Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

в результате анодирования в водном фторсодержащем электролите 10% H2SO4+0.15% HF на поверхности ППМ происходит формирование самоорганизованной нанопористой анодно-оксидной пленки с диаметром пор в диапазоне от 25 до 60 нм. Установлена перспективность применения метода полуконтактной атомно-силовой микроскопии (АСМ) для исследования и анализа структуры нанопористых анодно-оксидных пленок (АОП) на губчатом Ti. Проведено сравнение результатов, полученных методом АСМ, с данными СЭМ. Ключевые слова : титан, губчатый, оксидные покрытия, анодирование, нанопористый, атомно-силовая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, морфология поверхности. ANODIZING INFLUENCE ON SURFACE MORPHOLOGY OF SPONGE POWDER TITANIUM A.N. Kokatev1, K.V. Stepanova1, N.M. Iakovleva1, A.I. Sheluhina2, V.E. Tolstik2 Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia 2Powder Metallurgy Institute o f the NAS o f Belarus, Minsk, Belarus Abstract The surface structure of sponge powder Ti samples produced by traditional technology of steel punches pressing have been studied before and after anodizing. It has been shown that after anodizing in aqueous fluoride-containing electrolyte 10% H2SO4+0.15%HF the self-organized nanoporous anodic oxide films are formed on their surface. The pore size is from 25 up to 60 nm. On the basis of a F m and SEM analysis it is possible to conclude that the technique of semi contact AFM is applicable to study the surface structure of nanoporous anodic oxide films (AOF) formed on the sponge Ti. The results obtained by AFMcorrespond to the SEM data. Keywords: titanium, sponge, oxide coatings, anodizing, nanoporous, atomic force microscopy, scanning electron microscopy, surface morphology. Пористые порошковые материалы из губчатых порошков Ti, получаемые методами обработки давлением и спеканием, обладают комплексом уникальных физических, физико-химических и биохимических свойств, среди которых бактерицидный эффект, биоцидное действие на микроорганизмы и простейшие в водных средах, остеоинтеграция с костной тканью и другие. Эти свойства выделяют их как среди пористых порошковых материалов других металлов, так и порошков Ti аналогичного химического состава со сферической формой частиц. Такие особенности свойств материалов из губчатых порошков Ti определяются структурой поверхности частиц порошка и, соответственно, поверхности пор ППМ из этих частиц [1]. Перспективным методом повышения удельной поверхности ряда металлов, таких как Al, Ti, Nb, Ta и некоторых других, является электрохимическое оксидирование или анодирование (т.е. анодная поляризация в растворах электролитов), приводящее к формированию оксидных пленок с системой регулярно расположенных пор/трубок наноразмерного диаметра. АОП с уникальным самоорганизованным пористым или трубчатым строением входят в широко изучаемую группу наноструктурированных материалов. Они состоят из тонкого барьерного слоя, прилегающего к металлу, и толстого пористого, представляющего совокупность гексагонально упакованных пор или трубок, перпендикулярных металлической подложке. Интерес к ним обусловлен как уникальной самоорганизованной структурой, так и широким спектром реализованных и потенциальных применений, например, в наноэлектронике, фотокаталитике, медицине, что во многом стимулируется экологичностью процесса получения [ 2 ]. Особенностям роста анодных оксидов на поверхности монолитного титана посвящено достаточно много работ, выполненных под руководством P. Schmuki [3, 4], J. Zhao [5, 6 ], C. Grimes [7, 8 ] и др. Обычно, анодирование Ti при различных параметрах процесса приводит к формированию АОП, характеризующихся нанотрубчатой структурой, тогда как для получения пористых оксидных пленок требуется применение специальных и длительных методик анодирования [2]. В работе [7] было впервые выполнено анодирование во фторсодержащем водном электролите 10% H 2 SO 4 + 0.15% HF образцов спеченного порошкового сплава Ti-40%Al и показано, что на поверхности микрочастиц порошка возможно формирование самоорганизованной нанопористой оксидной пленки с эффективным диаметром основных пор <d„> = (70 ± 10) нм. Весьма актуально изучение анодирования ППМ из губчатого порошка Ti, поскольку формирование нанопористой АОП на поверхности частиц порошка позволит не только повысить их коррозионную стойкость, но и значительно увеличить удельную поверхность, что, в свою очередь, должно вызывать усиление бактерицидных, биосовместимых и биоцидных свойств. Анализ литературы показал, что на данный момент сведения о получении и исследовании морфологии АОП на поверхности образцов из губчатого порошка Ti отсутствуют. Целью данной работы является изучение влияния анодирования во фторсодержащем электролите на морфологию поверхности ППМ из губчатого порошка Ti методами АСМ и СЭМ. Объектами исследования являлись образцы ППМ, изготовленные из губчатого порошка технически чистого Ti марки ТПП (ТУ 1791-449-05785388-2010) фракции 0.63-1.0 мм в виде дисков диаметром 30 и толщиной 2-3 мм одноосным прессованием стальными пуансонами в металлической пресс-форме при давлениях 376