Получение оптически селективных и чёрных оксидных плёнок на алюминии и его сплавах при поляризации переменным асимметричным током

Способ подготовки поверхности алюминиевых сплавов при получении оптически селективных покрытий. Закономерности формирования и оптические свойства оксидных покрытий на алюминиевых сплавах, полученных при поляризации переменным асимметричным током.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

На правах рукописи

Клушин Виктор Александрович

Получение оптически селективных и чёрных оксидных плёнок на алюминии и его сплавах при поляризации переменным асимметричным током

05.17.03 - «Технология электрохимических процессов и защита от

коррозии»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

г. Новочеркасск - 2011 г.

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кудрявцев Юрий Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Селиванов Валентин Николаевич

кандидат химических наук, доцент Савельева Елена Анатольевна

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

физической и органической химии Южного федерального университета, 344090, г. Ростов-на-дону, пр. Стачки, 194/2

Защита состоится 01 марта 2011 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.05. при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в 107 ауд. главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовская область, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Автореферат разослан 31 января 2011 года

Учёный секретарь

диссертационного совета Жукова И.Ю.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Разработка дешёвых и экологически безопасных способов получения оптически селективных покрытий (Пк) позволит расширить использование солнечной энергии как альтернативу стандартным источникам тепла: электрической энергии и углеводородному сырью. Существующие в настоящее время способы получения оптически селективных Пк обладают целым рядом существенных недостатков: высокой энергоёмкостью процесса, многослойностью Пк и длительностью его нанесения (3 - 4 часа), применением дорогих и экологически вредных компонентов. Поэтому для успешного использования солнечных водонагревателей на российском рынке необходима разработка новых технических решений в области получения оптически селективных покрытий.

Оптически черные светопоглощающие Пк - это важная часть современных средств отображения информации и перспективные терморегулирующие Пк. Большое значение чёрные Пк имеют при изготовлении приборов индикации для автомобилей и самолётов. Традиционной технологией производства оптически черных Пк является применение какого - либо поглощающего вещества. Однако такие Пк не обеспечивают оптимальных характеристик с минимальным уровнем отражения.

Электрохимические методы позволяют достаточно просто получать анодный оксид алюминия с заданными функциональными свойствами, которые можно изменять, если поры оксида заполнить теми или иными органическими или неорганическими веществами, вводимыми в раствор электролита. Представляется перспективным на базе анодного оксида алюминия получение оптически селективных и черных Пк с применением переменного асимметричного тока. Исследования по использованию переменного асимметричного тока для получения таких Пк отсутствуют. Вместе с тем, это направление весьма перспективно, так как позволит найти эффективное решение ряда важных технологических задач. Использование электрохимического метода весьма привлекательно еще и тем, что он прост и экономичен по сравнению с другими методами.

Таким образом, получение оптически селективных и чёрных оксидных Пк с использованием переменного асимметричного тока является важной научной и прикладной задачей.

Цель работы - получение оптически селективных и чёрных оксидных плёнок на поверхности алюминия и его сплавах при поляризации переменным асимметричным током.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

- разработка нового способа подготовки поверхности алюминиевых сплавов при получении оптически селективных покрытий;

- разработка нового способа получения оптически селективных и чёрных покрытий;

- разработка составов электролита и режимов формирования оптически селективных и чёрных покрытий при поляризации переменным асимметричным током;

- изучение закономерностей формирования и оптических свойств оксидных покрытий на поверхности алюминиевых сплавов, полученных при поляризации переменным асимметричным током;

- исследование структуры и фазового состава оптически селективных и чёрных оксидных плёнок на сплавах алюминия;

- разработка фторопластсодержащей полимерной дисперсии и состава прозрачного полимерного слоя, стойкого к воздействию ультрафиолета;

- исследование возможности использования микродугового оксидирования для получения оптически чёрных покрытий;

- изучение электрохимических процессов, происходящих при формировании оптически селективных покрытий на поверхности сплавов алюминия;

- проведение лабораторных испытаний оптически селективных покрытий на термостарение.

Научная новизна работы:

- теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность использования переменного асимметричного тока для получения оптически селективных и чёрных оксидных плёнок на алюминии и его сплавах;

- разработан новый способ получения оптически селективных и чёрных покрытий на поверхности алюминия и его сплавах при поляризации переменным асимметричным током;

- разработан новый способ подготовки поверхности сплавов алюминия;

- установлено, что разработка нового способа подготовки поверхности алюминиевых сплавов позволяет получить развитую нано-
структурированную поверхность, обеспечившую высокие оптические свойства покрытий;

- установлено влияние на тепловоспринимающую способность оптически селективного покрытия нанесение прозрачного полимерного слоя,
стойкого к воздействию ультрафиолета;

- установлено, что оптические свойства покрытий обусловлены
высокодисперсным никелем, накапливающемся на дне пор;

- накоплен новый фактический материал по влиянию соотношения
амплитуд катодного и анодного токов, компонентов электролита
на процесс формирования оптически селективных и чёрных покрытий;

- установлено, что разработанные покрытия по своим оптическим
свойствам конкурентоспособны по отношению к зарубежным
аналогам.

Практическое значение полученных результатов. На основании результатов исследований разработаны способы получения оптически селективных и чёрных Пк, позволившие повысить эффективность преобразования коллектором солнечной энергии в тепловую и снизить стоимость Пк. Предлагаемые технологические решения дают возможность: снизить энергоёмкость процесса до 10 кВт•м-²; получить однослойное Пк с высокими оптическими свойствами в течении 2,5 мин; исключить использование дорогостоящих компонентов; обеспечить экологическую безопасность нанесения Пк.

Разработанные покрытия были испытаны в ООО "Научно-производственный комплекс "ВЭТО"" г. Санкт-Петербурга и рекомендованы к использованию в гелиотехнике, электронной, автомобильной и военной отраслях промышленности. Техническую новизну практических результатов работы подтверждают шесть патентов РФ.

Автор защищает:

- новый способ получения оптически селективных и черных оксидных покрытий на алюминии и его сплавах;

- новый способ подготовки поверхности алюминиевых сплавов АД 31 и А 5 М;

- теоретические закономерности и оптимальные условия формирования оптически селективных и черных покрытий на поверхности алюминиевых сплавов АД 31 и А 5 М из разработанных составов электролита с применением статистических методов планирования экспериментов;

- влияние нанесения прозрачного полимерного слоя на тепловоспринимающую способность оптически селективного покрытия.

Личный вклад соискателя. Автор принимал участие: в разработке методики проведения эксперимента; изготовлении экспериментальных образцов с оптически селективными и чёрными покрытиями; определении комплекса их физико-химических и оптических свойств; в разработке механизма формирования оптически селективных покрытий на алюминиевых сплавах в условиях поляризации переменным асимметричным током; обобщении экспериментальных данных и формировании выводов.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты и положения работы изложены на II всероссийской научно - практической конференции «Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении», г. Пенза, 2005 г.; на научно - практической конференции «Современные технологии упрочнения металла и нанесения покрытий», г. Ростов-на-Дону, 2005 г.; на двадцать седьмой междунаро...