一种多孔氧化铝膜层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔氧化铝膜层及其制备方法。该多孔氧化铝膜层的孔径范围为5‑100nm，厚度为5‑100μm。其制备方法包括以下步骤：(1)采用物理气相沉积方法在多孔金属基材表面沉积铝膜；(2)对铝膜进行气氛退火处理；(3)对退火后的铝膜进行表面清洗和电化学抛光；(4)利用阳极氧化法对铝膜进行处理，获得多孔氧化铝膜。采用本发明专利技术的方法制备的多孔氧化铝膜层具有膜层孔径可控的特点，膜层内具有规则有序分布的垂直纳米通孔。

A porous alumina membrane and its preparation method

The invention discloses a porous alumina film and a preparation method thereof. The pore size of the porous alumina film is 5 100nm, and the thickness is 5 to 100 m. The preparation method includes the following steps: (1) the aluminum film is deposited on the surface of porous metal substrate by physical vapor deposition; (2) annealing aluminum film in atmosphere; (3) surface cleaning and electrochemical polishing of the annealed aluminum film; (4) the aluminum film is treated by anodic oxidation, and porous alumina membrane is obtained. The porous alumina membrane prepared by the method of the invention has the characteristics of controllable pore size, and a vertical nano through hole with regular and orderly distribution in the film layer.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔氧化铝膜层及其制备方法
本专利技术涉及一种多孔氧化铝膜层及其制备方法，属无机膜材料及应用领域。
技术介绍
多孔金属膜是无机膜应用中的一类重要产品，与陶瓷、玻璃等相比，多孔金属膜具有耐酸碱腐蚀、机械强度高、抗机械、热冲击、密封连接可靠等特点。目前应用最为广泛的对称多孔金属膜过滤孔径大，难以在微滤、超滤中使用。因此，采用多孔陶瓷功能层的非对称多孔金属膜近年来受到研究人员的普遍关注。US4888114A公布了一种在多孔金属表面烧结二氧化钛多孔膜的方法，采用纳米二氧化钛粉体的浆料对多孔金属表面进行涂覆，并在1093℃高温下进行烧结处理，可以获得过滤孔径小于0.1μm的非对称多孔金属膜。该二氧化钛膜层与多孔金属基体的结合强度高，可应用于微滤分离领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种孔径分布窄的多孔氧化铝膜层。本专利技术的另一目的在于提供一种所述多孔氧化铝膜层的制备方法，采用该方法能够得到孔径可控，孔径分布窄的多孔氧化铝膜层。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种多孔氧化铝膜层，该多孔氧化铝膜层的孔径范围为5-100nm，厚度为5-100μm。一种所述多孔氧化铝膜层的制备方法，包括以下步骤：(1)采用物理气相沉积方法在多孔金属基材表面沉积铝膜；(2)对铝膜进行气氛退火处理；(3)对退火后的铝膜进行表面清洗和电化学抛光；(4)利用二次阳极氧化法对铝膜进行处理，获得多孔氧化铝膜。其中，所述多孔金属基材的材质可以为304不锈钢、316不锈钢、Inconel合金、NiCrAl合金、Hastalloy合金、钛、钛基合金、镍、镍基合金等。所述步骤(1)中，物理气相沉积方法为射频磁控溅射、中频磁控溅射、直流磁控溅射、真空电阻蒸镀、电子束蒸镀、离子束溅射中的一种。所述步骤(2)中，铝膜的退火处理气氛为真空、还原、惰性气氛，退火温度为300-500℃，退火时间为1-10小时，优选为3-8小时。所述步骤(3)中，采用高氯酸和无水乙醇的混合溶液对铝膜进行抛光，混合溶液中高氯酸与无水乙醇的体积配比为1∶6-1∶3，抛光电压为10-20V，时间为1-5分钟，温度为0-10℃。所述步骤(4)中，利用二次阳极氧化法对铝膜进行处理，一次阳极氧化电解液选自浓度为2-20％的硫酸溶液、浓度为10-30％的磷酸溶液、浓度为1-5％的草酸溶液中的一种，氧化时间为1-40小时。一次阳极氧化法对铝膜处理后，采用磷酸和铬酸的混合溶液中除去氧化层，磷酸浓度为5-10％，铬酸浓度为1-5％。二次阳极氧化电解液选自浓度为2-20％的硫酸溶液、浓度为10-30％的磷酸溶液、浓度为1-5％的草酸溶液中的一种，氧化时间为1-40小时。本专利技术的有益效果是：采用本专利技术的方法制备的多孔氧化铝膜层具有膜层孔径可控的特点，通过调整电解液的浓度配比，阳极氧化电压、电流等工艺参数，可以实现孔径及深度的调节。膜层内具有规则有序分布的垂直纳米通孔。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不局限于以下实施例。实施例1多孔NiCrAl合金片上制备多孔氧化铝膜，步骤如下：1)铝膜制备：取多孔NiCrAl合金基片，在其上通过磁控溅射制备铝膜。采用金属铝靶，真空腔体背底真空优于2.0×10-3Pa，铝靶功率为100W，工作气压为1.5Pa，Ar流量为30sccm，沉积时间为2小时，铝膜厚度为50μm。2)退火处理：采用真空热处理炉对铝膜进行真空退火处理，腔体真空度优于10-4Pa，退火温度为500℃，时间为3小时。3)电化学抛光：对退火后的铝膜采用纯水、丙酮清洗，清洗后的铝膜采用高氯酸和无水乙醇的混合溶液(体积比1∶4)抛光，抛光电压为16V，时间为3分钟，温度为0℃。4)阳极氧化：对抛光后的铝膜进行一次阳极氧化，在20％磷酸溶液中进行恒压阳极氧化，电压18V，温度20℃，时间10小时。用6％磷酸和1.8％铬酸的混合溶液去除一次氧化铝膜层。在20％硫酸溶液中进行二次阳极氧化，电压20V，温度0℃，时间24小时。所得到的多孔氧化铝膜厚度约50μm，平均孔径为50nm。实施例2多孔316L不锈钢片上制备多孔氧化铝膜，步骤如下：1)铝膜制备：取多孔316L不锈钢基片，在其上通过电子束蒸镀制备铝膜。采用金属铝源，真空腔体背底真空优于6×10-3Pa，电子束流80mA，沉积时间为30分钟，铝膜厚度为80μm。2)退火处理：采用真空热处理炉对铝膜进行真空退火处理，腔体真空度优于10-4Pa，退火温度为500℃，时间为3小时。3)电化学抛光：对退火后的铝膜采用丙酮清洗，清洗后的铝膜采用高氯酸和无水乙醇的混合溶液(体积比1∶4)抛光，抛光电压为16V，时间为3分钟，温度为0℃。4)阳极氧化：对抛光后的铝膜进行一次阳极氧化，在25％草酸溶液中进行恒压阳极氧化，电压15V，温度20℃，时间6小时。用6％磷酸和3％铬酸的混合溶液去除一次氧化铝膜层。在15％硫酸溶液中进行二次阳极氧化，电压20V，温度0℃，时间30小时。所得到的多孔氧化铝膜厚度约80μm，平均孔径为20nm。实施例3多孔钛片上制备多孔氧化铝膜，步骤如下：1)铝膜制备：取多孔钛基片，在其上通过磁控溅射制备铝膜。采用金属铝靶，真空腔体背底真空优于2.0×10-3Pa，铝靶功率为100W，工作气压为1.5Pa，Ar流量30sccm，沉积时间为2小时，铝膜厚度为50μm。2)退火处理：采用真空热处理炉对铝膜进行真空退火处理，腔体真空度优于10-4Pa，退火温度为500℃，时间为3小时。3)电化学抛光：对退火后的铝膜采用纯水、丙酮清洗，清洗后的铝膜采用高氯酸和无水乙醇的混合溶液(体积比1∶4)抛光，抛光电压为16V，时间为3分钟，温度为0℃。4)阳极氧化：对抛光后的铝膜进行一次阳极氧化，在15％硫酸溶液中进行恒压阳极氧化，电压15V，温度25℃，时间12小时。用8％磷酸和2.1％铬酸的混合溶液去除一次氧化铝膜层。在15％硫酸溶液中进行二次阳极氧化，电压25V，温度0℃，时间24小时。所得到的多孔氧化铝膜厚度约50μm，平均孔径为60nm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔氧化铝膜层，其特征在于，该多孔氧化铝膜层的孔径范围为5‑100nm，厚度为5‑100μm。

【技术特征摘要】
1.一种多孔氧化铝膜层，其特征在于，该多孔氧化铝膜层的孔径范围为5-100nm，厚度为5-100μm。2.一种权利要求1所述的多孔氧化铝膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用物理气相沉积方法在多孔金属基材表面沉积铝膜；(2)对铝膜进行气氛退火处理；(3)对退火后的铝膜进行表面清洗和电化学抛光；(4)利用二次阳极氧化法对铝膜进行处理，获得多孔氧化铝膜。3.根据权利要求2所述的多孔氧化铝膜层的制备方法，其特征在于，所述多孔金属基材的材质为304不锈钢、316不锈钢、Inconel合金、NiCrAl合金、Hastalloy合金、钛、钛基合金、镍、镍基合金中的一种。4.根据权利要求2所述的多孔氧化铝膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，物理气相沉积方法为射频磁控溅射、中频磁控溅射、直流磁控溅射、真空电阻蒸镀、电子束蒸镀、离子束溅射中的一种。5.根据权利要求2所述的多孔氧化铝膜层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，铝膜的退火处理气氛为真空、还原、惰性气氛，退火温度为300-500℃，退火时间为1-10小时。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，张超，吕琴丽，何迪，张华，王树茂，刘晓鹏，蒋利军，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11