行預處理，然后在酸性電解液中進行首次氧化，氧化時間通常為1h～3h，接著通過化學腐蝕除去首次氧化產生的氧化膜，最后再在酸性電解液中進行二次氧化，氧化時間通常為2h～5h，得到多孔陽極氧化鋁膜。其中預處理主要包括清洗和電化學拋光，電化學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CN1609283A、CN101007645A、CN101139730A等。目前，也有采用電化學拋光在金屬表面形成自組織結構的文獻報道，如中國專利文獻CN101294298A公開了一種高純鋁在超聲攪拌下的電化學拋光方法，該方法即可以在鋁表面形成納米級條紋狀的自組織結構。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。但是該電化學拋光方法得到是納米級條紋狀的自組織結構，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，則由于工藝復雜、造價昂貴，一般也無法工業應用。
技術實現要素：
本發明的目的在于解決上述問題，提供一種通過電化學拋光在純鋁表面形成納米級多孔膜層的方法。實現本發明目的的技術方案是：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對純鋁表面進行預處理；②將步驟①預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拋光溶液中，并使陰陽極間距為50mm～70mm，然后在環境溫度下（0℃～40℃，下同），在80mA/cm2～160mA/cm2的電流密度下進行電化學拋光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電化學拋光后的純鋁進行清洗和烘干。上述步驟②中所述的電化學拋光溶液優選由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選120mA/cm2～140mA/cm2。上述步驟②中所述的陰陽極間距優選60mm。上述步驟①中所述的對純鋁表面進行預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；所述的烘干為熱風烘干。本發明的電化學拋光法在相同體積比的電化學拋光溶液中，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。本發明具有的積極效果：（1）本發明通過選擇合適的電化學拋光溶液以及合適的電化學拋光條件，從而可以在純鋁表面形成的納米級多孔膜層，相當于兩步陽極氧化法中的首次氧化，但10s～90s的電化學拋光時間相比于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周期。（2）本發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對純鋁表面進行預處理：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拋光溶液中，并使陰陽極間距為60mm，然后在環境溫度下（本實施例為10℃），在120mA/cm2的電流密度下進行電化學拋光60s，從而在純鋁表面形成納米級多孔膜層；上述電化學拋光溶液由1,2-丙二醇和高氯酸按照4∶1的體積比組成。③對步驟②電化學拋光后的純鋁用去離子水超聲清洗10min，再熱風烘干。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到12.3%，平均孔徑可達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電化學拋光溫度10℃5℃0℃30℃40℃電化學拋光時間60s50s40s90s10s超聲清洗時間10min10min5min7min8min