Закономерности образования композиционных оксидных покрытий в растворах при прохождении токов большой плотности

• Автор: Бутягин, Павел Игоревич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 178 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВ А1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ

НАНЕСЕНИЯ ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ РАСТВОРОВ ПОД

ДЕЙСТВИЕМ МИКРОПЛАЗМЕННЫХ РАЗРЯДОВ

1.1. Формирование покрытий в режиме искрения

1.2. Теоретические модели искрового пробоя

1.3. Нестационарная диффузия в потенциостатических условиях

1 АОпределение параметров МДО по вольтамперным характеристикам

1.5.Микроплазменные системы, используемые для формирования термостойких и износостойких композиционных оксидных покрытий.

1.6. Морфология оксидных пленок, формируемых методом микродугового оксидирования

1.7. Структура и состав МДОпокрытий
ГЛАВА 2. МЕХАНИЗМ МИКРОПЛАЗМЕННОГО ПРОЦЕССА НА ГРАНИЦЕ МЕТАЛЛОКСИДРАСТВОР.
2.1. Введение
2.2. Термодинамическое состояние поверхности металла в растворе при прохождении тока. Причины возникновения микроплазменных
разрядов на поверхности металла.
2.2.1 .Термодинамический анализ.
2.2.2. Распределение кристаллов по размерам для стационарного процесса.
2.2.3. Определение размера критического кристалла
2.2.4.Влияние размеров кристаллов на изменение потенциала барьерного слоя
2.2.5.Причины образования локального микроплазменного
разряда
2.3. Модель образования композиционного оксидного покрытия в
микроплазменном режиме с учетом напряженности электрического поля.
2.3.1. Модель образования покрытия
2.3.1.1. Распределение кислорода в металле.
2.3.1.2. Распределение ионов в порах оксидного слоя и на границе раздела оксидраствор.
2.3.1.3.Распределение гидроксидионованионов и катионов в приэлектродном слое
2.3.1.4. Распределение оксидов металла в приэлектродном слое
2.3.2. Потоки гидроксидионов анионов, катионов
2.3.2.1. Анализ потоков катионов и гидроксидионованионов
ГЛАВА 3. АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ.
3.1. Аппаратура и приборы для определения вольтамперных характеристик, временных зависимостей активного и емкостного тока, поляризующего напряжения.
3.1.1. Трехэлектродная ячейка.
3.1.2. Информационноизмерительный комплекс
3.1.3. Работа информационноизмерительного комплекса
3.1.4. Корректность измерений параметров сильноточных импульсных процессов в растворах электролитов
3.1.5. Методика измерения токов.
3.1.6. Методика измерения напряжений.
3.2. Материалы и реактивы
3.3. Методики определения физикомеханических показателей оксидных покрытий
3.3.1. Методика измерения толщины покрытия.
3.3.2. Измерение коэффициента трения и скорости износа.
3.3.3. Методика измерения термостойкости композиционных оксидных покрытий
3.3.4. Методика измерения микротвсрдости покрытий
3.3.5.Мето дика проведения микрорентгеноспектрального анализа.
3.3.6. Определение ошибки измерения
ГЛАВА4.ЭКСГ1ЕРИМЕ1 ГГАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ.
4.1. Экспериментальные исследования начальной стадии микроплазменного процесса
4.1.1. Введение
4.1.2. Исследование влияния распределения кристаллов по размерам на токи электрорастворения.
4.2. Исследование скорости роста покрытия
4.3. Закономерности образования градиентного слоя
4.4. Выбор микроплазменной системы для создания композиционного оксидного покрытия
4.4.1. Выбор электролита для создания оксидного слоя, являющегося
переходным на границе раздела металлоксид
4.4.2. Компоненты, влияющие на микроплазменный процесс
4.4.3. Влияние оксидов металлов, в электролите на свойства МДОпокрытий
4.4.4. Влияние соединений переходных металлов в электролите на свойства М ДОпокрытий.
4.4.5. Влияние режима микроплазменного процесса на свойства МДОпокрытий.
4.5. Физикомеханические свойства композиционных оксидных покрытий.
4.5.1. Термостойкость композиционных оксидных покрытий
4.5.2.Износостойкость композиционных оксидных покрытий
ГЛАВА5. ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ
КОМПОЗИЦИОННЫХ ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ.
5.1. Параметры микроплазменных систем
5.2. Обработка образцов из сплава алюминия в импульсном потенциостатическом режиме
5.3. Поляризационные зависимости
ГЛАВА 6. МОРФОЛОГИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ОКСИДНЫХ
ПОКРЫТИЙ.
Заключение.
Выводы.
Список литературы


Они имеют также практическое значение при разработке технологического процесса, на основе выбранного электролита и режима обработки применение асимметричного, синусоидального, ступенчатого, трапециевидного напряжений, данные параметры могут быть использованы для расчета характеристик источников питания, используемых в технологических процессах. В шестой главе приведены результаты исследования морфологии полученных композиционных оксидных покрытий. Изучено влияние состава электролита на структуру покрытия, представлен их элементный состав. На основании полученных данных сделан вывод о возможности конструирования композиционных оксидных покрытий на вентильных металлах заданной структуры и состава. ГЛАВА1. Долгое время считалось, что покрытия, сформированные в режиме искрения, обладают более низкими защитными и диэлектрическим свойствами, чем традиционные анодные пленки. Поэтому анодирование, как правило, прекращали при напряжениях более низких, чем напряжение пробоя. Сравнительно недавно установлено, что длительный электролиз в условиях искрения приводит к образованию довольно толстых анодных покрытий, превосходящих по своим свойствам покрытия, полученные путем безыскрового оксидирования. Анализ анодноискровых покрытий показывает, что в них, наряду с оксидами металла подложки, в больших количествах содержатся атомы или группы атомов, входящие в состав электролита . При этом в толще аморфного оксида имеются участки застывшего расплава. Последнее свидетельствует о сильном тепловом воздействии электрического разряда на материал формирующегося оксида. Есть все основания предполагать, что эффективно анодноискровая формовка происходит лишь в том случае, если пробой является тепловым. Возникновению искровых разрядов предшествует процесс формирования беспористой пленки на поверхности металла, которая как известно 4 обладает ионной проводимостью, аморфной структурой и высоким электрическим сопротивлением. Пробой, как правило возникает в слабых местах, которые залечиваются в результате оплавления вещества пленки, его взаимодействия с электролитом, быстрого охлаждения расплава и образования утолщенного участка покрытия. Наряду с этим происходит термическая активация прилегающей к каналу пробоя области, что способствует ускоренному росту анодной пленки. Очередной пробой реализуется в другом слабом месте покрытия, что приводит, таким образом, к случайному рапределнию искр по поверхности электролита 5,6. При дальнейшем повышении напряжения число разрядов, приходящихся на единицу поверхности, увеличивается. Появляются группы искр, быстро перемещающихся по поверхности анода. Следующая стадия процесса характеризуется появлением устойчивых дуг, при большой интенсивности которых происходит разрушение покрытия и в некоторых случаях подложки. Характер изменения напряжения при гальваностатическом режиме электролиза показан на рис. Рис. Изменение напряжения при гальваностатическом режиме электролиза. На коротком переходном участке от до 0 В возникают отдельные искровые пробои при дальнейшем увеличении напряжения искрение становится устойчивым, число искр уменьшается и одновременно возрастает их мощность. Формовка анодноискровых покрытий возможна вплоть до 0 В. При более высоком напряжении появляются дуги, прожигающие пленку на всю глубину и ведущие к разрушению электрода
Вольтамперная характеристика анодноискрового процесса представлена на рис. Первому максимуму на 1 кривой соответствует начало пассивации ранее анодно растворяющегося металла. В дальнейшем образуется барьерная пленка область АГА2 на рисунке, после чего происходит обычное доискровое анодирование А2Аз. Область напряжений А3А4 соответствует анодноискровому процессу. При напряжениях выше А4 продолжается рост покрытий, однако качество их в результате мощных искроцых пробоев и возникновения пор ухудшается. Далее следует область дугового разряда, приводящего к разрушению осадков. Авторами работы 9 сделано предположение, что в основе механизма разрушения покрытия в дуге лежат по меньшей мере два явления возникновение напряженного состояния в системе металлпокрытие, обусловленное разницей термических коэффициентов линейного расширения, соотношением модулей упругостей и сдвига, а также эрозия материала пленки под действием дуги.