Диссертация (1025465)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшего образования«Петрозаводский государственный университет»На правах рукописиСтепанова Кристина ВячеславовнаНАНОПОРИСТЫЕ АНОДНО-ОКСИДНЫЕ ПЛЕНКИ НАПОРОШКОВОМ СПЛАВЕ ТИТАН-АЛЮМИНИЙСпециальность 01.04.07 - физика конденсированного состоянияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководительдоктор физико-математических наук,профессор Яковлева Н.М.Петрозаводск - 20162ОглавлениеСтр.Введение ...........................................................................................................................
4Глава 1. Наноструктурированные анодно-оксидные пленки на металлах исплавах ............................................................................................................................ 111.1. Сплавы системы Ti-Al ........................................................................................ 111.1.1. Общая характеристика Al, Ti и их сплавов ............................................... 111.1.2. Система Ti-Al: диаграмма состояния, структура интерметаллидов ....... 141.1.3. Система Ti-Al-О ........................................................................................... 161.1.4. Кристаллические модификации оксидов алюминия и титана.................
191.2. Самоорганизованные анодно-оксидные пленки на алюминии и титане ...... 241.2.1. Особенности формирования нанопористых пленок анодного оксидаалюминия................................................................................................................. 261.2.2. Анодные оксидные пленки на титане ........................................................ 351.2.3. Влияние термических воздействий на структуру трубчатых оксидовтитана .......................................................................................................................
421.3. Анодно-оксидные пленки на алюминидах титана .......................................... 481.4. Фотокаталитические свойства наноструктурированных оксидов титана .... 55Глава 2. Методика эксперимента и расчета ............................................................... 662.1.
Характеристики объектов исследования .......................................................... 662.2. Методы исследования ........................................................................................ 682.2.1. Микроскопическое исследование образцов .............................................. 682.2.2. Инфракрасная Фурье - спектроскопия ....................................................... 692.2.3. Рентгеноструктурный анализ ...................................................................... 702.2.4. Рентгеноэлектронная спектроскопия .........................................................
712.2.5. Оптическая спектроскопия.......................................................................... 712.2.6. Оценка каталитической активности ........................................................... 73Глава 3. Особенности роста анодных оксидных пленок на сплавеTi-40вес.%Al во фторсодержащих электролитах....................................................... 743Стр.3.1.
Особенности роста наноструктурированных оксидных пленок прианодировании сплава Ti-40вес.%Al во фторсодержащих электролитах ............. 743.2. Анодирование порошкового сплава Ti-40вес.%Al во фторсодержащихэлектролитах ............................................................................................................... 91Глава 4. Термически активированные структурные превращения внанопористых анодно-оксидных пленках на сплаве Ti-40вес.%Al ....................... 1064.1. Влияние отжига на воздухе на атомную и мезоскопическую структурунанопористых оксидных пленок на сплаве Ti-40вес.%Al ................................... 1074.2.
Влияние отжига в вакууме на атомную и мезоструктуру нанопористыхоксидных пленок на сплаве Ti-40вес.%Al............................................................. 1164.3. Электронные и фотокаталитические свойства анодно-оксидных пленокна сплаве Ti-40вес.%Al............................................................................................ 126Основные результаты и выводы ................................................................................
137Список сокращений .................................................................................................... 139Литература ................................................................................................................... 1404ВведениеАктуальность исследования. Самоорганизованные оксидные пленки сразличными морфологическими характеристиками: пористые и трубчатыесоздаются на поверхности целого ряда металлов (Ta, Nb, Al, Ti, W, Zr, Hf и др.) исплавов электрохимическим анодированием [1, 2].
Причиной формированиятаких структур является синергия процессов роста и растворения оксиднойпленки, реализующаяся под действием электрического поля. Исследованиематериалов данного класса является актуальным, как с фундаментальной точкизрения изучения процесса самоорганизации, так и благодаря огромному числу какуже реализованных, так и перспективных применений. Такой оксид состоит изтонкого барьерного слоя, прилегающего к металлу, и пористого в видесовокупностигексагональноупакованныхпор/трубок,металлической подложке. Изучение самоорганизованныхнормальныханодно-оксидныхпленок (АОП) целесообразно проводить на разных уровнях масштаба: атомном,исследуя взаимное расположение атомов, и так называемом «мезоскопическом»,характеризуя взаимное расположение отдельных структурных элементов (пор,трубок или ячеек).При анодировании алюминия в различных электролитах, в том числе ифторсодержащих, формируются самоорганизованные нанопористые оксидныепленки с диаметром пор и толщиной, задаваемыми условиями процесса.
Такиеоксиды широко используются в качестве шаблонов для синтеза различныхнаноматериалов, а также для ультрафильтрации [1]. Анодирование титана вэлектролитах, содержащих ионы фтора и хлора, приводит к росту на поверхностиоксидных пленок с самоорганизованной нанотрубчатой структурой.Исследованиеформированияоксидныхпленокприанодированииинтерметаллидов системы Ti-Al: TiAl, TiAl3, Ti3Al во фторсодержащем растворе10% H2SO4 + 0.15%HF [3, 4] показало, что в зависимости от соотношениякомпонент сплава и условий процесса возможно получение самоорганизованныхоксидовнанопористойилинанотрубчатоймезоструктурой.Так,для5формирования АОП пористого типа следует использовать сплавы Ti-Al ссодержанием Al более 19 вес.%.
Причем, образующаяся на поверхности TiAl(36 вес.%Al) пористая пленка состоит из оксидов Al2O3 и TiO2 в примерно равномсоотношении. Известно, что алюминид титана γ-TiAl (33 до 46 вес.% Al) обладаетжаропрочностью и жаростойкостью, сравнимой с никелевыми суперсплавами [5],а предварительное нанесение на поверхность защитных покрытий (вакуумнымнапылением, металлизацией и микродуговым оксидированием) увеличиваеттемпературный интервал эксплуатации до 1073-1173К [5]. Учитывая сложностьпредлагаемых технологий, разработка более простых методов нанесениязащитныхпокрытийявляетсяактуальнойпроблемойдляреализациивысокотемпературных применений γ-TiAl.Весьма перспективно использование образцов из спеченных порошков TiAl.Дальнейшая модификация поверхности микрочастиц порошка анодированием,приводящая к росту наноструктурированной оксидной пленки, должна увеличитьудельнуюповерхность,асоответственно,улучшитьбиосовместимость,каталитическую активность, а также жаростойкость и жаропрочность материала.Информации об анодировании порошковых алюминидов титана не обнаружено,поэтомуизучениезакономерностейростасамоорганизованныхнаноструктурированных АОП на порошковом TiAl является весьма актуальнойзадачей, поскольку открывает перспективы создания мультифункциональныхнаноматериалов.Известно, что нанокристаллический TiO2 обладает фотокаталитическойактивностью[2]поддействиемУФ-облучения(УФО).Приоритетнымнаправлением последних лет является поиск путей создания оксидов титана сфотокаталитической активностью не только в УФ, но и видимом, и дажеинфракрасномдиапазонеэлектромагнитногоизлучения[6].Посколькунанопористые оксидные пленки на TiAl включают наряду с Al2O3 и TiO2, товыполняемое впервые изучение процесса их кристаллизации может оказатьсяперспективнымнаноматериалов.дляполученияновыхкомпозитныхфотокаталитических6В соответствии с вышесказанным, актуальность изучения закономерностейформирования нанопористых оксидных пленок при анодировании алюминидатитана TiAl, их структуры на атомном и мезоскопическом уровнях ссопутствующейоценкойихфункциональныхсвойств,вособенностифотокаталитических, не подлежит сомнению.Цель работы заключалась в получении и исследовании нанопористыханодных оксидных пленок на порошковом сплаве Ti-40вес.%Al.Для достижения указанной цели были решены следующие основныезадачи:1.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
