Композиционные политетрафторэтилен-оксидные покрытия, сформированные методом плазменно-электролитического оксидирования на алюминии и титане

• Автор: Ваганов-Вилькинс, Артур Арнольдович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Содержание
Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1 Л. Метод плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО)

1.2. Формирование композиционных покрытий традиционным анодированием в электролитах, содержащих полимеры

1.3. Получение композиционных покрытий с применением метода ПЭО..

1.3.1. Формирование композиционных покрытий в электролитах суспензиях

1.3.2. Формирование композиционных покрытий в электролитах суспензиях-эмульсиях

1.3.3. Получение композиционных покрытий сочетанием методов ПЭО и электротрибологического нанесения полимера

1.3.4. Получение композиционных покрытий пропиткой ПЭО-слоев

1.3.5. Постановка задач исследований
ГЛАВА 2. Материалы и методы
2.1. Приготовление водных электролитов и подготовка образцов из сплавов алюминия и титана. Характеристики реактивов
2.2. Установка для плазменно-электролитического оксидирования, условия формирования покрытий
2.3. Определение толщины покрытий
2.4. Определение краевого угла смачивания покрытий дистиллированной водой
2.5. Температурная обработка покрытий
2.6. Методы определения состава и строения покрытий
2.6.1. Рентгеноспектральный микрозондовый анализ
2.6.2. Рентгенофазовый анализ
2.6.3. Сканирующая электронная микроскопия
2.6.4. Рентгеноэлектронная спектроскопия
2.7. Определение шероховатости и износостойкости покрытий
2.8. Методика оценки противокоррозионных свойств покрытий
2.9. Оценка адгезии покрытий к металлу
2.10. Определение дзета-потенциала частиц в электролитах
2.11. Ошибки измерений
ГЛАВА 3. Композиционные политетрафторэтилен-оксидные покрытия на алюминии и титане, сформированные одностадийным методом плазменноэлектролитического оксидирования
3.1. Водный электролит суспензия-эмульсия с дисперсными частицами
политетрафторэтилена. Особенности приготовления
3.2. Закономерности формирования ПЭО покрытий на алюминии и титане в
водных электролитах, содержащих дисперсные частицы ПТФЭ и силоксан-
акрилатную эмульсию
3.2.1. Поисковые эксперименты по формированию композиционных покрытий
3.2.2. Влияние концентрации дисперсного порошка ПТФЭ в электролите на закономерности формирования покрытий
3.3. Состав и строение поверхности композиционных покрытий
3.4. Формы нахождения углерода на поверхности покрытий
3.5. Состав и строение покрытий по сечению
3.6. Адгезия композиционных покрытий к металлической основе
3.7. Износостойкость покрытий
3.8. Противокоррозионные свойства покрытий
3.9. Температурное поведение покрытий
ГЛАВА 4. Применение электролитов суспензий-эмульсий для введения в покрытия дисперсных частиц графита, ПС и АЬОз
4.1 Композиционные покрытия с графитом
4.2 Композиционные покрытия с ПС и АЬ
Выводы
Список литературы
Список сокращений и обозначений

Введение
Анодные оксидные покрытия, формируемые на вентильных металлах и сплавах в электролитах методом плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) находят применение как функциональные материалы, в том числе, для защиты изделий от коррозии и механического износа [1-4]. В этом методе применяют электрические разности потенциалов и электролиты, которые приводят к развитию ансамбля электрических искровых или дуговых разрядов в прианодной области. Повышенные плотности электрического тока в каналах электрических пробоев сопровождаются локальным испарением электролита, образованием и охлопыванием парогазовых пузырей, осаждением на поверхность и термолизом из-за повышенных температур электролитического осадка. Такие условия обработки позволяют вовлекать в процесс формирования анодного оксидного слоя компоненты электролита, преимущественно отрицательно заряженные, что даёт возможность формировать многокомпонентные поверхностные структуры. С технологической точки зрения к положительным особенностям метода можно отнести следующее: формирование покрытий проводят при температуре раствора не более 100°С; метод позволяет обрабатывать высоко профильные изделия; хорошую адгезию между металлической основой и нанесенным покрытием; относительную простоту технологического оборудования и короткое время обработки (не более нескольких часов, обычно минуты и десятки минут).
Особый интерес для получения функциональных покрытий на поверхности металлов представляет разработка способов формирования методом плазменно-электролитического оксидирования композиционных покрытий, в том числе полимер-оксидных композиций [4-9]. Нанесение полимеров на оксидные слои или введение полимеров в их состав позволяет заметно поднять уровень некоторых практически значимых свойств покрытий: гидрофобных; антифрикционных; износостойких; противокоррозионных; препятствующих солеотложению на поверхности [6-9].

1.3.2. Формирование композиционных покрытий в электролитах суспензиях-эмульсиях
В работе [23] для стабилизации дисперсных частиц ПТФЭ в водном щелочном электролите применили акрилатную эмульсию. В щелочной электролит 10 г/л Na2Si03 и 1 г/л NaOH добавляли акрилатную эмульсию (концентрация 35 весовых %) и дисперсные частицы ПТФЭ (концентрация 60 весовых %). Процесс приготовления электролита авторами не описан, размер дисперсных частиц ПТФЭ не указан. Согласно данным работы, акрилатная эмульсия не только улучшает стабильность электролита за счет повышения смачиваемости водой частиц ПТФЭ, но и улучшает электростатическое притяжение частиц к поверхности анода за счет увеличения их отрицательного заряда.
Плазменно-электролитическое оксидирование алюминия осуществляли при помощи биполярного импульсного источника тока в анодно-катодном режиме при плотности тока 4,5 А/дм2. Конечное напряжение на электродах было около 450 В. В процессе ПЭО температура электролита поддерживалась в пределах 25-30°С с помощью системы водяного охлаждения и перемешивания механической мешалкой. Покрытия формировали в течение 20 минут. После формирования покрытия промывали водой и сушили на воздухе.
На рисунке 1.13а показана морфология поверхности исходного покрытия и покрытия, сформированного в электролите с добавленными эмульсией и частицами ПТФЭ (рисунок 1.136).
Пористость композиционного покрытия с ПТФЭ меньше, чем исходного. Авторы отмечают, что данный факт косвенно указывает на встраивание частиц ПТФЭ, которые, по их мнению, закрывают поры в покрытии. По данным рентгенофотоэлектронной спектроскопии, на спектрах, полученных для композиционных покрытий с ПТФЭ, присутствуют пик FIs с энергией связи
690,0 эВ, соответствующий CF2 группе (рисунок 1.14). На основе этих дан-