LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Плазмове електролітичне оксидування алюмінію в лужних розчинах

газу.

Практична значимість отриманих результатів. Сформульовані основні принципи організації процесу плазмового оксидування для досягнення максимальної ефективності. Установлено, що можливість виходу процесу на плазмовий режим визначається в початкові моменти часу густиною струму і концентрацією електроліту. В рамках теплової моделі розряду отримані умови збереження цілісності покриття в процесі ПЕО.

Розраховані виходи за струмом основних продуктів електролізу й енергетичні витрати на процес, оцінена конкурентноздатність ПЕО в порівнянні з традиційними методами анодування.

Особистий внесок здобувача полягає в отриманні, обробці та аналізі експериментальних даних, виконанні матеріальних і теплових розрахунків, створенні математичних моделей кінетики оксидування та розподілу температури в розрядному кратері.

Постановка задач досліджень, обговорення результатів експериментів та їх інтерпретація, а також формулювання висновків виконувалося разом з науковим керівником д.х.н., проф. Л.О.Сніжко.

Внесок здобувача в роботи, виконані зі співавторами:

[1], [2], [6] – виконання експериментів, обробка результатів, розрахунок характеристик пробою оксиду.

[4], [8] – виконання експериментів, обробка результатів гальваностатичних досліджень, розрахунок виходів за струмом продуктів електролізу.

[3], [5], [7], [9] – обробка кінозйомки, розрахунок параметрів розрядів, створення теплової моделі, підготовка публікацій і презентації.

При обговоренні результатів використовували дані, надані Університетом м. Шефільду у рамках сумісного проекту за грантом Англійського Королівського Товариства, а саме:

- результати аналізу анодного газу та електроліту;

- кінозйомка процесу оксидування.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на 6 конференціях: Всеукраїнська науково-технічна конференції студентів і аспірантів "ХІМІЯ І ХІМІЧНА ТЕХНОЛОГІЯ - 2002" (Дніпропетровськ, 2002 р.), IX Міжнародній конференції по електрохімії "Electrochem 2002" (Lancashire, 2002); I Міжнародній науково-технічній конференції студентів і аспірантів "ХІМІЯ І СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЇ" (Дніпропетровськ, 2003 р.), ICMCTF 2003 (Sun-Diego, 2003 р.); 3rd International Symposium on Aluminium Surface Science and Technology (Bonn, 2003 р.); 8th European Congress on Advanced Materials and Processes "EUROMAT 2003" (Lausanna, 2003 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковані 9 наукових праць, у тому числі 5 статей у наукових фахових виданнях і 4 тез доповідей.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 6 розділів, загальних висновків, списку використаної літератури і шістьох додатків. Робота викладена на 137 сторінках, включає 30 рисунків і 26 таблиць, 138 найменувань цитованих літературних джерел.


ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ


У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета та основні задачі дослідження, показаний зв'язок з науковими програмами, розкриті наукова новизна і практична значимість отриманих результатів, наведена інформація про апробацію роботи і публікації.

У першому розділі обговорюються існуючі теорії росту і пробою оксидів, фактори, що впливають на ефективність процесу оксидування.

Традиційно зростання оксидів на вентильних металах описують за допомогою так званої моделі сильного поля (МСП), що розглядає перенесення катіонів металу лише через границю метал/оксид. Різні спроби врахувати вплив границі оксид/електроліт (модифікації МСП, модель точкових дефектів) дозволяють одержати досить добру відповідність розрахункових та експериментальних даних, однак роботи в цьому напрямку відносяться, як правило, до кислих розчинів. Щодо лужних розчинів, у яких механізм оксидування значно відрізняється, такі роботи практично відсутні.

Достатньо суперечливими є відомості про значення розрядів в формуванні покриттів. Оцінки тривалості розрядів, їх енергії та температури, отримані різними авторами, знаходяться в досить широких межах. Використання для ПЕО складних електролітів ускладнює аналіз як кінетики процесу, так і виходів за струмом продуктів електролізу.

На підставі аналізу літератури сформульовані напрямки і задачі досліджень.

В другому розділі описані методики експериментів та аналізів, матеріали, установка для реалізації ПЕО.

Робочі електроди площиною 1.2310-3 м2 були виготовлені з пластин сплаву алюмінію АВ. Перед електролізом зразки механічно полірували і знежирювали сумішшю метанолу з етанолом. Оксидування здійснювали в лужних електролітах.

Кінетику та послідовність фізико-хімічних явищ вивчали шляхом аналізу цифрованих гальваностатичних залежностей. Для визначення виходів за струмом продуктів електролізу збирали анодний газ, аналізували електроліт на вміст алюмінію, зважували зразки до і після експериментів та вимірювали товщини плівок. Кількісне дослідження характеристик розрядів здійснювали шляхом цифрової обробки кінофільму.

У третьому розділі наведені результати аналізу впливу густини струму та концентрації електроліту на процес гальваностатичного оксидування алюмінію в лужних розчинах. На U,t - залежностях встановлена наявність чотирьох характерних ділянок з різними нахилами (Рис.1), що свідчать про зміну природи процесів, які визначають швидкість росту оксиду.

Тривалість кожної стадії та напруга переходу від однієї стадії до іншої залежать як від густини струму, так і від концентрації КОН. Скорочення другої ділянки з ростом густини струму (Рис. 1а) і зниженням концентрації електроліту (Рис. 1б) свідчить про те, що такі умови сприяють формуванню бар'єрного (плотного) оксиду. Отже, в цьому випадку швидко досягається товщина оксиду, необхідна для пробою. В місцях виникнення розрядів відбувається зменшення розчинності оксиду і одночасно посилюється виділення газу. Навпаки, зменшення густини струму і збільшення концентрації лугу призводить до прискорення реакції переходу алюмінію в електроліт.


Рис.1. Зміна напруги з часом та її лінійна апроксимація при оксидуванні алюмінію за різних густин струму в розчині 1 г/л КОН (а), та у розчинах КОН різних концентрацій при 935 А/м2 (б):

I – електрохімічне формування оксиду; II – конкуренція процесів утворення і розчинення оксиду; III – початок газовиділення та кристалізація оксиду; IV – плазмохімічні реакції.


Утворення помітної кількості газу збігається з повторним зменшенням нахилу dU/dt і переходом процесу в іскровий режим (фаза IV). Саме в цей період відбувається формування тугоплавких шарів.

Збільшення флуктуацій напруги на IV стадії свідчить про зміну характеру розрядів, зокрема, про збільшення їхньої потужності. Дійсно, візуально спостерігається поступовий перехід від дрібних і частих розрядів до великих і рідких. Тепловий пробій, зв'язаний з деструктивними явищами в покритті,