Исследование физико-химических свойств растворов электролитов окрашивания. Исследование роли катионов магния в процессе окрашивания анодных оксидных пленок (АОП). Влияния электролиза и анионного состава электролита оксидирования на формирование цвета АОП.
Широкое использование алюминия и его сплавов в самолето-и приборостроении, в электротехнике, бытовой технике требует, наряду с эксплуатационными характеристиками (коррозионной стойкостью, износостойкостью, твердостью, электроизоляционными свойствами) улучшать декоративный вид изделий из этих сплавов. Между тем использование нестационарных режимов анодирования может иметь ряд существенных преимуществ, особенно, при совмещении этого процесса с электрохимическим окрашиванием, путем внедрения компонентов раствора различной химической природы в структуру анодных оксидных пленок (АОП). Это позволяет, с одной стороны, упростить технологию процесса цветного оксидирования, а с другой, варьируя состав раствора, природу и концентрацию модифицирующих добавок, регулировать структуру и свойства формируемых покрытий. Показано, что скорости диффузии ионов магния через слой оксида и процесса его последующего катодного внедрения в алюминиевую основу на внутренней границе фаз металл/оксид зависят от состава электролита, плотности анодного тока и времени оксидирования. Установлено, что время насыщения оксидного слоя катионами магния (или лития) связано с толщиной барьерного слоя линейной зависимостью и может служить основой для разработки нового электрохимического метода определения толщины барьерного слоя АОП.Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту.Первая глава посвящена анализу современных представлений о составе, структуре и свойствах анодного оксида, образующегося на алюминии и его сплавах, в зависимости от условий электролиза и состава электролита; рассмотрены возможность формирования наноструктур и их роль в механизме процесса окрашивания АОП.В качестве электродов использовали пластины с рабочей поверхностью 1 см2 и толщиной 1 мм из алюминия (99,99), а также из сплавов Д16 (Cu=3,8-4,9%; Mg=1,2-1,8%; Mn=0,3-0,9%; Al-остальное, ГОСТ 4784-74) и АМГ-6 (Si=0,4%; Fe=0,4%; Cu=0,1%; Mn=0,5-0,8%; Mg=5,8-6,8%, Zn=0,2%, Ti=0,02-0,1%; Al - остальное, ГОСТ 4784-97). Оксидирование проводили в растворах серной H2SO4 и фосфорной H3PO4 кислот при общей концентрации 120 г/л и различных объемных соотношениях. Ввиду выделения большого количества тепла гальваношлам вводили в раствор H2SO4 малыми порциями и интенсивно перемешивали; после охлаждения до комнатной температуры раствор отфильтровывали через бумажный фильтр. Для определения коррозионной стойкости образцов алюминия до и после оксидирования и окрашивания использовали 3%-й раствор NACL. Предварительная подготовка поверхности исходных образцов состояла из следующих операций: жесткое травление (NAOH-40 г/л; 500С; 3 мин); мягкое травление (каустическая сода 30 г/л, кальцинированная сода 30 г/л, 500С; 3 мин); промывка в теплой воде при 500С; промывка в холодной воде; осветление (HNO3 - 354 г/л; 5 мин); промывка в холодной проточной воде; сушка.В отличие от Alисх, кривые i-t катодного внедрения Mg в оксидированный алюминий характеризуются длительным периодом (1 час и более) насыщения оксидного слоя катионами Mg2 , когда плотность тока на электроде не превышает 0,2 МА/см2 (рис.1) и еще более снижается при введении в раствор H2C2O4 (рис.2). Только после насыщения оксидного слоя магнием на электроде наблюдается увеличение плотности тока, обусловленное протеканием кристаллизационно-химической стадии под слоем образовавшейся шпинели MGAL2O4. Скорость диффузии Mg через слой шпинели, образующейся в оксидном слое, сформированном в растворе H2SO4, снижается при увеличении времени и плотности тока оксидирования. Введение в раствор H2SO4 оксалат-ионов или использование смеси сульфаминовой и лимонной кислот на предшествующем этапе оксидирования способствует значительному ускорению последующего процесса катодного внедрения Mg: плотность катодного тока возрастает в 2-10 раз. В электролитах оксидирования на основе H2SO4, как и в смеси сульфаминовой и лимонной кислот, сопротивление межфазной границы MGAL/оксид/Mg(CLO4)2 после катодного внедрения магния снижается при увеличении как плотности тока, так и времени предварительного оксидирования Al (рис.8).Впервые проведены систематические исследования по окрашиванию алюминиевых сплавов с использованием нестационарного и переменного токов в растворах с добавками, определяющими цвет формируемых АОП. Установлено, что время насыщения оксидного слоя катионами магния (или лития) связано с толщиной барьерного слоя линейной зависимостью и может служить основой для разработки нового электрохимического метода определения толщины барьерного слоя АОП.
План
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Вывод
1. Впервые проведены систематические исследования по окрашиванию алюминиевых сплавов с использованием нестационарного и переменного токов в растворах с добавками, определяющими цвет формируемых АОП.
2. Проведены систематические исследования катодного внедрения магния в анодно-оксидированный алюминий, которые показали, что магний, внедряющийся в Al электрод, участвует в реакции формирования цвета АОП.
3. Установлено, что время насыщения оксидного слоя катионами магния (или лития) связано с толщиной барьерного слоя линейной зависимостью и может служить основой для разработки нового электрохимического метода определения толщины барьерного слоя АОП.
4. Найдено, что частичная замена анионов SO42- в электролите оксидирования на фосфат-ионы при неизменной суммарной концентрации оказывает значительное влияние на скорость процесса оксидирования.
5. Показано, что объемный заряд q0, концентрация красящих дефектов (катионов Cu2 ) и их коэффициент диффузии D в структуре АОП зависят от природы сплава и соотношения H2SO4:H3PO4.
6. Подтверждено, что обработка алюминия током переменной полярности в совмещенном электролите оксидирования - окрашивания H2SO4 CUSO4 позволяет формировать окраску от светло-желтого (коэффициент отражения 55%) до темно-зеленого (коэффициент отражения 8-9%) вследствие образования CUS совместно с металлической медью или элементной серой.
7.Установлено, что использование гальваношламов (смесь гидроксидов Cu, Ni, Cr, Cd, Fe) в качестве красящего компонента при обработке переменным током промышленной частоты в растворах H2SO4 с добавкой п-толуолсульфокислоты позволяет формировать светоустойчивые АОП цветом от серого до черного, обладающие повышенной коррозионной стойкостью.
8.Исследованные физико-химические свойства модельных растворов электрохимического окрашивания позволяют осуществлять направленный подбор состава электролита и технологических параметров электрохимического окрашивания АОП в растворах сульфатов металлов, в том числе, приготовленных с использованием ГШ.
Список литературы
В изданиях рекомендуемых ВАК РФ: 1. Зобкова А.Ю. Роль катионов магния при окрашивании анодно-оксидированного оксида алюминия в растворе сульфата меди / А.Ю. Зобкова, С.С. Попова, Р.Ю. Бочаров // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2009. - Т. 52, №8. - С. 125-126.
2. Зобкова А.Ю. Возможность использования гальваношламов для окрашивания анодных оксидных пленок на алюминии и его сплавах / А.Ю. Зобкова, Г.Г. Нечаев, С.С. Попова // Коррозия: материалы, защита. - 2009. - №8. - С. 45-48.
В других изданиях: 3. Изучение и отработка технологии электрохимического окрашивания сплавов алюминия / А.Ю. Зобкова, С.С. Попова, Е.А. Савельева, О.В. Титоренко // Международный симпозиум Восточно-азиатских стран по полимерным композиционным материалам и передовым технологиям : материалы Междунар. симпозиума «Композиты ХХ1 века». - Саратов : СГТУ, 2005. - C. 305-307.
4. Зобкова А.Ю. Кинетические закономерности электрохимического окрашивания анодных окисных пленок на алюминии, сформированных в различных электролитах / А.Ю. Зобкова, С.С. Попова, Е.А. Савельева // Современные электрохимические технологии в машиностроении : материалы V Междунар. Науч.-практ. семинара. - Иваново : ИГХТУ, 2005. - C. 236-241.
5. Применение отходов гальванических производств для электрохимического окрашивания сплавов алюминия / А.Ю. Зобкова, Е.А. Савельева, С.С. Попова, О.В. Титоренко // Совершенствование технологии гальванических покрытий: материалы докл. XIII Всерос. совещания. - Киров : ВГУ, 2006. - С. 89-90.
7. Зобкова А.Ю. Влияние состава электрода и электролита предварительного оксидирования на кинетику электрохимического окрашивания сплавов алюминия / А.Ю. Зобкова, С.С. Попова, Е.А. Савельева // Вестник Саратовского государственного технического университета . - 2007. - № 2 (25), вып. 2 . - C. 125-132. (принято к опубликованию в сентябре 2006 г.)
8. Зобкова А.Ю. Перспективы использования гальваношламов в технологии одностадийного электрохимического окрашивания сплава алюминия АМГ-6 / А.Ю. Зобкова, Е.А. Савельева, С.С. Попова // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Применение. Экология : материалы Междунар. конф. «Композит-2007». - Саратов : СГТУ, 2007 . - C.454-458.
10. Зобкова А.Ю. Нестационарные режимы при модифицировании поверхности алюминиевых сплавов в растворах солей металлов / А.Ю. Зобкова, Е.А. Савельева, О.В. Фролова //Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии : материалы докл. 1 Междунар. науч. конф. - Иваново : ИГХТУ, 2008. - C. 130.
11. Нестационарные режимы при модифицировании поверхности алюминиевых сплавов в солях металлов / А.Ю. Зобкова, С.С. Попова, Е.А. Савельева, О.В. Фролова //Актуальные проблемы электрохимической технологии : сб. статей молодых ученых. - Саратов : СГТУ, 2008. - С. 185-189.
12. Зобкова А.Ю. Нестационарные режимы при модифицировании поверхности алюминиевых сплавов в растворах солей металлов / А.Ю. Зобкова, Е.А. Савельева, О.В. Фролова // Молодые ученые - науке и производству: материалы конф. молодых ученых. - Саратов: СГТУ, 2008. - С. 190-192.
13. Использование гальваношламов для электрохимического окрашивания АОП на алюминии и его сплавах / А.Ю. Зобкова, Е.А. Савельева, О.В. Фролова, С.С. Попова // Покрытия и обработка поверхности: материалы 6-й Междунар. конф. / М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009. - С. 117-119.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
