Введение к работе
Актуальность тега. Алюминии и его сплавь-, обладающие ценными технологическими я эксплуатационными качествами, занимают особое место среди применяемых з промышленности материалов. По масштабам использования среди других металлов алюминии стоит на Етором месте после железа и существенно опережает его по темпам роста мирового производства, которое удваивается каждые десять лег. Еще в начале века алюминий был большой редкостью, ценился дороке золота и применялся для изготовления предметов роскоши.
Разработка промышленного способа получения алюминия методом электролиза резко изменила области его применения. Алюминий и. его сплавы'-'в кастсяшзе время широко используются в авиации, ядерной физике, космической технике, радиоэлектронике., машиностроении, судостроении, автомобилестроении, строительстве, при изготовлении товаров народного потребления.
Одним из путей расширения областей применения алюминия и его
сплавов является кодификация поверхностного слоя путем нанесения
гальванических покрытий. Это обеспечивает повышенную твердость,
светопоглещающую способность, электрехроматизм и другие функцио
нальные свойства. .
Нанесение гальванических покрытий на алюминий ч его сплавы требует специальной подготовки поверхности, методы которой - многочисленны и разнообразны. Анализ литературных данных.м наш опыт работы позволяет заключить, что наиболее перспективный способ, обеспечивающий надежную адгезию покрытия и основы, - что анодное. оксидирование.
Оксид алюминия, полученный в процессе анодирования отличается от различных модификаций корунда по составу н структуре. При-оода анодного оксида алюминия(АОА) в значительней степени определяется составом электролита; иг которого его'получают и режимом электролиза. Е процессе анодирования происходит включение з оксид інионов электролита, которые получили название "структурные анио-ш". Указанные анионы играют существенную роль в обеспечении на-іеяаюй адгезии гальванического покрытия с основой. Поэтому исслп-' іования роли состава и структуры АСА в процессе осаждения'гальва-шческих покрытий являются актуальными.
Целью работы является:1)исследование нлияния структуры и со-:таза АОА на процесс осаждения меди из различных комплексных зле-:тролитов; 2)выяснение преимущества анодирования в фосфорной кие-юте, обеспечивающего надежную адгезию гальванопокрытия с основой.
Научная новизна работы состоит в том, что:
-
Впервые исследовано метолами ИК-спектроокопин отражения и гравиметрия селективное растворение пористых АОА в фосфатно-хро-матной смеси кислот и этилендиаминтетрауксусной кислоте. Установлено содержание воды и структурных анионов в оксидах, сформированных в различных растворах (серной, фосфорной, хромовой, щавелевой кислот и карбоната натрия). Показано, что независимо от природа электролита, сначало возникает безанчонкач часть, а затем в процессе окисления формируется анионсодержащин пористый cj;oh. состав' и структура которого определяется природой электролита анодирования. Анодирование в серией или фосфорной кислоте способствует формированию аниорісодєржащей части аморфного вида.
-
Изучены кинетические закономерности злектроосаждения меди кз'электролитов ка основе пирофосфатных комплексов. медіцІІ) на анодно-окисленнуа апшинпевум поверхность. Установлено влияние продолжительности анодирования в серной кислоте на характер поляризационных кривых и его отсутствие при формировании оксида в фосфорной кислоте. Показано, что разряд пирофосфатных комплексов
.меди(ІІ) на анодне-окислешюи алюминиевом электроде протекает с диффузионным контролем. При этом коэффициенты диффузии практически не гависят от природы анодного оксида. Впервые предложено использовать метод катодных поляризационных кривых для исследования и оценки состояния акодно-окисленных поверхностей алюминий и его сплавов, различающихся составом и структурой.
3. Исследовано совкесгвное влияние S042" и Р043" - ионов на
поведение АОА в растзоре пирофосфатных комплексов меди (II) при
катодной поляризации алюминиевого электрода. Экспериментально
найдена минимальная концентрация Фосфорной кислоты, необходимая
дли формирования з смеси сорной и фосфорной кислот анодно-окис-
.ленной поверхности, которая по составу и структуре аналогична полученной в Фосфорной кислоте. Определено соотношение концентраций указанных кислэт.
-
Разработана квантовохнмическая модель, позволившая объяснить адгезию мзда к. пористой часта АОА. Повышение адгезии медного покрытая к основе обусловлено присутствием в АОА протонированцых форм фосфат-ионов в качестве структурных анионов.
-
Изучен процесс образования на алюминиевой поверхности, йноднй-окисленной в фосфорной кислоте, новей фазы меда и ее эео-лоция при электроосаждении. Методом электронной микроскопии иока-
'1
запа зависимость данного процесса от природ» разряжающихся па электроде (акво-. шрофосфатных. сульфосалицилатных. этилендиами-новых) комплексов меди(II). Определена связь между природой коми-1 лексов меди(II) !! величиной адгезии покрытия к основе.
Практическая значимость работы заключается в следующем: 1. Полученные результаты имеют практическую ценность при' подготовке повехности изделий из алюминия и его сплайОБ. выбора' режимов анодирования и составов электролитов. Анодирование в смеси кислот (фосфорной и серной) сокращает до минимума расход дефицитной и дорогостоящей фосфорной кислоты. Предложен метод оценки состояния поверхности алюминиевого электрода.
2 Дани рекомендации использования электролитов для нанесения гальванических покрытий на анодяо-окисленную алюминиевую поверхность.
-
Разработан и опробован простой и доступный метод количественного определения адгезии на изделиях сложного профиля, по которому режимы испытаний образцов приближены к условиям эксплуатации. Метод не требует специального оборудования,
-
Проведенные исследования позволили дать практические рекомендации по ЕЫбору способа подготовки поверхности, составов электролитов, режимов процессов а соответствии с. требованиями к функциональным покрытиям на изделиях из алюминия и.его сплавов и условиями их дальнейшей эксплуатации, которые обобщены в обзорах по анодированию (Москва, 1983) и нанесению гальванических покрытий (Москва. 1990).
Апробация работы. Основные результати и выводы. _изложенные в диссертации, были доложены на 15 конференциях и семинарах, в.том числе на IX Всесоюзной научно-технической конференции по электрохимической технологии Тальванотехника-87" (Казань. 1S37); научно-техническом семинаре "Прогрессивная технология и автоматизированное оборудование нанесения гальванических покрытий"' (Рига, 1983); I Всесоюзной конференции "Электрохимическая анодная обработка металлов" (Иваново, 1288); научно-технических конференциях' "Анодный оксид алюминия": "Анод-88" № "Анод-^О" (Казань,' 1980 и 1990); международном конгрессе "Защита-92" (Москва. 1992); международной научной конференции "Анодный оксид* алюминия "йнтера нод-93" (Казань, 1993); IV Всероссийской научной конференции "Физика .акислых пленок" (Петрозаводск, 1994).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы.
включая два обзора и авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения и списка литературы. Работа изложена на 183 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 18 таблиц и библиографию из 227 наименований.
