«Методы и технологии формирования межфазных границ и наноструктурных неметаллических полифункциональных покрытий»

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико-механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Лекция 2

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико-механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Исследование влияния режимов микроплазменного процесса (МПП), состава электролита на свойства покрытий необходимо для: 1) выявления факторов, влияющих на функциональные свойства покрытий (шероховатость, пористость, коррозионную стойкость); 2) обоснования выбора режимов и электролитов для получения покрытий заданного состава и заданных свойств.

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Таблица 1 Зависимость толщины, объёмной пористости, шероховатости сформированных покрытий от времени микроплазменного процесса ЭлектролитВремя МДО t, с Толщина H, мкм Объёмная пористость В % Шероховатость Ra, мкм 1.Na 2 HPO 4 12H 2 O ,7 Na 2 B 4 O 7 10H 2 O ,36 NaF ,96 H 3 BO ,92 KMnO ,06 2.Na 2 HPO 4 12H 2 O ,66 Na 2 B 4 O 7 10H 2 O ,64 NaF ,8 H 3 BO ,05 K 4 [Fe(CN) 6 ] 3H 2 O ,09 3.Na 2 HPO 4 12H 2 O ,38 Na 2 B 4 O 7 10H 2 O ,45 NaF ,47 H 3 BO ,52 Co(NO 3 ) ,57

Электролит Напряжение U,В Толщина покрытия, Н, мкм Шероховатость покрытия, Ra, мкм Объёмная пористость покрытия, В,% Примечание Na 2 HPO 4 12H 2 O Na 2 B 4 O 7 10H 2 O NaF H 3 BO 3 KMnO покрытия нет качественное покрытие по концам образца разрушается Na 2 HPO 4 12H 2 O Na 2 B 4 O 7 10H 2 O NaF H 3 BO 3 K 4 [Fe(CN) 6 ] 3H 2 O , покрытия нет качественное покрытие по концам образца разрушается Na 2 HPO 4 12H 2 O Na 2 B 4 O 7 10H 2 O NaF H 3 BO 3 [Co(NH 3 ) 6 ] 3H 2 O покрытия нет покрытие очень тонкое качественное Таблица 2 Влияние напряжения микроплазменного процесса на физико-механические характеристики покрытий. (Время микроплазменной обработки 10 минут.) Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико-механические характеристики пористых полифункциональных покрытий Таблица 3 Зависимость толщины, шероховатости неметаллического неорганического покрытия от длительности импульсов тока микроплазменной обработки. образца Длительность импульсов тока МПП,, мкс Толщина покрытия, H, мкм Шероховатость покрытия, Ra, мкм * *-образец без покрытия

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико-механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Рис.1. Зависимость толщины неметаллического полифункционального покрытия от времени микроплазменной обработки для электролитов 1,2,3 табл.1

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Рис.2. Зависимость объёмной пористости неметаллического полифункционального покрытия от времени микроплазменной обработки для электролитов 1,2,3 табл.1

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Рис.3. Зависимость шероховатости неметаллического полифункционального покрытия от времени микроплазменной обработки для электролитов 1,2,3 табл.1

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Рис.4. Зависимость а) толщины, б) шероховатости сформированного покрытия от длительности импульсов тока микроплазменного процесса для электролита: Na 2 B 4 O 7 12 H 2 O; Na 2 HPO 4 10H 2 O; H 3 BO 3 ; NaF; KMnO 4 а)б)

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий В процессе формирования покрытий на поверхности материала подложки, при значениях напряжения более 200 В, возникают микроплазменные процессы, приводящие к множеству электрических пробоев тонкого покрытия, образованного в начальный момент времени анодированием, и образованию пор. Микроплазменный разряд приводит к существенному повышению температуры в каналах пробоя и окружающих их участках, в результате происходит разогрев и выброс части материала подложки (металла) в раствор, где он реагирует с водой с образованием гидроксидов. (1)

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Количество гидроксида, находящегося в приэлектродном слое раствора, Q = C ox V (V - объем раствора) зависит от времени t и тока микроплазменного процесса Im, скорости роста покрытия dh/dt и скорости ухода вещества в раствор I y : Это уравнение можно преобразовать к виду: (2) (2) C ox = (1/V) (I m - dh/dt - I y )t (3) (3) Количество выброшенного в раствор металла Cо определяется соотношением: Cо = Cох + Ci, где Cox и Ci - концентрации гидроксида и ионов металла соответственно.

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Рис.5. Анодно-оксидный слой в местах расположения пор (увеличение 5000)

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Рис.6. Поперечные шлифы поверхности с сформированным покрытием при разном увеличении: а) 200, б) 50. а)б)

Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий Таблица 4. Зависимость толщины, шероховатости неметаллического полифункционального покрытия от концентрации KMnO 4 в растворе электролита: Na 2 B 4 O 7 12H 2 O; Na 2 HPO 4 10H 2 O; H 3 BO 3 ; NaF, KMnO г/л. Режим микроплазменной обработки: U- 300 B, мкс, t с. образцаC, г/лMn, мас. %H, мкмRa, мкм *0001, , , , , , , , *-образец без покрытия

Таблица 5 Зависимость толщины, шероховатости неметаллического полифункционального покрытия от концентрации K 4 [Fe(CN) 6 ] 3H 2 O в растворе электролита : Na 2 B 4 O 7 12H 2 O; Na 2 HPO 4 10H 2 O; H 3 BO 3 ; NaF, K 4 [Fe(CN) 6 ] 3H 2 O г/л. Режим микроплазменной обработки : U B, мкс, с. образцаC, г/лFe, мас.%H, мкмRa, мкм *0001,28 124, ,6715, , , , ,96192 *-образец без покрытия Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий

Таблица 6 Зависимость толщины, шероховатости неметаллического полифункционального покрытия от концентрации Co(NO 3 ) 2 в растворе электролита: Na 2 B 4 O 7 12 H 2 O; Na 2 HPO 4 10H 2 O; H 3 BO 3 ; NaF, Co(NO 3 ) г/л. Режим микроплазменной обработки: U B, мкс, с. образцаC, г/лСо, мас.%H, мкмRa, мкм *0001,2 113, , , *-образец без покрытия Влияние режимов микроплазменного процесса и состава электролита на физико- механические характеристики пористых неметаллических полифункциональных покрытий

Рис. 7. Зависимость толщины сформированного покрытия от концентрации KMnO 4 и K 4 [Fe(CN) 6 ] 3H 2 O в растворах электролитов. Рис.8. Зависимость шероховатости сформированного покрытия от концентрации KMnO 4 и K 4 [Fe(CN) 6 ] 3H 2 O в растворах электролитов.