Реферат: Вторичные процессы и их роль при анодном оксидировании алюминия и его сплавов

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 14 работ.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и списка цитируемой литературы.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1.Кинетические закономерности и механизм формирования АОП на алюминии и его сплавах в растворах кислот, обладающих высоким и низким растворяющим действием (H₂ S0₄ , H₂ C₂ 0₄ , H₂ N-C₆ H4-S0₃ H, Н₃ Р0₄ и др.)

2.Кинетические закономерности и механизм процесса электрохимического окрашивания АОП в подкисленных растворах солей переходных металлов (CuS0₄ , NiS0₄ , C0SO4 в присутствии MgS0₄ ; КМтЮ₄ ).

3.Технологические рекомендации по формированию толстослойных и тонкослойных АОП с электроизоляционными свойствами.

4.Технологические рекомендации по электрохимическому окрашиванию АОП, в том числе в растворах на основе гальваношламов.

Основное содержание работы

Проанализированы литературные данные по механизму и кинетике образования анодного оксида на алюминии и других вентильных металлах, о влиянии дефектов АОП на проводимость и другие свойства АОП. Изложены современные представления о ячеистой структуре АОП; о роли структурного аниона; о влиянии структуры АОП и состава электролита на природу формирования цвета АОП.

Форма годографа не меняется при замене НРС на H₂ S0₄ или HgN-l, однако высокочастотная дуга годографа смещается в область на порядок более низких значений RiH тем значительнее, чем меньше плотность тока, время оксидирования и концентрация кислоты. Емкость двойного слоя возрастает в 3-5 раз, но по-прежнему не превышает 0,5 мкФ/см.

Таким образом, в фосфорной кислоте образуются тонкие слои анодного оксида, близкие к барьерным, в серной кислоте образуются более толстые слои и с более высокой скоростью. Согласно полученным данным, определяющую роль в кинетике формирования оксидных пленок на начальных стадиях процесса играет электролит. Действительно, введение в раствор H2SO4 щавелевой, лимонной, сулъфаминовой, борной кислот и их смесей позволяет формировать на алюминии и его сплавах (АМГ-6) тонкие оксидные пленки с высокой электрической прочностью. Увеличение концентрации H2SO4 и Н2С2О4 в растворе их смеси и введение добавок никотиновой кислоты C5H4NCOOH позволяет формировать плотные АОП толщиной до 30-50 мкм, напряжение пробоя которых может достигать 1000 В.

Следующая глава посвящена структуре и свойствам анодных оксидных пленок, формируемых в растворах на основе серной и щавелевой кислот.

Микроструктурные исследования показали, что с увеличением концентрации H2SO4 пористость АОП возрастает, они становятся тоньше. Снижается напряжение пробоя и сопротивление оксидных пленок. Однако при содержании H2SO4 выше 140 г/л толщина пленок вновь растет. В структуре их видны стержневидные включения. При концентрации HCO 20 г/л формируются АОП с высокими элек­троизоляционными свойствами и однородной структурой. Увеличение концентрации Н2С2О4 приводит к появлению двухфазной структуры с нитевидными включениями, снижение - к формированию АОП с сильно рельефной и рыхлой структурой. Введение в раствор смеси H2SO4 + Н₂ С₂ 04 добавок никотиновой кислоты сопровождается появлением в структуре АОП микровключений размером до 1 мкм и резким снижением пористости.

При замене никотиновой кислоты на сульфаминовую и при увеличении ее концентрации повышается степень кристалличности АОП при неизменности межплоскостных расстояний, а увеличение концентрации H₂ S0₄ — аморфизации АОП и некоторому возрастанию межплоскостных расстояний в кристаллической решетке А1₂ 0, (рис. 5,а, б).

Таким образом, анионы принимают участие в процессе формирования структуры анодных оксидных пленок на алюминии и его сплавах и оказывают решающее влияние на их свойства. На это указывают не только результаты микроструктурных исследований с помощью оптической микроскопии и рентгеновской дифрактометрии (рис.5,а, б), но также результаты термогравиметрических исследований (рис.6): кривые ДТА, ДТГ и ТГ показали наличие анионов и их влияние на соотношение аморфной и кристаллической фаз в структуре АОП.

В следующей главе представлены результаты исследований механизма и кинетики процесса электрохимического окрашивания АОП в растворах солей переходных металлов.

Согласно литературным данным, один из возможных механизмов окрашивания АОП предполагает внедрение катионов металлов в его структуру. Поэтому в работе был использован метод катодного внедрения. В качестве окрашивающих катионов были исследованы катионы Си, Ni, Со, соли которых в виде сульфатов вводились в раствор H2SO4 вместе с MgS04 и НВО, марганец вводился в виде КМп0₄ .

Характер i, t - кривых и анализ зависимости коэффициента Ai/A(l/Vt) от потенциала показывают, что на начальном этапе в условиях нестационарной диффузии марганец образует в структуре АОП твердый раствор. Кривые t при потенциалах катодного внедрения Си² ', Со² ', Mg² ’ в АОП из раствора комплексного электролита (смесь N1SO4, C0SO4, CUSO4, MgS0₄ и HB) фиксируют все стадии процесса:

I - спад тока на начальном этапе нестационарной диффузии;

II - образование зародышей новой фазы при достижений состояния насыщения твердого раствора внедряющего иона в структуре оксида;

III - роста зародышей и разрастания их по поверхности в сплошной слой. Излом на восходящей ветви t - кривой может быть связан со структурными изменениями в оксидном слое. Линейный характер зависимости указывает на химическую природу затрудненной стадии уже на начальном этапе процесса.

Параллельно проводились измерения изменения температуры в приэлектродном слое. В начальный момент спада тока температура приэлектродного слоя, в зависимости от Е и состава раствора, может возрастать почти до 100 °С. Для всех растворов окрашивания как на начальном этапе процесса в условиях нестационарной диффузии, так и в условиях длительной поляризации кривые i-E_r , ДТ-Е, имеют волнообразный ход, что согласуется с представлениями о наличии структурных изменений в АОП в процессе окрашивания вследствие образования соединений внедрения красящих катионов с АОП. Такими соединениями могут быть продукты восстановления MnC, до Мп² ', Мп⁴ *, Си² ' - до Си⁴ , Си» а также смеси оксидов общей формулой М Ме СХ где Me² ’- Си² ', Ni² \ Mg²⁺ , Me³⁴ - AL В структуре обратной шпинели Ме² '[Ме² * Ме³⁺ ]С>4 половина ионов Me² ’ находятся в тетраэдрических пустотах, а остальные вместе с ионами Me³ ’ - в октаэдрических. Наличие в масс-спектрах линий А10Н, Н, ОН, ОН₂ , MgO, а также Mg, Си, Со указывает на участие ионов водорода и молекул воды в рассматриваемом процессе.

Проведенные исследования позволили разработать метод окрашивания АОП в различные цвета (от бронзово-зеленого до черного) в растворах, приготовленных на основе гальваношламов. Полученный цвет зависит от состава гальваношлама, его количества в составе электролита, напряжения на ванне и времени окрашивания. Способ обеспечивает высокую светостойкость, равномерность окрашивания и высокую коррозионную стойкость окрашенных АОП.