Вход

Структура и состав анодно-искровых покрытий на вентильных металлах

Реферат по химии
Дата добавления: 04 сентября 2011
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 70 кб (архив zip, 14 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

Структура и состав анодно-искровых покрытий на вентильных металлах

В.Ф.Борбат, О.А.Голованова, А.М.Сизиков, Омский государственный университет, кафедра неорганической химии

В последнее время получил распространение электрохимический метод нанесения тугоплавких защитных покрытий, основанный на использовании явления анодного искрового разряда. Анодно-искровая технология является результатом развития традиционного анодирования. При некоторых значениях напряжения возникают качественные изменения процесса, которые заключаются в резком увеличении электронной составляющей тока, протекающего через границу раздела электролит-оксид и оксид-металл, и появлении многочисленных электрических пробоев пленки. Это приводит к существенному повышению температуры в каналах пробоя и окружающих их участках, благодаря чему рост покрытий значительно ускоряется. Параллельно в каналах пробоя образуется низкотемпературная плазма, в которой протекают реакции, приводящие к включению в оксид компонентов электролита. Таким образом, следствием пробоя при высоких напряженностях поля являются, с одной стороны, ускорение процесса образования оксида, с другой - изменение физических и химических свойств получаемого покрытия [1].

Химический, фазовый состав и механические свойства анодно-искровых покрытий близки к свойствам обычной керамики. Они характеризуются твердостью, жаропрочностью, стойкостью к истиранию, высокими электроизоляционными и антикоррозионными свойствами. Весьма привлекательной представляется возможность их нанесения на изделия из легкоплавких металлов, что с помощью традиционной обжиговой технологии недостижимо. Большее распространение в промышленности получил метод нанесения оксидных покрытий в серной кислоте.

Анализ анодно-искровых покрытий показывает, что в них, наряду с оксидами металла подложки, в больших количествах содержатся атомы или группы атомов, входящих в состав электролита [1]. Внедрение ионов электролита определяется природой электролита, связано с механизмом формирования и многочисленными анодными процессами (электрохимическими, химическими, адсорбционными, процессами ионного обмена и др.), протекающими на поверхности пленки, в порах и объеме оксида. Вклад каждого из этих процессов зависит от условий формирования и концентрации электролита .

В связи с изложенным представлялось важным исследовать состав покрытий, получаемых плазменно-электролитическим оксидированием, на алюминии, титане и тантале в серной кислоте.

Для изучения фазового состава образцов по их межплоскостным расстояниям был проведен рентгенофазовый анализ. Рентгенограммы образцов были получены методом порошка и пленки на установке "Дрон-3" в монохроматизированном "медном" излучении.

Для определения элементного состава получаемых анодно-искровым методом покрытий и изучения распределения химических элементов по поверхности исследуемых образцов был проведен рентгеноспектральный анализ. Рентгенограммы образцов были получены методом пленки на установке МАР-3.

1.  Результаты и их обсуждение.

Исследование поверхности титанового электрода, полученного в условиях : I = 0,3 А,И = 120 В,t = 900 сек. (концентрация кислоты варьировалась от 10 до 50 %), показало, что, кроме оксида титана(III) (в двух модификациях: анатаз и рутил), на поверхности существует сульфат титана (III). Вероятно, при протекании плазменно-электролитической обработки титана в растворах серной кислоты происходит "заработка" сульфат-иона в оксидную пленку. Причем состав получаемого покрытия остается постоянным при изменении условий обработки (силы тока, времени обработки).

Изучение получаемых покрытий на танталовом аноде с помощью рентгенофазового метода показало, что на поверхности электрода образуется пятиокись тантала (концентрация серной кислоты изменялась от 1 до 30%).

Данные рентгенофазового анализа на алюминиевом аноде показывают, что на поверхности, обрабатываемой анодно-искровым разрядом, кроме оксида алюминия существует сульфат алюминия (концентрация кислоты - 93,8%). Эти данные также подтверждают "заработки" ионов электролита в оксидную пленку при воздействии на алюминий микроразряда.

Исходя из полученных результатов, также можно отметить, что при получении покрытий на алюминии, титане возможно внедрение сульфат-ионов в состав получаемого покрытия. Для танталового анода концентрация сульфат-ионов, вероятно, менее 1% и в этом случае образуется твердый раствор без четкой фазовой характеристики.

Как и следовало ожидать, по результатам рентгеноспектрального анализа мы определили две характеристические линии, соответствующие линиям материала электрода и серы. Для определения количества серы, внедренной в состав оксидной пленки, был снят сигнал чистой серы и отношение интенсивность данного сигнала (I0) к интенсивности сигнала серы (IS) в полученной пленке дает относительное содержание заработанной серы .

Анализ анализ экспериментальных данных показывает, что относительное содержание серы возрастает с увеличением концентрации серной кислоты, стремясь к некоторому предельному значению. Такая же зависимость наблюдается при увеличении силы тока.

Интересно отметить, что максимальное содержание серы (максимальный пик на регистрограмме) на танталовом электроде возрастает с увеличением силы тока. Очевидно, процесс накопления компонентов электролита при плазменно-электролитическом способе обработки является неравномерным и отличается от распределения примесей в пленках, полученных обычным оксидированием [2]. Можно предположить, что заработка компонентов электролита происходит в местах возникновения микроразрядов в момент их залечивания и поэтому макрораспределение серы может быть связано с размерами пор.

Сравнение результатов эксперимента показывает, что наибольшее количество серы зарабатывается на алюминиевом аноде (0,005 мг), затем относительное содержание серы уменьшается от титана - (0,0032 мг), к танталу - (0,0025 мг). Возможно, это связано с получением плазменно-электролитическим методом оксидных покрытий, толщина которых увеличивается от тантала к алюминию, а также концентрацией электролита, в котором ведется обработка.

Наряду с приведенной информацией большой интерес представляет возможность с помощью полученных диаграмм рентгеноспектрального анализа оценить размер канала (поры), в котором происходит заработка компонентов электролита. Определение размера пор осложняется тем, что ширина зонда небольшая и поэтому, сканируя по поверхности образца, мы получаем информацию по содержанию серы в разных участках пор. Вероятно, максимальные по ширине пики могут соответствовать или приближаться по своим значениям к диаметру пор. Исходя из этого предположения, мы определили максимальные размеры пор на алюминии, титане и тантале по формуле : размер поры = l·Vcк/Vл, где l - линейный размер максимального пика на рентгенограмме (мм); Vск -скорость сканирования лучом (мммин); Vл - скорость движения ленты (мммин) .

Анализ полученных результатов показывает, что размер пор на алюминиевых образцах соответствует интервалу (4,7-7)·10-2 мм и практически не зависит от условий обработки. Для титанового и танталового образцов получена зависимость максимального размера пор от условий обработки. Можно отметить, что максимальный размер пор увеличивается с возрастанием силы тока.

При сопоставлении результатов рентгеноспектрального анализа по заработке серы в оксидные пленки, полученные на алюминии, титане и тантале, с результатами весового анализа [3,4] по убыли сульфат-иона из обрабатываемого анодным микроразрядом электролита (растворов серной кислоты), можно отметить, что закономерности, установленные в ходе проведения экспериментов, совпадают. Очевидно, одной из причин уменьшения сульфат-иона в электролите после обработки анодным микроразрядом является внедрение компонентов электролита в образующуюся оксидную пленку, причем внедрение ионов электролита происходит преимущественно в поры в момент их залечивания.

2.  Выводы:

1. Доказано, что при получении оксидных покрытий плазменно-электролитическим методом происходит заработка ионов электролита в поры пленки в момент их залечивания.

2. Распределение серы по поверхности образца неравномерно в отличие от равномерного распределения, имеющего место при обычном анодировании.

3. Оценены максимальные размеры пор оксидных покрытий на алюминии, титане и тантале.

Список литературы

Баковец В.В., Поляков О.В., Долговесова И.П. Плазменно-электролитическая анодная обработка металлов // Новосибирск: Наука, 1991. С.93.

Чернеченко В.И., Снежко А.А., Потапова И.И. Получение покрытий анодно-искровым электролизом // Л.: Химия, 1991. С.101-103.

Голованова О.А., Сизиков А.М., Борбат В.Ф. Химические эффекты анодного микроразряда на вентильных металлах в серно-кислотных электролитах / Омск: ОмГУ, 1994. 9 с. Деп. в ВИНИТИ 12.08.94. N 2119-В 94.

Голованова О.А.,Сизиков А.М. Динамика превращения серно-кислотного электролита в разряде на танталовом электроде / Омск: ОмГУ, 1994. 15 с. Деп. в ВИНИТИ 12.08.94. N 2121-В 94

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.omsu.omskreg.ru/



© Рефератбанк, 2002 - 2017