阳极氧化法制备多孔氧化铝模板

收稿日期:2007-05-20

第一作者简介:薛瑞飞(1969-),男,黑龙江大庆人,高级工程师。

阳极氧化法制备多孔氧化铝模板薛瑞飞1,舒　刚2,梁淑敏2(1.大庆市科技情报所,黑龙江大庆163002;2.黑龙江省公安警官职业学院,黑龙江哈尔滨150001)

摘要:采用阳极氧化法,以硫酸为电解液制备了多孔氧化铝模板。讨论了氧化电压和电解液温度对多孔阳极氧化铝膜的孔径的影响。试验结果表明,当氧化时间为6h时,氧化膜厚度达到最大值35.6μm。XRD分析结果证实,多孔氧化铝膜由非晶态的Al2O3组成。关键词:阳极氧化;多孔氧化铝模板;纳米材料中图分类号:TQ153.6 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2007)09-0037-02

FabricationporousaluminatemplatebyanodizationmethodXUERui2fei1,SHUGang2,LIANGShu2min2(1.DaqingScienceandTechnologyInformationInstitute,Daqing163002,China;2.HeilongjiangPoliceVocationalCollege,Harbin150001,China)

Abstract:Porousanodicaluminafilmwaspreparedinsulfuricacidelectrolyteusinganodizationmethod.Theeffectofanodicvolt2ageandelectrolytetemperatureonporesdiameterofanodicaluminafilmwasinvestigatedrespectively.Theexperimentalresultsin2dicatethatthefilmthicknessgetsthemaximumvalueof35.6μmat6h.X2Raydiffractionanalysisshowsthattheanodicfilmsare

composedofamorphousAl2O3.Keywords:anodicoxidation;porousaluminatemplate;nanometermaterials

在20世纪80年代以后,随着纳米科学技术的崛起,有关多孔氧化铝模板的合成及其相关的组装技术逐渐成为研究的热点[1-3]。1995年,Masuda等人首次报道了两步法合成多孔阳极氧化铝,他们合成的氧化铝膜由高度有序的六角密排的孔道组成[4]。两步阳极氧化法的提出极大地推动了多孔阳极氧化铝膜的制备及应用研究。本文采用硫酸为电解液制备纳米孔阵列高度有序的多孔氧化铝模板,为进一步开展以多孔氧化铝为模板制备一维纳米材料打下基础。1　试　验1.1　试验试剂及材料试验用铝片的纯度为w(Al)=99.99%,厚度为0.5mm,氧化区面积为100mm2。硫酸、丙酮、氢氧化钠、高氯酸、乙醇、磷酸、三氧化铬等试剂纯度均为分析纯。1.2　试验方法以铝片为阳极。在阳极氧化前,将铝片依次在洗涤剂和乙醇中进行除油处理,然后在w

(NaOH)

10%的水溶液中侵蚀5min,以去除铝片上的自然氧化层,用蒸馏水冲洗干净后,在高氯酸∶乙醇体积比为1:5的溶液中电化学抛光3min,电压为15V。以浓度为1.0molΠL的硫酸做电解液,采用两步氧化法进行多孔型氧化铝膜的制备。第一步阳极氧化的时间为5h。然后,将试样在铬酸和磷酸混合酸的溶液中化学侵蚀8h,完全去除掉第一步氧化所形成的氧化膜,再进行二次阳极氧化,时间为1h～7h。采用

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日本日立公司生产的S24200型扫描电镜(SEM)对多孔型阳极氧化铝膜的表面及断面形貌进行观察;采用HCC225A电涡流测厚仪测量氧化铝膜的厚度,方法是在样品的正面取5个点进行测量,将其平均值作为氧化膜的厚度。2　试验结果与讨论2.1　氧化电压对氧化铝模板的影响对铝片进行阳极氧化试验时,电压低于10V情况下阴极上基本没有气泡产生,说明阳极氧化反应很缓慢,这样的多孔氧化铝膜的孔径也很小,不能作为制备纳米材料的模板;当氧化电压高于25V时反应比较剧烈,阴极有大量气泡生成,并且电解液温度快速升高,10min左右将已形成的氧化膜击穿。因此,以1.0molΠL的硫酸为电解液对铝片进行阳极氧化,氧化电压的范围应在10V～25V之间。而氧化电压对多孔阳极氧化铝模板的纳米孔孔径的影响需从电镜照片来观察。图1是氧化电压分别为10V、15V、20V、25V时制备的多孔氧化铝模板的SEM照片。由图1及表1可见,氧化电压为10V时,多孔氧化铝膜的孔径较小,并且孔径大小不均匀、有序性较差;随着氧化电压升高,孔径逐渐增大,孔的有序性提高。从孔的有序性看,氧化电压的范围以20V～25V为宜。

图1　在不同电压下制备的多孔氧化铝膜的SEM照片表1　氧化电压与纳米孔孔径的关系电压ΠV10152025

孔径Πnm18±525±532±240±2

2.2　电解液温度对多孔氧化铝模板的影响试验中发现,当电解液的温度高于25℃时,阳极氧化反应非常剧烈,试验无法正常进行,因此,以硫酸为电解液进行阳极氧化时,电解液温度不能超过25℃。电解液温度对多孔氧化铝模板的纳米孔孔径的影响见图2,孔径随电解液温度的升高而增大。这是由于当电解液温度升高时,电解液的腐蚀性增强,

因而孔径增大。2.3　氧化时间对氧化铝模板厚度的影响氧化时间越长,氧化铝膜的厚度越厚。图3为氧化时间与氧化铝膜厚度的关系图,氧化时间在1h

～6h内,多孔氧化铝膜的厚度随氧化时间的延长而增加;当氧化时间超过6h后,氧化铝膜的厚度不再增加。这是由于当氧化时间超过6h以后,氧化铝膜的生成速度与电解液对氧化膜的溶解速度相等,体系达到了动态平衡,因此,氧化铝膜不再增厚。可以认为,阳极氧化进行到6h时,氧化膜的厚度达到最大值35.6μm。

图2　电解液温度对多孔氧化铝膜孔径的影响图3　氧化时间对氧化铝模板厚度的影响(下转第56页)

83 LAFT轻　合　金　加　工　技　术2007,Vol.35,№9(上接第36页)从而导致了热影响区的组织晶粒粗大[2]。值得注意的是,热影响区的晶粒长大现象十分严重,其晶粒的直径可达焊缝区晶粒的数倍[2]。而镁合金的热影响区晶粒长大的现象在TIG焊接方法中很常见,是焊接接头的薄弱环节。另外,由图4中可以看到,从母材区到焊缝区,没有气孔、裂纹等缺陷。3　结　论(1)AZ31镁合金板材在氦2氩气体混合比为1∶1的情况下进行TIG焊,可得到表面光滑、无堆高、无裂纹和气孔、成型美观的焊缝;

(2)焊接热影响区和熔合区的组织晶粒粗大,焊

缝区全部由均匀细小的等轴晶组成。

参考文献:

[1]　刘胜新,汪喜和,陈永,等.AZ31镁合金板乌极氦2氩保护焊焊接工艺研究[J].轻合金加工技术,2007,(8):42-44.

[2]　张福全,王响群,陈振华,等.AZ31镁合金薄板的交流钨极氩弧焊[J].湖南大学学报(自然科学版),2004,31(6):9-12.

(上接第38页)2.4　多孔氧化铝膜的XRD测试图4是多孔氧化铝膜的X射线衍射图。氧化膜的制备条件:氧化电压20V,电解液温度10℃,二次氧化时间2h。从图4可以看出,在2θ=27°处均出现了一个馒头峰,为非晶态Al

2O3的衍射峰,说明多

图4　多孔氧化铝膜的XRD图

孔氧化铝膜由非晶态的Al

2O3组成。2θ为65°、78°的

两个尖峰为基体铝的衍射峰。虽然进行XRD测试的氧化铝膜的厚度超过了10μm,但由于氧化膜为多孔结构,易于被X射线穿透,因此XRD谱图中出现了基体铝的衍射峰。

3　结　论以1.0molΠL的硫酸为电解液制备多孔阳极氧化铝模板时,纳米孔直径随氧化电压的升高而增大,

从纳米孔的有序性看,适宜的氧化电压的范围为20V～25V;随着电解液温度的升高,多孔阳极氧化铝膜的孔径逐渐增大;多孔氧化铝模板的厚度随氧化时间的延长而增加,当氧化时间为6h时,氧化膜厚度达到最大值35.6μm;XRD分析结果证明阳极氧化法制备的多孔氧化铝膜由非晶态的Al

2O3组成。

参考文献:

[1]　郭鹤桐,王为.铝阳极氧化的回顾与展望[J].材料保护,2000,33(1):43-45.[2]　张作山,张树永,李文荣.模板及其在纳米材料合成领域的应用[J].化学进展,2004,16(1):26-34.[3]　CHAURENB,STAMENOVP,RHENFMF,etal.Orientedcobaltnanowirespreparedbyelectrodepositioninapo2rousmembrane[J].J.Magn.Magn.Mater,2005,290Π291:1210-1213.[4]　MASUDAH,FUKUDAK.Orderedmetalnanoholearraysmadebyatwo2stepreplicationofhoneycombstructuresofanodicalumina[J].Science,1995,268(6):1466-1468.

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