Наноструктурированный анодный оксид алюминия

Анодное оксидирование алюминия и его сплавов применяется для придания изделиям широкого спектра функциональных свойств: высокой коррозионной стойкости, твердости, износостойкости, электроизоляционных свойств, декоративного вида и пр. Кроме того в последние годы повысилось внимание к изучению образования пористого оксида алюминия в связи с широким применением его в качестве исходного материала для получения наномембран и шаблонов для синтеза наноматериалов, так как характерной особенностью электрохимического оксидирования алюминия является возможность получения оксидов в виде структур, представляющих собой упорядоченные одинаковые ячейки, расположенные перпендикулярно поверхности металла и имеющие в центре микропору, размер которой порядка 700 ÷ 1500 нм.

Анодное оксидирование (анодное окисление) — процесс создания оксидной плёнки на поверхности некоторых металлов и сплавов путём их анодной поляризации в проводящей среде. Существуют различные виды анодирования, в том числе электрохимическое анодирование — процесс получения оксидного покрытия на поверхности различных металлов (Al, Mg, Ti, Ta, Zr, Hf и др.) и сплавов (алюминиевых, магниевых, титановых) в среде электролита, водного или неводного. Например, при анодировании алюминиевых сплавов деталь погружают в кислый электролит (водный раствор H2SO4) и соединяют с положительным полюсом источника тока; однако, сильно упрощённые представления о том, что выделяющийся при этом кислород взаимодействует с алюминием, образуя на его поверхности оксидную плёнку, мало соответствуют реальному механизму электрохимического анодирования.

Основное отличие анодного оксидирования от других промышленных электролитических процессов может быть продемонстрирован посредством схемы приведенный ниже.

Рис. 1. Прохождение тока в растворе при анодировании.

Как показано на рисунке при анодировании используются электроды: если электроды изготовлены из платины или другого металла, не растворяющегося на аноде или положительном электроде, то кислород выделяется на аноде, а водород на катоде. В кислоте металл не растворяется. Анод, изготовленный из меди, растворяется в кислоте и вновь осаждается на катоде. На этом принципе основаны многие электролитические процессы осаждения металлов. Если анод изготовлен из алюминия, то катодом обычно является алюминий или свинец. При прохождении тока алюминий не алюминиевый анод не растворяется подобно меди, а кислород практически не выделяется. В то же время большая часть кислорода соединяется с алюминием и образует слой пористого оксида алюминия. Водород выделяется на катоде.

Масса образованного оксида алюминия прямо пропорциональна плотности тока и времени его прохождения, т.е. количеству потребленного электрического тока. Образование анодного покрытия зависит от химического состава анодирующего электролита и выбранного режима электролиза. Некоторые используемые для анодирования электро­литы вообще не оказывают растворяющего воздействия на оксидное покрытие или растворяют его в незначительной степени. Это приводит к быстрому завершению процесса и образованию тонкой пленки, кото­рая обычно называется барьерной. Толщина слоя регулируется только электрическим напряжением и составляет

приблизительно 1/700 мкм/В. Такой вид покрытия обычно получают в растворах боратов, борной кислоты или тартратах (солях винной кислоты).Если электролит обладает определенным растворяющим действием, процесс оксидирования не прекращается и образуется пористая пленка.

Диаметр пор и толщина барьерного слоя прямо пропорциональны величине подаваемого электрического напряжения независимо от типа электролита и температуры. В связи с этим изменение режима анодиро­вания позволяет изменять такие физические свойства покрытия, как твердость, износостойкость и плотность.

В настоящее время АОА применятеся в таких областях знаний и науки, как: производство газоселективных мембран наносенсоров, наноэлектроника, и даже как источник позитрониев для эксперимента по измерению массы антиводорода.