Лако-красочные материалы — производство

На начальном  шаге выкармливания пленки и образования пор наблюдается неравномерное рассредотачивание тока, при всем этом вначале ток концентрируется  на участках утолщения пленки, а окончательная концентрация тока формируется на тонких участках, где происходит окончательное формирование устойчивых пор. Разъяснение данному явлению дано Шимизу и его сотрудниками, и оно приведено ниже.

Неравномерное утолщение на начальном барьерном слое окиси является одним из более значимых различий меж выращиванием пленки оксида на алюминии пористого типа и выращиванием пленки оксида барьерного типа. Обычные пленки барьерного типа, образованные на алюминии в нейтральных электролитах, имеют однородную толщину, и их утолщение приводит к выравниванию металла/окисла и границы раздела окисел/раствор. И напротив, в процессе анодирования алюминия с неизменной плотностью тока в кислых электролитах, изначальное выкармливание барьерной пленки оксида всегда сопровождается возникновением ограниченных участков с более толстым слоем окисла над системой уже имеющихся железных гребней, как описано в прошлом разделе. Более того, местное утолщение окисла становится все более выраженным по мере увеличения напряжения формования, это длится до того времени, пока скорость формирование главных пор не превзойдет скорость  выкармливания барьерной пленки. Хотя выкармливание соответственной барьерной пленки происходит при кпд тока примерно 100%, но во время начального формирования барьерной пленки окисла, при неизменной плотности тока, в кислых электролитах кпд тока может быть существенно меньше, чем 100%  . Принимая во внимание тот факт, что плотности алюминия и анодного алюминия составляют 2,7 и 3,0 г/см3 соответственно, то коэффициент Пиллинга-Бедворта для выкармливания анодной оксидной пленки составит 1,7 при 100-% кпд. В случаях, когда коэффициент Пиллинга-Бедворта становится наименее 1,0, что может наблюдаться при анодировании в растворе кислоты, то объем образованного окисла возможно окажется меньше объема потребленного металла. Это значит, что плоскостность поверхности окисла становится нестабильной из-за возмущений, а толщина барьерной пленки окисла возрастает под воздействием растягивающего напряжения.

В процессе анодирования в фосфорной кислоте 0,4 дескать/л с внедрением тока 298К 5 мА/см2, кпд во время утолщения барьерной пленки окисла добивается 53,5% , что в свою очередь дает коэффициент Пиллинга-Бедворта = 0,91. Подверженные внутренней передвижения ионы О2 заполняют объем потребленного металла, но наружняя миграция ионов алюминия Al3+ не содействует к росту на границе металл/окисел, а ионы  попадают конкретно в раствор. Так как толщина барьерного слоя должна поддерживаться  пропорциональной напряжению анодирования, то при увеличении растягивающего напряжения  она будет возрастать, что в конечном счете приведет к местному растрескиванию слоя окисла. Местное растрескивание наиболее  возможно в местах уже имеющихся железных гребней, где может быть скопление большего напряжения  на выращиваемом окисле. Следующее резвое восстановление трещинок при высочайшей плотности местного тока, и, может быть, при повышении местной температуры, приводит к образованию над металлическими гребнями областей с более толстым слоем окисла, или протуберанцев. Местное утолщение может быть также связано с возникновением гребней  вследствие механического повреждения субстрата, которое может быть следствием механической полировке.

При анодировании  в растворе фосфорной кислоты плотностью 0,05 дескать/л с внедрением тока 298 К 5мА/см2, токовая отдача добивается 74%, давая коэффициент Пиллинга-Бедворта  1,25. При всем этом не наблюдается никаких неравномерных утолщений барьерного слоя окисла. Местное утолщение слоя окисла над гребнями приводит к перераспределению и концентрации тока в оставшихся тонких областях меж протуберанцами. Локальные поверхности  пленки на таких тонких участках полны искаженных, полусферических искривлений различного радиуса. По мере роста напряжения формования и толщины барьерного слоя протуберанцы также становятся обширнее и толще в итоге неизменного растрескивания /восстановления пленки на этих ограниченных участках. Утолщение и расширение протуберанцев приводит к неизменному повышению искривления ограниченных поверхностей пленки меж протуберанцами, что, в свою очередь, приводит к неизменному повышению напряжения поля на данных участках. В конечном счете, поле на поверхностях ограниченных участков пленки меж протуберанцами добивается уровня, при котором скорость утончения (или растворения) окисла в процессе усиленного полем растворения становится равной скорости утолщения  окисла на границе металл/окисел, благодаря внутренней передвижения ионов O2-. После чего условия для формирования главных пор сделаны. Образование главных пор начинается еще ранее момента, или если  напряжение формования имеет более низкое значение, на ограниченных участках с узким слоем покрытия, в областях, где наблюдается более сильное искривление поверхности пленки меж протуберанцами. Так как тонкопленочные области, имеющие подходящую геометрию для формирования пор, распределены на поверхности в хаотическом порядке, то может быть и  образование главных пор,  что доказано в ходе  проведенных тестов.

По мере предстоящего роста напряжения формования  и возрастания количества образующихся пор, изначальное выкармливание барьерного слоя окисла равномерно компенсируется ростом главных пор. Напряжение формования продолжает возрастать, но с все наименьшей и наименьшей скоростью, и  добивается наибольшего напряжения в момент, когда поверхность эталона покрывается основными порами. Потом, вследствие геометрических ограничений меж возрастающими основными порами, последним приходится перестраиваться в новеньком, немного модифицированном порядке, так, что все оставшиеся главные поры получают возможность просочиться в металл. Это осуществляется средством уменьшения поперечников ячейки и поры, которые прямо пропорциональны напряжению формования. Таким макаром, во время данной перестройки, напряжение формования равномерно миниатюризируется со временем до того времени, пока не будет достигнуто размеренного напряжения. После чего длится устойчивое выкармливание пористой пленки оксида, что приводит к выращиванию пленки  пористого оксида с неизменной морфологией соответствующих главных пор, обычно ведущих в макроскопическую дюралевую субстрату, но отделенную от нее барьерным слоем оксида фестончатого вида.

Для того, чтоб осознать процессы, наблюдаемые при образовании пор, было проведено исследование рассредотачивания потенциалов на шаге начального выкармливания пленки и развития проникающих линий, предшественников реальных пор. С этой целью был использован способ конечного элемента численного анализа для решения соответственных математических выражений рассредотачивания поля. Первоначальное рассредотачивание поля оказалось относительно равномерным. Но при появлении проникающих линий, и невзирая на то, что силовые полосы поля остаются относительно однородно разбитыми снутри малогабаритных участков пленки сходу под проникающими линиями, а  линии  потенциалов оказываются сконцентрированными, что показывает на местное повышение напряженности поля. Меж проникающими линиями наблюдается ослабление поля. Потом, отдельные полосы развиваются приемущественно с предстоящей концентрацией поля, обеспечивая их активность. Формирование  пор начинается от сильного бокового компонента поля понизу от  фронтальной части проникающей полосы, что приводит к поперечному расширению с  образованием зародышевых пор, с их соответствующей воронкообразной или грушевидной формой. Так как ионный ток соотносится экспоненциально к полю, то в зарождающихся порах наблюдается большая концентрация тока.

Исходя из данных математического анализа и познания электростатического давления  в разных точках на материале пленки, можно высчитать электрострикционное давление. 77.78. Для позиций, находящихся конкретно ниже тонких проникающих линий, рассчитанные значения составляют около 19000 кг/см2, что намного больше критичного сжимающего напряжения анодированной пленки (500-1000 кг/см2). На участках с локальным уменьшением напряжения поля, электрострикционное давление падает до значений 21 кг/см2. Такие значения и их конфигурации в зависимости от  местонахождением снутри пленки числились основанием для доказательства существования разрывающего связи механизма полевого растворения, о котором уже упоминалось в более ранешних работах.

Не так давно МакДональдс  предложил другой подход к рассмотрению тривиального неравномерного рассредотачивания тока, приводящего к образованию пористой структуры. Прошлые исследователи, сказали о существовании пустот в анодированной пленке над выступами в дюралевой субстрата. МакДональдс отторг концепцию Оно о том, что пустоты могут создаваться вследствие усадочной деформации средством кристаллизации барьерного слоя, или могут формироваться вследствие выделения кислорода, средством растягивающего напряжения в пленке, или вследствие электрострикционного давления. Он представил, что пустоты образуются под дефектными участками анодированной пленки, к примеру, на скрещении границ зерна, и вырастают вследствие конденсации катионов либо пустот в металле. Граница раздела металл/оксид миниатюризируется в процессе окисления лишь на участках, не находящихся в конкретном контакте с пустотами. Любая пустота имеет тенденцию к подтравливанию, что в конечном счете приводит к ее отделению от верхушки выступающей части. Потом на верхушке происходит формирование новейшей пустоты , так как маленький объем металла на единицу поверхности раздела представляет намного наименьшую возможность для ликвидирования или другого рассредотачивания пустоты, чем на других участках; металл на верхушке быстрее   «насыщается» пустотами. Потом процесс повторяется. МакДональдс предложил, что данный процесс может быть объяснен шестиугольным строением матрицы пор. Он не разрабатывал собственной модели для разъяснения других черт пористых анодированных пленок или их отношений с пленками барьерного типа. На данном шаге,  возможно,  уместно было бы рассматривать пустоты быстрее как итог образования пористой пленки, а не как его причину.