Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

ELECTROCHEMICAL ANODIZING OF METALS AND ALLOYS SINTERED POWDERS N. M. Iakovleva, K. V. Stepanova, A. N. Kokatev, A. M. Shulga, E. A. Chupakhina, S. G. Vasilyev Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia A b stra c t The report focuses on the problem of powdered metals and alloys nanostructuring via electrochemical anodizing. The study brings together outputs of investigation of fabrication, structure and functional properties of self-organised nanostructured anodic oxide films, formed on Ti, Nb and Ti-Al, Ti-Al-Nb sintered powders in fluorine-containing electrolytes. Keywords: anodizing, electrochemical, nanoporous, nanotubular, oxide films, porous powder materials, titanium sponge, niobium powder, powder alloys, structure. Известно, что при анодировании Ta, Nb, Al, Ti, W, Zr, H f и ряда других металлов в слабых водных растворах кислот, не растворяющих формирующуюся оксидную пленку, на их поверхности образуются плотные (или барьерные) АОП с диэлектрическими свойствами [1]. Этот факт предопределил их применение в качестве диэлектрических слоев, например, в электролитических и оксидно-полупроводниковых конденсаторах (ОПК). Кроме того, электрохимическим анодированием в растворах электролитов на поверхности металлов и сплавов могут быть сформированы так называемые самоорганизованные оксидные пленки, содержащие регулярно расположенные наноразмерные структурные элементы (трубки или поры). Соответственно, принято различать два типа самоорганизованных АОП: пористые и трубчатые с различными морфологическими характеристиками. Такие оксиды состоят из тонкого барьерного слоя, прилегающего к металлу, и толстого пористого, представляющего совокупность гексагонально упакованных пор/трубок, перпендикулярных металлической подложке [2]. Нанотрубчатый анодный оксид титана (НТАОТ), впервые полученный в 1999 г/ при анодировании титана во фторсодержащих электролитах, вызывает большой интерес благодаря уникальной самоорганизованной структуре и потенциальной возможности управления ее размерными параметрами, что обеспечивает широкий диапазон применений НТАОТ. В частности, электрохимическое анодирование, формирующее на поверхности титана биоактивный нанотрубчатый слой TiO2, является перспективным методом модификации поверхности титановых имплантатов, поскольку приводит к увеличению удельной поверхности имплантата, улучшает коррозионную стойкость, способствует гидрофильности и, таким образом, значительно улучшает биосовместимость по сравнению с немодифицированными поверхностями [3-5]. Впоследствии АОП такого вида были сформированы во фторсодержащих электролитах и на других металлах (Zr, Nb, Ta и Pb). Установлено, что пористые анодно-оксидные пленки на Nb и Та могут быть эффективно использованы в газовых сенсорах, катализаторах, электролитических конденсаторах и электрохромных устройствах, а также тонкопленочных литий-ионных батареях [6], что обуславливается такими их свойствами, как высокая удельная поверхность, хорошая адгезия к подложке, биосовместимость, антибактериальная активность. Таким образом, к настоящему моменту получен целый ряд анодных оксидов с самоупорядоченной нанопористой или нанотрубчатой структурой, благодаря которой они имеют огромный спектр как реализованных, так и потенциальных применений. Считается, что основой формирования самоорганизованных оксидных структур является синергия процессов роста и растворения оксидной пленки, реализующаяся под действием электрического поля [7, 8]. До настоящего времени изучались практически только нанопористые и нанотрубчатые АОП, полученные на поверхности металлической фольги и жести. Исключением являются работы, посвященные формированию биоактивных анодных оксидных покрытий на поверхности пористого титана [9, 10] и спеченных порошков TiA l [ 11]. Тогда как исследование анодирования спеченных порошков металлов и сплавов является весьма перспективным, поскольку формирование наноструктурированной анодной оксидной пленки на поверхности частиц порошка приведет к заметному увеличению удельной поверхности образца и росту химической активности. Имеющаяся же информация об анодировании порошковых металлов и сплавов ограничена изучением роста барьерных пленок, существенных данных о формировании пористых АОП при анодировании порошков в литературе не представлено. В соответствии с вышесказанным, изучение возможностей анодной модификации порошковых металлических материалов является весьма актуальной задачей, открывает перспективы создания новых функциональных наноматериалов. В данной работе обобщаются результаты исследования процесса анодирования во фторсодержащих водных электролитах 10 % ^ S O 4 + (0 ,15 -1,0 % HF) порошковых металлов (Ti, Nb) и сплава Ti — A l — Nb. Анодирование пористых порошковых материалов из губчатого титана Для модификации поверхности пористых порошковых материалов (ППМ) из губчатого титана было применено анодирование во фторсодержащем электролите на основе водного раствора серной кислоты: 10 % Н ^ 0 4+ 0 ,15 % HF. Известно [3], что использование данного электролита при анодировании компактного титана позволяет сформировать на его поверхности нанотрубчатые АОП толщиной до 500 нм. 480