Фізико-хімічна модель процесів в анодному мікроразряде

В.Ф. Борбат, О.А. Голованова, А.М. Сизиков, Омський державний університет, кафедра неорганічної хімії

Oксідние шари, які утворюються на анодах з алюмінію, титану, танталу і деяких інших металів при проходженні електричного струму між електродами, зануреними в електроліт, мають у ряді випадків високі захисні і діелектричними властивостями. В даний час лабораторіями різних країн проводиться значний обсяг досліджень, спрямованих на встановлення можливостей покращення захисних і електричних властивостей анодних покриттів, пошук оптимальних складів електролітів, підвищення технологічності процесу і так далі. Накопичений останнім часом практичний досвід використання плазменно-електролітичної анодного обробки для створення захисних покриттів значно випередив наявні в зазначеній галузі теоретичні уявлення.

Виходячи з літературних і наших експериментальних даних можна прийняти фізичну модель анодного мікроразряда, основна ідея якої полягає в тому, що анодний мікроразряд є поєднання іскрового пробою бар'єрної частини оксидної плівки і газового розряду в виник після пробою газо-плазмовому бульбашці. Розглянемо відповідність пропонованої моделі експериментальним результатів з урахуванням послідовності процесів.

Оксидування. При оксидування (при постійній напрузі на електродах) утворюються шари товщиною до сотень мікрон. Поряд з утворенням нових шарів оксиду, йде і процес їх розчинення. У ряді робіт показано, що в доіскровой період зростання оксидної плівки відбувається включення в об'єм оксиду аніонів електроліту, наприклад, сульфат-іонів [1]. У пористих плівках аніони з'являються в анодному оксиді за рахунок механічного "вбудовування" компонентів розчину. Зміст включених в оксид аніонів визначається їх здатністю адсорбуватися на поверхні осаду або навіть утворювати з'єднання нестехіометріческого складу.

При вивченні фазового і елементного складу покриттів, одержуваних плазменно-електролітичної обробкою, було встановлено, що при даному способі отримання покриттів відбувається впровадження сульфат-іонів у плівку. Причому вигляд регістрограмм дає підставу припустити, що "заробітку" компонентів електроліту відбувається в місцях виникнення анодних мікроразрядов в момент їх "заліковування", тому розподіл компонентів електроліту по плівці є не рівномірним і відрізняється від розподілу в плівках, отриманих звичайним анодування.

Пробій - складний імовірнісний процес, який може відбуватися в даній точці діелектрика в досить широкому діапазоні напруг і часу. Найважливішими процесами для початку пробою є зміна об'ємного заряду близько катода (розчину електроліту) і збільшення об'ємної інжекції електронів в зону провідності діелектричної плівки. Ці процеси сприяють розвитку пробою. Початок пробою пов'язане з розвитком електронних лавин. Цілком імовірно, що джерелом первинних іонів можуть бути домішкові рівні в оксиді. Такий механізм передбачає особливу роль компонентів електроліту, впроваджених у оксид, в першу чергу аніонів. Саме тому можливість отримання анодного-іскрових покриттів багато в чому визначається складом розчину. Електрони, що потрапили в зону провідності і прискорені під дією поля, набувають енергію, достатню для того, щоб спричинити ударну іонізацію атомів у оксиді. Остання призводить до виникнення лавин, які, досягаючи поверхні металу, утворюють канали пробою. Існування лінійної залежності пробивного напруги від товщини вказує на однорідність поля при пробої і на електричний характер пробою.

Руйнування оксидної плівки - при дії анодних мікроразрядов на розчини сірчаної кислоти дії прискорених в електричному полі електронів будуть піддаватися молекули води і сірчаної кислоти. Дані про іонізації цих розчинів є в літературі [2,3,4]. Виходячи з них, найбільш ймовірними іонами в плазмі мікроразрядов, швидше за все, будуть іони з найменшими потенціалами появи, тобто для молекул води слід очікувати H2O +, для сірчаної кислоти H2SO4 + і менш ймовірно HSO4 +.

Отже, процеси іонізації і діссоціатівного прилипання електронів дають такі іони при дії мікроразрядов на розчини сірчаної кислоти (реакції 1-5). е + Н2О