авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Получение оптически селективных и чёрных оксидных плёнок на алюминии и его сплавах при поляризации переменным асимметричным током

-- [ Страница 2 ] --

Плотность белых точек пропорциональна содержанию никеля. Можно предположить, что Пк представляет собой нанотрубки из оксида алюминия, заполненные наночастицами никеля. Таким образом, электрохимическим способом на поверхности сплавов алюминия получены наноструктурированные оптически селективные покрытия, не уступающее по своим характеристикам известным зарубежным аналогам.

В четвёртой главе приведён анализ электрохимических процессов, происходящих при формировании оптически селективных Пк на поверхности сплавов алюминия на основе рассмотрения циклических кривых заряжения (ЦКЗ). ЦКЗ получали в условиях оптимального режима при разном времени электролиза из растворов, содержащих как отдельные компоненты оптимального состава электролита, так и при их одновременном присутствии. ЦКЗ, полученные из оптимального состава электролита, приведены на рисунке 5.

Рисунок 5 – Зависимость анодного (а) и катодного (б) потенциалов при формировании оптически селективных Пк в электролите оптимального состава от количества пропущенного электричества. Время поляризации, мин: 1 – 0,0; 2 – 0,5; 3 – 1,0; 4 – 1,5; 5 – 2,0; 6 – 2,5

В начальный момент поляризации (рисунок 5, кривые 1 и 2) с увеличением анодного импульса возрастает химическое растворение алюминия и ускоряется катодный процесс выделения водорода, то есть наблюдается явление отрицательного дифференц-эффекта. С возрастанием времени поляризации потенциал в катодный полупериод незначительно смещается в отрицательную область и стабилизируется при – 0,75 В, что соответствует восстановлению NiOH+ до Ni. В анодный полупериод с увеличением времени поляризации потенциал непрерывно смещается в положительную область вплоть до 6,0 В. Это свидетельствует о непрерывном процессе оксидирования подложки и её утолщения. Но так как оптически селективные Пк должны обладать минимальной теплоизлучательной способностью, что определяется их минимальной толщиной, то на времени оксидирования 2,5 мин, процесс оксидирования завершали. Зависимость ёмкости двойного слоя от времени поляризации подтверждает сказанное (рисунок 6). Резкое падение ёмкости с увеличением времени поляризации обусловлено образованием оксидной плёнки на алюминии, затем её толщина постепенно возрастает, стремясь к

некоторой постоянной величине. Протекающие электрохимические процессы необратимы.

Рисунок 6 – Зависимость анодной (1) и катодной (2) емкостей двойного электрического слоя при формировании Пк в электролите оптимального состава от времени поляризации.

Таким образом, основными электрохимическими процессами при получении оптически селективных Пк являются окисление алюминиевой подложки и восстановление высокодисперсного никеля, который одновременно с оксидированием заполняет поры оксидной пленки.

В пятой главе представлены и обсуждаются результаты исследований по получению оптически чёрных Пк на сплавах алюминия АД 31 и А 5 М. Покрытия получали с использованием метода традиционного оксидирования и метода микродугового оксидирования (МДО). При получении Пк методом оксидирования, процесс проводили в 20 % (по массе) растворе H2SO4 при поляризации переменным асимметричным током, соотношение IK : IA составляло 1,5 : 1, время оксидирование 30 мин. Для усиления дефектности оксидной плёнки в электролит вводили соли сульфатов различных металлов (никеля, марганца, кобальта, хрома, железа). Заполнение пор оксида осуществляли высокодисперсным никелем при поляризации переменным асимметричным током (IK : IA = 5 : 1) из электролита, содержащего сульфаты никеля, магния, аммония и борную кислоту. Введение в электрохимическую цепь установки для окрашивания анодного оксида алюминия двух диодов марки Д 226 Б, включённых параллельно и проводящих ток в разных направлениях, позволило разделить катодный и анодный импульсы паузами, что привело к увеличению содержания высокодисперсного никеля в порах оксида. Эффект чернения усиливали доосаждением в поры оксида алюминия серебра или меди путём погружения Пк на 3 – 5 мин в их разбавленные нитратные растворы.

Осаждение меди и серебра в поры и поверхностный слой оксидной плёнки происходит как за счет реакции контактного обмена с частицами металла, ранее осаждённого в порах оксида, так и за счёт восстановления его самой нестехиометрической оксидной плёнкой алюминия, имеющей недостаток по кислороду. Размер частиц металла, заполнивших оксидную плёнку, менее 100 нм. Содержание высокодисперсного никеля и меди (или серебра) в оксидной плёнке составляет соответственно 10,0 и 1,0 % (по массе). Полученные Пк по своим оптическим свойствам близки к эталону абсолютно черного тела. Отражение электромагнитного излучения происходит только в УФ – и далёкой ИК областях (рисунок 7).

Поглощающая способность Пк составляет 98 %. Столь высокую поглощающую способность оксида алюминия можно объяснить высокой степенью дисперсности частиц металла, заполнившего его поры.

Рисунок 7 – Зависимость коэффициента отражения (R, %) от длины волны света (, нм)

Получать на поверхности алюминиевых сплавов чёрные Пк с высокой поглощающей способностью с использованием метода МДО достаточно сложно, так как Пк являются оксидно – керамическими. Проведённые исследования позволили разработать состав электролита и режимы оксидирования, позволившие сформировать методом МДО на поверхности АД 31 и А 5 М чёрные Пк с высокими оптическими свойствами. Электролит состоял из трёх групп растворов, в которых последовательно осуществляли МДО – процесс. Использовали асимметричный импульсный ток с длительностью анодных пачек импульсов 50 мс и катодных пачек – 40 мс, паузами между ними 10 мс при соотношении анодного и катодного токов, равном 1,1 : 0,9. Время оксидирования в каждом растворе составляло 10 мин, а общее время оксидирования – 30 мин. В базовый состав электролита (гидроксид натрия, силикат натрия и тетраборат натрия) вводили в различных количествах полимолибдат аммония, ванадат и вольфрамат натрия, бихромат калия. При оптимальном составе электролита были получены чёрные Пк с коэффициентом поглощения 96,0 % и излучения 86 %; толщиной 20 мкм.

Окраска оксидного Пк в чёрный цвет, вероятно, обусловлена синтезом в составе покрытия высокодисперсных оксидов V2O4 и V4O9, соединений типа Al2(WO4)3, поливольфрамата натрия и вольфрама, не исключено образование в составе Пк и шпинелей. Такие выводы позволили сделать данные рентгеноспектрального микроанализа. Рентгенофазовый анализ не позволил установить фазовый состав Пк в виду его рентгеноаморфности.

Эти исследования показали перспективность метода МДО для формирования на поверхности алюминиевых сплавов неорганических оксидных слоев, обладающих свойствами абсолютно черного тела. И очень важным обстоятельством является то, что такие Пк получены в одну стадию и за короткий промежуток времени.

Кроме того была исследована возможность соосаждения с МДО – покрытием в процессе его формирования фторопласта, что расширяет спектр их применения и в качестве коррозионно-стойких, износостойких покрытий. Для этого в состав электролитов вводили суспензию фторопласта Ф – 4 МД из расчёта 50 гл–1. Факт соосаждения фторопласта с МДО – покрытиями установлен с помощью рентгеноспектрального микроанализа. Содержание фтора в Пк составило 16,3 %. Защитные свойства материала основы возросли в 10 – 15 раз.

Выводы

1. Разработан новый способ получения оптически селективных и чёрных покрытий на поверхности сплавов алюминия при поляризации переменным асимметричным током, позволивший получить однослойные покрытия с высокими оптическими свойствами в течение 2,5 мин, снизить энергоёмкость процесса до 10 кВтм–2, исключить использование дорогостоящих компонентов и обеспечить экологическую безопасность нанесения покрытий.

2. Разработан новый способ подготовки поверхности алюминиевых сплавов, позволивший получить наноструктурированные оптически селективные покрытия с размерами частиц от 20 до 70 нм. Последнее обеспечило высокие оптические свойства покрытий с коэффициентами поглощения и излучения соответственно равными 95 % и 9 %, что делает полученные покрытия конкурентоспособными по отношению к зарубежным аналогам.

3. Установлено влияние на тепловоспринимающую способность оптически селективных покрытий нанесения полимерного просветляющего слоя, использованного для этих целей впервые. Выявлено, что наиболее эффективно использование в качестве такого слоя истинных растворов фторопласта.

4. Разработан новый способ увеличения поглощающей способности оптически чёрных покрытий путем дополнительного осаждения в поры и поверхностный слой оксидной плёнки серебра или меди, что дало возможность получить покрытия, соответствующие эталону абсолютно чёрного тела.

5. Разработаны составы электролитов для получения оптически черных покрытий на сплавах алюминия методом микродугового оксидирования и установлена перспективность этого метода для этих целей, так как покрытия по своим оптическим свойствам близки к эталону абсолютно черного тела.

6. Установлено, что соосаждение фторопласта с МДО – покрытием в процессе его формирования увеличивает защитные свойства материала основы в 10 – 15 раз без дополнительного нанесения фторопластсодержащей полимерной дисперсии.

7. Накоплен новый фактический материал по использованию переменного асимметричного тока для получения оптически селективных и чёрных покрытий на сплавах алюминия.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Беспалова, Ж.И.  Исследование возможности получения оптически черных покрытий на поверхности алюминия и его сплавов / Ж.И. Беспалова, В.А. Клушин, И.А. Пятерко, В.Г. Сойер, Ю.Д. Кудрявцев // Известия Вузов Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – Спец. выпуск : Проблемы электрохимии и экологии. – 2008. – С. 60 – 62.

2. Беспалова, Ж.И.  Наноструктурированные материалы как селективные покрытия / Ж.И. Беспалова, В.А. Клушин, Ю.Д. Кудрявцев // Известия Вузов Северо-Кавказский регион. Технические науки. – №6 – 2010. – С. 114 – 116.

3. Пат. 2393275 РФ, МПК C25D 11/10, F24J 2/48, Заявл. 11.08.2009; опубл. 27.06.2010 «Изобретения. Полезные модели». Бюл. № 18 // Способ получения селективного покрытия / Беспалова Ж.И., Клушин В.А., Дьячишин А.С.

 4. Пат. 2374570 РФ, МПК F24J 2/48, Заявл. 06.08.2008; опубл. 27.11.2009 «Изобретения. Полезные модели». Бюл. № 33 // Способ получения селективного покрытия / Беспалова Ж.И., Клушин В.А., Сойер В.Г., Кудрявцев Ю.Д.

5. Пат. 2360043 РФ, МПК C25D 11/34, Заявл. 16.06.2008; опубл. 27.06.2009 «Изобретения. Полезные модели». Бюл. № 18 // Способ нанесения покрытия на сталь / Беспалова Ж.И., Клушин В.А., Смирницкая И.В., Пятерко И.А.

6. Пат. 2289601 РФ, МПК C09D 127/18, C09D 5/08, Заявл. 05.10.2005; опубл. 20.12.2006 «Изобретения. Полезные модели». Бюл. № 35 // Композиция для покрытия способом автофореза / Беспалова Ж.И., Мирошниченко Л.Г., Пятерко И.А., Ловпаче Ю.А., Клушин В.А.

7. Пат. 2298572 РФ, МПК C09D 127/18, C09D 5/08, C09D 127/00, Заявл. 14.03.2006; опубл. 10.05.2007«Изобретения. Полезные модели». Бюл. № 13 // Композиция для получения покрытий способом автофореза / Беспалова Ж.И., Ельчанинов М.М., Мирошниченко Л.Г., Ачкасова А.А., Пятерко И.А., Клушин В.А.

8. Пат. 2357989 РФ, МПК C09D 5/25, C09D 195/00, C09D 127/18, H01B 3/18, Заявл. 13.02.2008; опубл. 13.02.2008 «Изобретения. Полезные модели». Бюл. № 16 // Композиция для получения электроизоляционного покрытия / Беспалова Ж.И., Мамаев С.А., Мамаева В.Н., Коломиец В.В., Клушин В.А.

9. Беспалова, Ж.И. Получение композиционных покрытий на основе оксидов металлов, электроосажденных из водных растворов их солей /  Ж.И. Беспалова, И.В. Смирницкая, В.А. Клушин, И.А. Пятерко,  Ю.Д. Кудрявцев // Электрохимия и экология : материалы Всерос. конф. / ЮРГТУ (НПИ). – Новочеркасск, 2008. – 17-20 сент. – С. 28.

10. Беспалова, Ж.И. Исследование свойств композиционных покрытий на основе оксидов металлов, электроосажденных из водных растворов их солей / Ж.И. Беспалова, И.В. Смирницкая, В.А. Клушин, Ю.Д. Кудрявцев // Композиционные материалы в промышленности: материалы двадцать седьмой Междунар. конф., г. Ялта.– Киев, 2007.– 28 мая-1 июня.– С. 331-334.

11. Беспалова, Ж.И. Автофоретическое осаждение защитных покрытий на стали из фторсодержащей дисперсии / Ж.И. Беспалова, М.М. Ельчанинов, В.А. Клушин, И.В. Смирницкая // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование: сб. тр. Пятой междунар. науч.-практ.конф./С.-Петерб.гос. политехн.ун-т. – Санкт-Петербург, 2008. – 28-30 апр. – Т.12.- С. 155-156.

12. Беспалова, Ж.И. Получение композиционных покрытий на основе оксидов металлов, электроосаждённых из водных растворов их солей с использованием переменного асимметричного тока / Ж.И. Беспалова, И.В. Смирницкая, В.А Клушин, Ю.Д. Кудрявцев // Четвёртая Всероссийская конференция (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнология».– Санкт-Петербург – Хилово, 2009. –28 сен. – 04 окт. – 399 с.

13. Беспалова, Ж.И. Наноструктурированные материалы как селективные покрытия / Ж.И. Беспалова, В.А. Клушин,  Ю.Д. Кудрявцев // Деформация и разрушение материалов и наноматериалов: материалы Третьей международной конференции. – Москва, 2009. – 12-15 окт.  – Т. 1. – С. 442-443.

14. Беспалова, Ж.И. Получение оптически черных и селективных покрытий с использованием переменного асимметричного тока / Ж.И. Беспалова, В.А Клушин, И.А. Пятерко, Ю.Д. Кудрявцев // НАНО - 2009 : тезисы докладов третьей Всероссийской конференции по наноматериалам, г. Екатеринбург: Уральское изд-во, 2009. – 20-24 апр. – С.816.

 15. Беспалова, Ж.И. Изучение механизма формирования оксидов никеля и меди, электроосажденных из водных растворов их солей на поверхности стали / Ж.И. Беспалова, Ю.А. Ловпаче, И.В. Смирницкая, И.А. Пятерко, Ю.Д. Кудрявцев, В.А Клушин // Научно-педагогические школы ЮРГТУ (НПИ): История. Достижения. Вклад в отечественную науку : сборник научных статей. – Новочеркасск : ЮРГТУ (НПИ), 2007. – Т. 2. – С. 190-193.

16. Беспалова, Ж.И. Исследование автофоретического способа формирования защитного композиционного покрытия на поверхности стали / Ж.И. Беспалова, Л.Г. Мирошниченко, И.А. Пятерко, Ю.А. Ловпаче, В.А Клушин // Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении : сборник материалов II Всероссийской научно-практичерской конференции / Пензен. гос. ун-т. - Пенза, 2005. - С. 47-50.

Автор выражает глубокую благодарность к.х.н. Беспаловой Жанне Ивановне доценту кафедры ХТВМСОФКХ за консультации при обсуждении результатов исследований и Дьячишину Анатолию Сильвестровичу начальнику сектора ОАО «ВПК «НПО Машиностроения»» за помощь в проведении анализов по определению оптических свойств покрытий.

Клушин Виктор Александрович

ПОЛУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКИ СЕЛЕКТИВНЫХ И

ЧЁРНЫХ ОКСИДНЫХ ПЛЁНОК НА АЛЮМИНИИ И

ЕГО СПЛАВАХ ПРИ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПЕРЕМЕНЫМ

АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ

Автореферат

Подписано в печать 26.01.2011.

Формат 6084 1/16 Бумага офсетная. Печать цифровая.

Усл. Печ. л. 1. Уч.-изд.л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ 48-1899.

Отпечатано в ИД «Политехник»

346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

тел., факс (863-5)25-53-03



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.