Механизм протекания процесса микродугового оксидирования алюминиевых сплавов и управление этим процессом

• Автор: Баутин, Василий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

Часть I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Глава 1. Модельные представления о механизме образования микроплазменных разрядов при протекании процесса МДО металлических материалов.

1.1. Электрический пробой оксидного покрытия ударная ионизация.

1.2. Модель ион индуцированного пробоя

1.3. Электронный пробой оксидных покрытий при наличии в них примесных центров.

1.4. Тепловой пробой оксидных пленок

1.5. Протекание микроразрядов вследствие пробоя поверхностной части оксидной пленки области пространственного заряда

1.6. Пробой р п перехода, формирующегося внутри оксидной пленки

1.7. Модель возникновения микроплазменных разрядов вследствие пробоя газовых пузырей или парогазовой пленки.

1.8. Характеристика микроразрядов.

Глава 2. Механизмы роста оксиднокерамических покрытий и переходного слоя, формирующегося на металлической поверхности, при протекании процесса МДО.
2.1. Механизмы роста оксиднокерамических покрытий на электродах при горении на них микроплазменных разрядов.
2.2. Механизм формирования переходного слоя между оксидно керамическим покрытием и металлической основой
Заключение по литературному обзору
Часть II. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.
1. Характеристика образцов
2. Экспериментальная установка
3. Электрические режимы при получении покрытий методом МДО
4. Экспериментальное определение оптимальных составов электролитов
5. Определение толщин оксидно керамических покрытий
6. Методика исследования морфологии слоев оксидно керамических
покрытий
7. Методика исследования свойств оксидно керамических
покрытий
7. 1. Измерение микротвердости покрытия
7. 2. Измерение износостойкости покрытия.
7. 3. Определение открытой пористости покрытия.
8. Методика испытаний коррозионной стойкости систем сплав
покрытие
9. Методика определения фазового состава покрытия
. Измерение электрической прочности оксидно керамических покрытий со сквозными порами, заполненными воздухом или парогазовой фазой.
. Технологические приемы управления процессом МДО
Часть III. РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
Глава 3. Кинетические особенности роста оксидно керамических покрытий при МДО алюминиевых сплавов в различных электролитах
при стабилизированном напряжении в анодный полупериод протекания
тока илсг.
3.1. Четыре стадии МДО алюминиевых сплавов.
3. 2. Влияние ЫаА2 и Ыа2БЮ3, введенных в электролит, на кинетику
МДО алюминиевых сплавов на различных стадиях этого процесса
3. 3. Зависимость расхода электроэнергии при получении покрытий одной толщины от скорости их роста при МДО алюминиевого сплава в разных электролитах.
Глава 4. Фазовый состав, пористость оксидно керамических покрытий и их свойства
4.1. Изменение фазового состава и микротвердости по толщине оксидно керамических покрытий, полученных на сплаве АД из разных электролитов при различных экспозициях
4.2. Износостойкость оксидно керамических покрытий, нанесенных методом МДО на алюминиевый сплав
4.3. Открытая пористость оксидно керамических покрытий, полученных при МДО сплава АД при истЛ0 В в различных электролитах.
4.4. Коррозионное поведение алюминиевых сплавов без и с оксидно керамическими покрытиями .
4. 5. Электрическая прочность оксидно керамических покрытий с порами, заполненным воздухом, и на завершающей стадии
процесса МДО алюминиевых сплавов
Глава 5. Новые модельные представления о механизме роста оксидно
керамических покрытий при МДО алюминиевых сплавов
Глава 6. Управление МДО образцов сложной геометрической формы из алюминиевых сплавов
6.1. Получение толстых 0 мкм оксидно керамических покрытий за счет изменения электрического режима при проведении процесса МДО.
6.2. Влияние предварительного диэлектрического покрытия на снижение первоначально задаваемой мощности
6.3. Применение дополнительных противоэлектродов и экранов.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


При больших напряженностях поля возможна ионизация этих центров и, в соответствии с механизмом Френкеля и Пула, происходит перенос их внешних электронов в зону проводимости. Ускоряясь под действием поля, электроны приобретают энергию достаточную для того, чтобы вызвать ударную ионизацию и появление электронных лавин, которые при относительно больших напряженностях поля являются причиной пробоя. Графически модель лавинного пробоя представлена на рис. В этом случае рис. Р2. Точками в зоне проводимости изображены акты ударной ионизации, приводящие к размножению электронов . В 1 при помощи методов ядерного микроанализа и электроннолюминисцентной микроскопии было установлено, что после анодирования металлов в растворах силиката натрия в пленке находится значительная концентрация кремния, т. При этом было установлено, что чем больше напряжение анодирования, тем больше кремния в покрытии. По мнению авторов , анионы 5Юз выступают в качестве донорных уровней в запрещенной зоне оксида. Аналогично ведут себя и анионы фосфорной кислоты, которые внедряются в анодную пленку при анодировании металлов в этой кислоте. Рис. Зонная диаграмма процесса анодирования Та в Н3РО4, иллюстрирующая появление примесного уровня А, который является источником первичных электронов . Тепловой пробой оксидных пленок. Термический эффект заключается в том, что вследствие джоулева тепловыделения в локальных объемах пленки выделяется значительное количество тепла, приводящее к генерации носителей тока , , . В приведены результаты, указывающие на влияние термического разогрева на последующий пробой диэлектрической пленки. В установлена независимость напряжения искрения от плотности тока и от прерывания процесса анодирования, что исключает выделение джоулева тепла как причину пробоя. Как бы то ни было, оба явления электрического и термического эффекта имеют место , . В указано, что тепловыделение пропорциональное протекающему току, увеличивает электрическую проводимость и в итоге приводит к термическому пробою, т. Авторы , утверждают, что реакции разложения оксида с образованием атомов и катионов алюминия предшествуют нагреванию и увеличивают проводимость участка пленки вплоть до пробоя. Аналогичные процессы имеют место при пробое ряда других твердых диэлектриков. Начало пробоя обычно включает радиальный рост области повышенной проводимости около 5 мкм до диаметра канала пробоя, который определяется выделяющейся энергией. Канал пробоя обычно гораздо больше, чем канал проводимости, образующийся на первой стадии формирования пробоя т. Протекание микроразрядов вследствие пробоя поверхностной части оксидной пленки области пространственного заряда. Авторы считают, что состояние системы металл диэлектрик электролит при анодной поляризации титана, в которой электролит выполняет роль жидкого контакта, можно представить в виде схемы уровней энергии рис. Если на границе раздела металл пленка полупроводник обогащен основными носителями, то на границе раздела пленка электролит образуется зона полупроводника, обедненная основными носителями область пространственного заряда ОПЗ. Гк величина контактной разности потенциалов и полярность приложенного напряжения. При анодной поляризации в приповерхностной области пленки образуется слой пониженной проводимости, на которой будет осуществляться основное падение напряжения, приложенное к системе металл диэлектрик электролит. Толщина области пространственного заряда большинства полупроводников не превышает тысячных долей сантиметра, поэтому напряженность поля пробоя в ОПЗ достигает критических пробойных значений 9 Вм. Если ионный ток через рассматриваемую систему мал, то мала . В этом случае, как считают авторы , реализуются необходимые условия для осуществления микроплазменных пробоев, глубина проникновения которых была ограничена областью пространственного заряда полупроводника. Мощный ионный ток в каналах микроплазменных пробоев
Рис. Зависимость напряженности поля в пленке от толщины формируемого покрытия а и энергетическая схема МДО системы при Ь анодной поляризации металла б .