Строительные исследования

назад    Оглавление    вперед

страница - 0

СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АНОДНЫХ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК, ФОРМИРУЕМЫХ НА СПЛАВАХ АЛЮМИНИЯ И ТИТАНА

Федорова Е. А.(rbc@adm.nntu. sci-nnov.ru) Нижегородский государственный технический университет

Анодным оксидным пленкам (АОП), формируемым на алюминии, титане и сплавах на их основе в процессах оксидирования и электрохимической полировки, придается большое практическое значение [1-7].

В производстве изделий радиоизмерительной аппаратуры (РИА) начинает применяться новый принцип построения изделий - создание приборов с магистрально-модульной архитектурой. При этом в едином базовом блоке размещается произвольный набор сменных модулей, каждый из которых является самостоятельным измерительным прибором. В связи с этим к наружным поверхностям базовой несущей конструкции (БНК) каждого модуля предъявляются требования как декоративного вида, так и заданных электропроводящих или электроизоляционных свойств. Материалом деталей БНК являются в основном алюминиевые сплавы марок А5Н, АМг, АМц и Д16. Актуальной является разработка технологий нанесения токопроводящих или электроизоляционных (в зависимости от требований к БНК) пленок с защитно-декоративными свойствами на листовые детали из алюминиевых сплавов.

Ведутся исследования и разработка конденсаторов и емкостных элементов микромодулей и пленочных схем, в которых оксидные пленки на алюминиевых и титановых сплавах используются как диэлектрики, расположенные непосредственно между двумя металлическими электродами.

Формирование оксидных слоев на титановых сплавах, обладающих высокой эрозионной и коррозионной стойкостью, находит все более широкое применение в различных отраслях производства (авиа-, приборостроение и др.) в качестве предварительных операций перед нанесением защитных покрытий. Например, перспективной является анодная подготовка поверхности титановых сплавов перед напылением слоя нитрида титана на лопатки газотурбинных двигателей [5-7]. Определяющим при этом является обеспечение ряда функциональных характеристик поверхности сплавов: сглаживание поверхности лопаток, отсутствие микронапряжений и т. п., а также состояние поверхностных слоев, определяющее эксплуатационные характеристики изделия в целом. Предпочтение отдается титановым сплавам, содержащим легирующие примеси Al, V, Mo: ВТ6, ВТ8, ВТ16.

Изучению свойств АОП на технически чистых алюминии и титане посвящена довольно обширная литература [1 -4], исследования же свойств оксидных пленок на их сплавах до настоящего времени малочисленны [8,9].

В данной работе с привлечением комплекса независимых методов исследовано состояние поверхности алюминиевых и титановых сплавов с различной степенью легирования и изучены свойства АОП, формируемых на сплавах при их анодной обработке в электролитах оксидирования и электрополировки.

Материалы и методика эксперимента

В качестве объектов исследования взяты алюминиевые и титановые сплавы с различной степенью легирования (табл.1).

Анодная обработка алюминиевых сплавов проводилась в электролитах составов: фосфорнокислом (ФК) - 14 М Н3РО4, фосфорно-сернокислом (ФСК) - 0,5 М Н2БО4, 14 М Н3РО4 при 290 К и 343К и фосфорно-глицериново-сернокислом (ФГСК) 0,5 М Н2БО4, 14 М Н3РО4, 1,2 М С3Н8О3 с добавками адамантана (Ад 1-3 г/л), ремантадина (Re - 3-5 г/л) и без добавок при 343 К;

---

Для титановых сплавов: сернокислом (СК) - 11 М Н2SО4; плавиково-сернокислый (ПСК) - 12 М HF, 11М Н2SО4; плавиково-глицериново-сернокислый (ПГСК) - 12 М HF, 11 М Н2SО4; 1,2 М C3Н8О3 с добавками ремантадина (Re - 3-5 г/л), гексаметилентетрамина (Ге-3-5 г/л) и без добавок при 290 К;

Выбор составов растворов и добавок продиктован относительной анодной устойчивостью исследуемых сплавов в данных средах и их практической целесообразностью [7,8].

Используя потенциостат ПИ-50-1 и самописец ЛКД-4 снимали потенциостатические анодные ]а, Е- кривые и вольтамперометрические при скоростях развертки потенциала Vj, (В-с-1): 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2. Плотность анодного тока ()а) рассчитана на рабочую поверхность электродов; потенциалы указаны относительно нормального водородного электрода (н.в.э.).

Элементный состав поверхности исходных и отполированных образцов определяли на растровом электронном микроскопе SEM-51 5 (Philihs, Нидерланды) с энергодисперсионным детектором EDAX-9900 (EDAX, США). Элементный состав поверхности полученных пленок исследовали с помощью электронного рентгеноспектрального анализатора JXA-5A. Рентгеноструктурный анализ фазового состава поверхностных АОП проводили на дифрактометре «Дрон-3М» в Cu-Ka -излучении.

Результаты и обсуждение

Состояние поверхности алюминиевых и титановых сплавов, аноднообработанных в

электролитах полировки

Для анодов, обладающих поверхностными оксидными слоями, таких как, титан и алюминий, наличие незначительного количества легирующих примесей сильно изменяет электрофизические свойства материала электрода и соответственно скорость протекания электрохимических реакций. Особенности электрохимического поведения таких материалов в растворах электролитов обусловлены их зонной структурой.

Как показали результаты электронно-зондового микроанализа (табл.1), элементный состав поверхностных слоев сплавов после анодной обработки в ФСК (для алюминиевых сплавов) и ПСК (для титановых сплавов) электролитах отличался от исходного. В поверхностном слое алюминиевых сплавов АМг и АМц после их электрохимической обработки наблюдалось уменьшение содержания легирующих компонентов Mg и Mn.. Наиболее резкое селективное вытравливание легирующих компонентов Cu и Mn по сравнению с алюминиевой основой наблюдалось в сплаве Д16.

Легирующие элементы, входящие в состав титановых сплавов ВТ6, ВТ8, ВТ16, регистрируемые в поверхностном слое толщиной до 1 ,5 мкм (табл.1 ), образуют с титаном интерметаллидные соединения, ограниченно растворимые в а- и в-фазах сплавов и повышающие гетерогенность и электрохимическую неоднородность поверхности сплавов в ряду: ВТ1-0 > ВТ6 > ВТ8 > ВТ16. В этом же ряду наблюдалось ухудшение качества анодной обработки сплавов.

На анодных потенциостатических кривых (рис. 1 , 2), полученных на алюминиевых АД0, АМг и Д16 в ФСК (рис.1) и титановых электродах ВТ1-0, ВТ6 и ВТ16 в ПСК электролитах (рис.2) после резкого подъема тока наблюдалось замедление процесса активного растворения в широком интервале потенциалов 2,0 < E < 8,5 В. При Е > 8,5 В сплавы переходили в транспассивное состояние.

Наличие легирующих компонентов в составе сплавов АМг и Д1 6 по сравнению с техническим алюминием АД0 приводило к изменениям хода ]а, Е-кривых (рис.1): происходило снижение токов в областях предельного тока и выделения кислорода.

---

Таблица 1

Элементный состав поверхностного слоя ( < 1 мкм) алюминиевых и титановых сплавов (% мас.) по результатам электронно-зондового микроанализа

Марка сплава	Легирующие компоненты и примеси, % мас.
	Mg	Mn	Cu	Si	Fe	Ti	Al	Mo	V
1	2	3	5	6	7	8	9	10	11
А6Н*	-	-	-	<0,2	0,25	<0,2	>99,3	-	-
А6Н**	-	-	-	<0,2	0,25	<0,2	>99,3	-	-
АМг*	0,97	<0,2	<0,2	<0,2	0,37	<0,2	>97,6	-	-
АМг**	0,89	<0,2	<0,2	<0,2	0,26	<0,2	>97,9	-	-
АМц*	0,89	1,03	<0,2	<0,2	0,38	<0,2	>96,9	-	-
АМц**	0,70	0,20	<0,2	<0,2	0,38	<0,2	>97,9	-	-
Д16*	1,47	0,52	3,69	<0,2	0,35	<0,2	>93,4	-	-
Д16**	1,00	<0,2	<0,2	<0,2	0,26	<0,2	>97,7	-	-
ВТ1-0*	-	-	-	0,08	0,2	>99,7	-	-	-
ВТ1-0***	-	-	-	0,08	0,2	>99,7	-	-	-
ВТ6*	-	-	<0,2	0,2	0,2	>89	6,26	-	3,9
ВТ6***	-	-	<0,2	0,2	0,2	>88	6,8	-	4,0*4,2
ВТ16*	-	-	0,2	0,2	0,25	>86,5	3.4	5,0*5,1	3,9*4,0
ВТ16***	-	-	0,2	0,2	0,3	>86,2	3.15	5,2*5,4	3,8*4,2

* - исходный образец, ** - аноднообработанный в СФК электролите, *** -аноднообработанный в ПСК электролите.

Аналогично изменялись ]а, Е-зависимости и на титановых сплавах (рис.2). В присутствии легирующих присадок алюминия и ванадия в титановом сплаве ВТ 6, качественный ход ]а, Е-кривой менялся незначительно, но отмечалось снижение токов в областях оксидообразования и перепассивации. Наличие легирующих компонентов Al, V и Мо в титановом сплаве ВТ1 6 привело к существенному изменению хода потенциостатической кривой (рис.2): участок подъема тока наблюдался значительно раньше при Е=0,6-0,65 В, не достигая величин токов активного растворения "чистого" титана, и затем электрод переходил в пассивное состояние вплоть до значений потенциала 9,0-9,5 В. На его поверхности визуально наблюдалось появление пленки фиолетового цвета.

Форма анодных вольтамперометрических кривых, полученных на алюминиевых (рис.3) и титановых (рис.4) сплавах с различной степенью легирования при различных скоростях развертки потенциала Vp в значительной степени определялась степенью легирования сплава, а также составом электролита и величиной анодной поляризации (ra).

Ход вольтамперометрических кривых на алюминиевых сплавах сопровождался наличием нескольких пиков тока, сохраняющихся при анодном растворении разных марок алюминиевых сплавов в различных электролитах (рис.3 а, б). Это позволяет утверждать о стадийном растворении алюминия в исследуемых средах с образованием суб-ионов и

содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2]