Структура анодно-искровых покрытий

12 Марта в 21:49 899 0


Модель формирования анодно-искрового покрытия во многом базируется на механизме образования анодных окисных пленок в доискровом режиме. Для лучшего понимания процесса формирования АИП необходимо рассмотреть теории образования и строения анодных окисных пленок на вентильных металлах.

Ранее было показано, что искровой разряд возможен на аноде только тогда, когда поверхность его покрыта диэлектриком. Такими свойствами обладает тонкая оксидная пленка барьерного типа, образовавшаяся на начальной стадии анодной обработки. Чем выше диэлектрическая прочность пленки барьерного типа, тем выше напряжение начала искрения, выше прочность и диэлектрические свойства покрытия.

Барьерный слой является однородным и беспористым, однако, переменным по химическому составу в своей толщине. Степень окисления металла в толще пленки уменьшается вглубь от электролита к металлу, от TiO2 к Ti через TiO2-x, Ti2O3 и TiO (Васько, Ковач, 1983). Механизм прохождения ионов через барьерный слой пока еще окончательно не ясен. Считается, что существенная роль принадлежит дефектам в структуре окисляемого металла: границам зерен, включениям и дислокации. Скорости диффузии ионов в таких дефектных местах могут отличаться на несколько порядков.

В 1935 г. Фервей предположил, что образование оксида происходит внутри прилегающего к металлу барьерного слоя за счет миграции ионов металла и ионов кислорода навстречу друг к другу. Это предположение было доказано в 1965 г. методом меченых атомов (см. таблицу 3.18), подтверждающим, что вклад ионов титана в переносе тока через границу металл-оксид-электролит составляет 35-40% (Черненко и др., 1991).

Согласно физико-геометрической модели барьерный слой представляется как «запирающий» электроизоляционный слой, дефектные места которого превращаются в поры под действием электрического тока (Черненко и др., 1991).

Франклин предложил трехслойную модель анодно-окисных пленок, согласно которой на первичном барьерном слое имеется вторичный барьерный, подвергаемый гидратации и преобразованиям под действием электрического тока. С наружной стороны находится третий слой - пористый.

Келлер и другие исследователи разработали пористую модель анодной окисной пленки. Согласно этой модели под воздействием ионов электролита в барьерном слое зарождаются поры, количество которых связано с напряжением формирования оксида. Образование пор уменьшает толщину барьерного слоя в этой точке, что приводит к возрастанию тока и повышению скорости образования оксида. Рост температуры способствует вытравливанию пор электролитом (Томашев, 1985).

Работами Богоявленского и др. пористая модель Келлера развивается далее и представляется как результат коллоидно-мицеллярного механизма формирования. Оксидный пористый слой формируется из мельчайших гелевых частиц аморфной природы, а также продуктов их старения (Томашев, 1985; Черненко и др., 1991).

Числа переноса ионов металла в оксидной пленке (Черненко и др., 1991)


Металл i, A2 Толщина HM Напряженность поля, B/HM Числа переноса
Ti 6 42,1 0,427 0,35

 

50 63,3 0,742 0,39
Al 6 110 0,91 0,40

 

50 110 0,91 0,49


Коллоидная окисная ячейка формируется нормально к поверхности в виде мицелл. Доставка анионов электролита происходит по пространству между мицеллами. Мицеллы не могут сливаться в единый агрегат благодаря адсорбции ионов электролита на их поверхности. Согласно коллоидно-мицеллярным представлениям барьерный слой состоит из монон (первичных оксидов), агломераты которых образуют полионы. Внешний пористый слой представляет частокол мицелл, составляющих оксид. Субмикропоры и микропоры представляют собой межмононные и межмицеллярные пространства. Электронно-микроскопические исследования поперечных шлифов показывают, что пленки возникают на металлической поверхности как параллельные волокна, упакованные в связки. При этом отдельные волокна имеют диаметр 200-400 А, а связки сросшихся волокон имеют разные формы, размеры и направления формирования.

Формирование оксидного покрытия анодно-искровым методом характерно для более высоких энергий (напряжение до 200 В и более). Согласно работам Богоявленского и его коллег, голубоватое искрение, возникающее на поверхности и обходящее ее многократно, характерно для ионизации газов при высоком давлении. В состав образующейся плазмы входят электроны, анионы электролита, ионы кислорода с разным зарядом, протоны, гидроксилионы и пары воды. Окончание свечения сопровождается «захлопыванием» полости со звуковым эффектом (Фокин и др., 1978; Томашев, 1985; Thull, 1994).


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики
Похожие статьи
показать еще
 
Травматология и ортопедия