Розробка сталевого мікроструктуратора поверхні металу. Суть механізмів дії магнітного поля на електрохімічні процеси в околі металевих поверхонь. Зв’язок доменної структури та особливостей петлі гістерезису з ходами корозії феромагнітних матеріалів.
Аннотация к работе
У багатьох галузях науки значна увага приділяється вивченню впливу зовнішніх факторів на зміну структури та властивостей твердих тіл і їх поверхонь, що межують з іншими фазами під час протікання електрохімічних процесів, зокрема спонтанному утворенню просторових структур у звязку з їх важливістю для вивчення виникнення складних структур у природі. Магніто-електрохімія є гарним полігоном для вивчення таких структур, так як більшість електрохімічних процесів протікає за нерівноважних умов. У переважній більшості ці роботи сфокусовані на вивчення зміни морфології і мікроструктури отриманих поверхонь, у них зазначається, що магнітне поле впливає на протікання електрохімічних процесів шляхом виникнення сили Лоренця, яка діє на рух заряджених часток в електроліті в напрямку, перпендикулярному до напрямку зовнішнього магнітного поля, у якому і спостерігається найбільш значний вплив магнітного поля на морфологію поверхні плівок. Проте ефекти впливу зовнішнього магнітного поля на структуру електрохімічно отриманих поверхонь систематично не вивчалися. Знайти кореляції між просторовим розподілом електричного потенціалу поблизу міжфазної поверхні феромагнетик-електроліт з параметрами структури отриманих поверхонь та параметрами вихорової структури електроліту в магнітному полі.Зокрема, зазначається, що прикладення однорідного магнітного поля до металевих обєктів під час їх корозії приводить до багатовихорового перемішування електроліту [R1] та їх квазіперіодичного мікроструктурування [R2], в той час як без магнітного поля при тих самих умовах експерименту відбувається однорідна корозія. Детально описано методику вимірювання значення та просторового розподілу електричного потенціалу вздовж поверхні зразків під час їх корозії в магнітному полі, яка полягає у вимірюванні потенціалу безпосередньо на визначеній відстані від поверхні зразка із застосуванням зондового методу. Як показали дослідження цих зразків методами атомно-силової мікроскопії, прикладення магнітного поля до електрохімічної комірки, змінює структуру поверхні осадів, впливаючи на форму зерен та блоків мозаїки, і приводить до витягнення останніх вздовж напрямку магнітного поля. Показано, що прикладення неоднорідного просторово розподіленого магнітного поля під час осадження дозволяє змінювати структуру осадів і отримувати дендритні області на поверхні катоду, в місцях максимальної напруженості магнітного поля. Вважаючи, що елемент матриці має магнітний момент і, враховуючи, що магнітне поле феромагнітної частки має дипольний характер: де , - радіус-вектор; - намагніченість феромагнітної частки; - обєм феромагнітної частки, тоді обезрозмірений вираз для градієнта квадрата напруженості магнітного поля набуває вигляду [R4]: , де - зовнішнє магнітне поле.Таким чином, у дисертації досліджено вплив зовнішнього магнітного поля на структуру міжфазної поверхні феромагнетик-електроліт та зміну структури кородованих та електроосаджених обєктів. Показано, що прикладення просторово періодично розподіленого магнітного поля до електрохімічної комірки призводить до утворення електроосаду нікелю з дендритною структурою в областях з максимальною величиною магнітного поля на поверхні катоду; тоді як в однорідному магнітному полі величиною до 10 КЕ дендритна структура не виникає. Визначено, що характерні розміри дендритних макрообластей електроосаду нікелю в градієнтному полі намагніченої сталевої матриці є немонотонною функцією зовнішнього магнітного поля з одним максимумом у діапазоні вимірювання від 0 до 5 КЕ. Показано, що під час корозії феромагнітного циліндра в зовнішньому однорідному магнітному полі виникає макромасштабний просторово-квазіперіодичний розподіл електричного потенціалу поблизу міжфазної поверхні феромагнетик-електроліт, період якого корелює з відповідним періодом багатовихорової структури електроліту. Визначено, що амплітуда просторово-квазіперіодичного розподілу потенціалу в електроліті поблизу міжфазної поверхні феромагнетик-електроліт лінійно залежить від зовнішнього магнітного поля.
План
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
Таким чином, у дисертації досліджено вплив зовнішнього магнітного поля на структуру міжфазної поверхні феромагнетик-електроліт та зміну структури кородованих та електроосаджених обєктів. За результатами проведених досліджень отримано наступні оригінальні результати, які можна сформулювати наступним чином: 1. Отримано експериментально та теоретично пояснено залежності форми гранул електроосаду нікелю від напруженості зовнішнього магнітного поля.
2. Показано, що прикладення просторово періодично розподіленого магнітного поля до електрохімічної комірки призводить до утворення електроосаду нікелю з дендритною структурою в областях з максимальною величиною магнітного поля на поверхні катоду; тоді як в однорідному магнітному полі величиною до 10 КЕ дендритна структура не виникає.
3. Визначено, що характерні розміри дендритних макрообластей електроосаду нікелю в градієнтному полі намагніченої сталевої матриці є немонотонною функцією зовнішнього магнітного поля з одним максимумом у діапазоні вимірювання від 0 до 5 КЕ.
4. Показано, що під час корозії феромагнітного циліндра в зовнішньому однорідному магнітному полі виникає макромасштабний просторово-квазіперіодичний розподіл електричного потенціалу поблизу міжфазної поверхні феромагнетик-електроліт, період якого корелює з відповідним періодом багатовихорової структури електроліту.
5. Визначено, що амплітуда просторово-квазіперіодичного розподілу потенціалу в електроліті поблизу міжфазної поверхні феромагнетик-електроліт лінійно залежить від зовнішнього магнітного поля.
6. Показано, що лінійна залежність зазначеного квазіперіодичного розподілу потенціалу від зовнішнього магнітного поля узгоджується відповідно до відомої магнітогідродинамічної моделі з квадратичним законом залежності від магнітного поля швидкості обертання електроліту навколо феромагнітного циліндру.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Горобец О.Ю., Дереча Д.А. Квазипериодическое микроструктурирование поверхности железного цилиндра во время коррозии в скрещенных электрическом и магнитном полях // Металлофизика и новейшие технологи. - 2005. - Т. 27, № 9. -С. 1179-1186.
2. Gorobets O. Yu., Derecha D.O. Quasi-periodic microstructuring of iron cylinder surface under its corrosion under combined electric and magnetic fields // Materials Science-Poland. - 2006. - Vol. 24, No. 4. - P. 1017-1025.
3. Gorobets O. Yu., Gorobets V. Yu., Brukva O. M., Derecha D.O. Nickel Electrodeposition under Influence of Constant Homogeneous and High-Gradient Magnetic Field // Journal of Physical Chemistry C. - 2008. - Vol.112. - P. 3373-3375. with supporting information - P. 1-5.
4. Горобец О.Ю., Дереча Д.А., Горобец В.Ю. Микроструктурирование поверхности никелевых пленок при электроосаждении в градиентном магнитном поле. // Материалы международной научно-технической конференции «Материалы и механизмы морского транспорта. Методы исследования и технологии изготовления». - 2008. - Севастополь: Издательство УМИ, - С. 199-204.
5. Пат. 40857 Україна, МПК(2009) B 01 D 35/06, B 03 C 1/02. Спосіб отримання насадки магнітного сепаратора / Горобець С.В., Горобець О.Ю., Дереча Д.О; Заявник та власник НТУУ «КПІ». №u 2008 13975; заявл. 04.12.2008; опубл. 27.04.2009, Бюл. №8.