<<
>>

Механизм химико-механического синтеза на границе «металл-покрытие»

Образование оксидной пленки на примере алюминия и его сплавов является результатом взаимодействия между металлом и оксидирующим раствором. Образованию оксидной пленки предшествует снятие естественной оксидной пленки и загрязнений поверхности за счет динамических нагрузок и относительного скольжения между обрабатываемой поверхностью и рабочей средой.

Одновременно происходит разрушение поверхностного слоя металла на микро/наноуровне и активация ионов раствора.

Первоначальный контакт среды происходит по вершинам микронеровностей поверхности, на которых адсорбируются ионы гидроксила (OH^). Активный алюминий вступает в химическое взаимодействие с ионами гидроксила с образованием гидрооксида алюминия по реакции.

2Al3+ + 6OH-→2A((OH)3+3H2↑. (3.38)

Эта реакция происходит на поверхности раздела между раствором и металлом и сопровождается выделением тепла 95 ккал/моль, которое отводится движущейся средой.

В данном случае мы рассматриваем явление химической адсорбции, т.е. хемосорбции, когда адсорбируемые ионы вступают с поверхностными атомами металла в химическое взаимодействие, изменяя структуру и химические свойства этих частиц.

Химическая адсорбция на поверхности деформированного металла протекает на порядок выше, чем на поверхностях, находящихся в равновесном состоянии.

Так как рост оксидной пленки возможен только при доступе оксидирующего раствора к поверхности металла, то наличие в покрытии пор имеет решающее значение. Поры образуются в покрытии в результате растворения оксидной пленки присутствующими в оксидируюшем растворе ионами (SiFβ^^).

В результате динамического воздействия и перемещения рабочей среды происходит подача свежего оксидирующего раствора к поверхности металла и отвод отработавшего, ослабленного после реакции.

В процессе роста покрытия поры могут расширяться, сужаться, менять направление или выходить на поверхность. Под влиянием рабочего раствора, режимов обработки (времени, температуры) и других факторов поры могут закрываться. Это связано с тем, что стенки поры, как и поверхность ячейки, подвержены растворению. На рис. 3.26, а показана поверхность покрытия с пятью порами.

Изменения, происходящие в процессе формирования ячейки, также вызывают интерес, поскольку нет достоверных данных о параметрах и форме. Учитывая возможности современного оборудования, можно, не разрушая поверхность ячейки, определить ее толщину и количество слоев, из которой она состоит. На (рис.3.26, б) видна толщина ячейки ≈ 600 нм и четко просматриваются отдельные слои Al(OH)3 (показано стрелкой) толщиной ≈ 40 нм, количеством 10.

122

Рис. 3.26. Морфологии гидрооксида алюминия А1(ОН)з: а- поры сплав АЛ9; б- послойное изображение морфологии гидрооксида алюминия А1(ОН)з (сплав АЛ9, под углом 30°, масштаб 200 нм)

Для определения элементного состава поверхностного слоя покрытия и его распределения на поверхности образца был использован сканируюший зондовый микроскоп. В качестве образцов использовали сплав АЛ9 размером 10х10 мм, покрытие наносили в течение 20 мин.

123

Рис. 3.27. Электронное изображение

Рис. 3.28. Спектр поверхности покрытия после 20 мин обработки: а - электронное изображение покрытия; б - спектр распределения брома Br; в - спектр распределения хрома Cr; г - спектр распределения кремния Si; д - спектр распределения алюминия Al

На электронном изображении (рис. 3,27) отчетливо видны последствия завершения образования ВиХМОП, видны ячейки гидрооксида алюминия и промежутки между ними. Также оставлен участок без покрытия для сравнения и контрастности. Спектральный анализ показал, что поверхность оксидного покрытия включает в себя элементы, находящиеся в растворе и в составе сплава алюминия. Так, на (рис. 3.28, а) видно, что бром равномерно распределён на поверхности образца. Концентрация хрома в основном присутствует в составе

ячейки оксидной пленки (рис. 3.28, б) (выбеленный участок). Кремний присутствует в основном металле (рис. 3.28, в), распределен равномерно, однако на непокрытом участке поверхности его концентрация значительно выше. Алюминий распределен на поверхности образца таким образом, что его концентрация выше в промежутках между ячейками гидрооксида алюминия (рис. 3.28, г).

Анализируя полученные результаты спектрального анализа, можно заключить, что 100% поверхности образца занимает гидрооксидная пленка. На непокрытом участке преобладает кремний и алюминий, входящий в состав сплава АЛ9. Также можно констатировать, что концентрация алюминия выше в промежутках между ячейками на 5%, следовательно, в этих местах толщина покрытия будет меньше. Ширина промежутков между ячейками проверена в предыдущих разделах и составляет 50-100 нм. Поэтому для улучшения качества оксидной пленки в некоторых случаях применяют пассивацию (танином).

3.9.

<< | >>
Источник: ИВАНОВ Владимир Витальевич. ПРОЦЕССЫ И МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ВЫСОКОРЕСУРСНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПУТЕМ ВИБРАЦИОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ростов-на-Дону 2017. 2017

Скачать оригинал источника

Еще по теме Механизм химико-механического синтеза на границе «металл-покрытие»:

  1. З.1. Методология подбора и разработки новых составов СОЖ
  2. 7.1 Солнце
  3. КАК МОЛОДЫ МЫ БЫЛИ, КАК ИСКРЕННЕ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ЛЮБИЛИ...
  4. Механизм химико-механического синтеза на границе «металл-покрытие»
  5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  6. Список цитируемой литературы