vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2019-64-2-157-165vestift-436Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYИсследование влияния термообработки на микротвердость и износостойкость покрытий из анодного оксида алюминия, модифицированных наноалмазамиResearch of effect of heat treatment on microhardness and wearing resistance of anodic oxide aluminum coatings modified by nano diamondsГусаковГ. А.GusakovG. A.

Гусаков Григорий Анатольевич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

ул. Курчатова, 7, 220045, Минск

Grigorii A. Gusakov – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher

7, Kurchatov Str., 220045, Minsk

gga68@rambler.ruГасенковаИ. В.GasenkovaI. V.

Гасенкова Ирина Владимировна – доктор физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник

Логойский тракт, 22, 220090, Минск

Irina V. Gasenkova – Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Leading Researcher

22, Logoiskii trakt, 220090, Minsk

gasenkova@oelt.basnet.byМухуровН. И.MukhurovN. I.

Мухуров Николай Иванович – доктор технических наук, заведующий лабораторией

Логойский тракт, 22, 220090, Минск

Nikolai I. Mukhurov – Dr. Sc. (Engineering), Head of the Laboratory

22, Logoiskii trakt, 220090, Minsk

n.mukhurov@dragon.bas-net.byШароновГ. В.SharonovG. V.

Шаронов Геннадий Викторович – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией

ул. Курчатова, 7, 220045, Минск

Genadii V. Sharonov – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory

7, Kurchatov Str., 220045, Minsk

sharonov@hotmail.ruИнститут прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университетаA. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State UniversityГосударственное научно-производственное объединение «Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника»State Scientific and Production Association “Optics, Optoelectronics and Laser Technology”201929062019642157165Copyright © Гусаков Г.А., Гасенкова И.В., Мухуров Н.И., Шаронов Г.В., 20192019Гусаков Г.А., Гасенкова И.В., Мухуров Н.И., Шаронов Г.В.Gusakov G.A., Gasenkova I.V., Mukhurov N.I., Sharonov G.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/436

Приводятся результаты исследования влияния добавок ультрадисперсных алмазов (УДА) с различным функциональным составом поверхности в кислотный электролит для формирования покрытий из пористого анодного оксида алюминия на поверхности подложек из сплава алюминия АМг-2 путем электрохимического окисления. УДА модифицировались последовательной термообработкой при 40 °С и 120 °С. Результаты модификации поверхности УДА контролировались методом ИК-спектроскопии. Анализ модифицированной поверхности проводился с помощью микротвердомера типа ПМТ-3, атомно-силового микроскопа SolverPro P47 и экспериментального электрометрического прибора. Отмечается повышение микротвердости и износостойкости покрытий из анодного оксида, сформированных на подложках из алюминиевого сплава, после различных постростовых термообработок. Показано, что, используя комбинированный способ, который основан на легировании анодного оксида алюминия в процессе синтеза модифицированными УДА и постростового отжига покрытий в вакууме при Т = 500 °С, можно создать композиционный материал, обладающий в 2 раза более высокой твердостью и в 3 раза более высокой износостойкостью по сравнению с исходным покрытием. Результаты исследований могут быть использованы при создании нового поколения радиационно-стойких теплоотводящих оснований, нано- и микромеханических устройств, элементов пассивной и активной электроники, высококачественных деталей для космических аппаратов и спутников на современных композиционных материалах.

Anodizing of aluminum and its alloys is widely used in various fields of science and technology. The process of modifying porous anodic aluminum oxide with ultradispersed diamond (UDD) particles to improve the mechanical characteristics of coatings requires additional study. UDD was modified by consistent heat treatment at 40 °C and 120 °C. The results of the UDD surface modification were controlled by IR spectroscopy. The surface state analysis was carried out using the PMT-3 microhardnessmeter, the SolverPro P47 atomic-force microscope (AFM), and the experimental probe-electrometry device. One of the ways to improve the mechanical characteristics of such coatings is the use of ultradispersed diamonds with respective pretreatment of their surface. The article presents the results of a study of the influence of additives of ultradispersed diamonds with different functional surface composition in an acid electrolyte to form coatings of porous anodic alumina on the surface of AMg-2 aluminum alloy substrates by electrochemical oxidation. An increase in the microhardness and wear resistance of anodic oxide coatings formed on aluminum alloy substrates after various post-growth heat treatments is noted. It is shown that using a combined method based on doping anodic alumina in the process of synthesis with modified ultradispersed diamonds and post-growth annealing of the coatings obtained in vacuum at T = 500 °C, it is possible to obtain a composite material that is 2 times higher in hardness and 3 times higher in wear resistance compared to the initial coating. The research results can be used to create a new generation of radiation-resistant heat-removing bases, nano and micromechanical devices, elements of passive and active electronics, high-quality parts for spacecraft and satellites on modern composite materials.

анодный оксид алюминияультрадисперсные алмазытермообработкамикротвердостьизносостойкостьanodic aluminum oxideultradispersed diamondsheat treatmentmicrohardnesswear resistanceReferencesХенли, В. Ф. Анодное оксидирование алюминия и его сплавов / В. Ф. Хенли; под ред. В. С. Синявского. – М.: Металлургия, 1986. – 153 с.Henli V. F. Anodic Oxidation of Aluminium and its Alloys. Pergamon, 1982. 180 p. https://doi.org/10.1016/c2013-0-03472-xЛыньков, Л. М. Микроструктуры на основе анодной алюмооксидной технологии / Л. М. Лыньков, Н. И. Мухуров. – Минск: Бестпринт, 2002. – 216 с.Lyn’kov L. M., Muhurov N. I. Microstructures based on anodic alumina technology. Minsk, Bestprint Publ., 2002. 216 p. (in Russian).Сокол, В. А. Анодные оксиды алюминия / В. А. Сокол. – Минск: Бестпринт, 2011. – 431 с.Sokol V. A. Anodic Aluminum Oxide.Minsk, Bestprint Publ., 2011. 431 p. (in Russian).Елисеев, А. А. Функциональные наноматериалы / А. А. Елисеев, А. В. Лукашин; под ред. Ю. Д. Третьякова. – М.: Физматлит, 2010. – 452 с.Eliseev A. A., Lukashin A. V., Tret’yakov Yu. D. (ed.). Functional Nanomaterials. Moscow, Fizmatlit Publ., 2010. 452 p. (in Russian).Гаврилов, С. А. Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники / С. А. Гаврилов, А. Н. Белов. – М.: Высш. образование, 2009. – 258 с.Gavrilov S. A., Belov A. N. Electrochemical Processes in Micro and Nanoelectronics Technology. Moscow, Vysshee obrazovanie Publ., 2009. 258 p. (in Russian).Oxidation of Aluminum in the Presence of Nanodiamond Additives / G. K. Burkat [et al.] // J. Superhard Mater. – 2017. – Vol. 39, № 5. – P. 319–325. https://doi.org/10.3103/S1063457617050033Burkat G. K., Dolmatov V. Yu., Safronova I. V., Malygin A. A., Myllymäki V., Vehanen A., Nguyen Thi Thanh Binh. Oxidation of Aluminum in the Presence of Nanodiamond Additives. Journal of Superhard Materials, 2017, vol. 39, iss. 5, pp. 319–325. https://doi.org/10.3103/S1063457617050033Наноалмазы детонационного синтеза: получение и применение / П. А. Витязь [и др.]. – Минск: Беларус. наву-ка, 2013. – 381 с.Vitjaz’ P. A., Zhornik V. I., Il’yuschenko A. F., Senyut’ V. T., Komarov A. I., Korzhenevskii A. P., Ivakhnik A. V. Detonation Synthesis Nanodiamonds: Preparation and Application. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2013. 381 p. (in Russian).Детонационные наноалмазы: технология, структура, свойства и применения / под ред. А. Я. Вуля, О. А. Шендеровой. – М.: Изд-во Физ.-техн. ин-та им. А. Ф. Иоффе РАН, 2016. – 379 с.Aleksenskii A. E., Dideikin A. T., Eydelman E. D., Osipov V. Yu., Shenderova O. A., Vul’ A. Ya. Detonation Nanodiamonds: Technology, Structure, Properties and Applications.Moscow, Ioffe Institute Publ., 2016. 379 p. (in Russian).НП ЗАО «СИНТА»: производство наноалмазов, наноуглеродных и наноалмазных добавок [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sinta.biz/nanoalmazy – Дата доступа: 08.02.2019.NP CSC “SINTA”: Production of nanodiamonds, nanocarbon and nanodiamond additives Available at: http://sinta. biz/nanoalmazy (accessed 8 February 2019) (in Russian).Оптические свойства гидрозолей детонационных наноалмазов / А. Е. Алексенский [и др.] // Физика твердого тела. – 2012. – Т. 54, вып. 3. – С. 541–548.Aleksenskii A. E., Vul’ A. Ya., Konyakhin S. V., Reich K. V., Sharonova L. V., Eidel’man E. D. Optical properties of detonation nanodiamond hydrosols. Physics of the Solid State, 2012, vol. 54, iss. 3, pp. 578–585. https://doi.org/10.1134/S1063783412030031Влияние функционального состава поверхности на свойства водных суспензий ультрадисперсных алмазов / Н. В. Белько [и др.] // Актуальные проблемы физики твердого тела: сб. докл. VIII Междунар. науч. конф., Минск, 24–28 сент. 2018 г.: в 3 т. / НПЦ НАН Беларуси по материаловедению; редкол.: Н. М. Олехнович [и др.]. – Минск, 2018. – Т. 3. – С. 15–17.Bel’ko N. V., Tabolich A. A., Lugovskii A. A., Parhomenko V. A., Gusakov G. A. The influence of the functional composition of the surface on the properties of water suspensions of ultrafine diamonds. Aktual’nye problemy fiziki tverdo- go tela: sb. dokl. VIII Mezhdunar. nauch. konf., Minsk, 24–28 sent. 2018 g. T. 3 [Actual problems of solid state physics: Sat. report VIII Intern. scientific conf., Minsk, 24–28 September 2018. Vol. 3]. Minsk, Scientific-Practical Materials Research Centre of NAS of Belarus, 2018, pp. 15–17 (in Russian).Gusakov, G. A. Modification of the Ultradispersed Diamonds Surface by Vacuum Heat Treatment / G. A. Gusakov, G. V. Sharonov // Proceedings of the 2018 IEEE 8 th International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties (NAP-2018), Zatoka, Ukraine, September 9–14, 2018: in 4 pt. – Sumy, Sumy State University, 2018. – Pt. 2. – P. 02CBM03-1–02CBM03-4.Gusakov G. A., Sharonov G. V. Modification of the Ultradispersed Diamonds Surface by Vacuum Heat Treatment. Proceedings of the 2018 IEEE 8 th International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties (NAP-2018), Zatoka, Ukraine, September 9–14, 2018. Pt. 2.Sumy, Sumy State University, 2018, pp. 02CBM03-1–02CBM03-4.Krueger, A. The structure and reactivity of nanoscale diamond / A. Krueger // J. Mater. Chem. – 2008. – Vol. 18, № 13. – P. 1485–1492. https://doi.org/10.1039/b716673gKrueger A. The structure and reactivity of nanoscale diamond. Journal of Materials Chemistry, 2008, vol. 18, no. 13, pp. 1485–1492. https://doi.org/10.1039/b716673gСедиментационная устойчивость водных суспензий ультрадисперсных алмазов / А. А. Таболич [и др.] // Материалы и структуры современной электроники: материалы VIII Междунар. науч. конф., Минск, 10–12 окт. 2018 г. / редкол.: В. Б. Оджаев (отв. ред.) [и др.]. – Минск: БГУ, 2018. – С. 338–341.Tabolich A. A., Bel’ko N. V., Lugovskii A. A., Parhomenko V. A., Gusakov G. A. Sedimentation stability of water suspensions of ultrafine diamonds. Materialy i struktury sovremennoi elektroniki: materialy VIII Mezhdunar. nauch. konf., Minsk, 10–12 okt. 2018 g. [Materials and structures of modern electronics: materials of the VIII International. scientific conf., Minsk, 10–12 October 2018]. Minsk, Belarusian State University, 2018, pp. 338–341 (in Russian).Контроль металлических поверхностей, обработанных алмазным наноточением, по работе выхода электрона / Г. В. Шаронов [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2015. – Т. 6, № 2. – С. 196–203.Sharonov G. V., Zharin A. L., Muhurov N. I., Panteleev K. V. Control of metal surfaces machined in accordance with the diamond nanomachining technology based on the electron work function. Pribory i metody izmerenii = Devices and Methods of Measurements, 2015, vol. 6, no. 2, pp. 196–203 (in Russian).Совершенствование технологии изготовления и контроля качества зеркал-отражателей из алюминиевого сплава / Г. В. Шаронов [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Cер. фiз.-тэхн. навук. – 2018. – Т. 63, № 3. – C. 351–357. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-3-351-357Sharonov G. V., Gusakov G. A., Zharin A. L., Tyavlovskii A. K., Muhurov N. I. Improvement of technology of manufacturing and control of quality of mirrors-reflectors from aluminium alloy. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2018, vol. 63, no. 3, pp. 351–357 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-3-351-357Mata-Zamora, M. E. Thermal evolution of porous anodic alumina: a comparative study / М. E. Mata-Zamora, J. M. Saniger // Rev. Mex. Fis. – 2005. – Vol. 51, № 5. – P. 502–509.Mata-Zamora M. E., Saniger J. M. Thermal evolution of porous anodic alumina: a comparative study. Revista Mexicana de Física, 2005, vol. 51, no. 5, pp. 502–509.New and modified anodic alumina membranes. Part I. Thermotreatment of anodic alumina membranes / P. P. Mardilovich [et al.] // J. Membrane Sci. – 1995. – Vol. 98, iss. 1–2. – P. 131–142. https://doi.org/10.1016/0376-7388(94)00184-ZMardilovich P. P., Govyadinov A. N., Mukhurov N. I., Rzhevkii A. M., Paterson R. New and modified anodic alumina membranes. Part I. Thermotreatment of anodic alumina membranes. Journal of Membrane Science, 1995, vol. 98, iss. 1–2, pp. 131–142. https://doi.org/10.1016/0376-7388(94)00184-ZOxidation of Aluminum in the Presence of Nanodiamond Additives / G. K. Burkat [et al.] // J. Superhard Mater. – 2017. – Vol. 39, № 5. – P. 319–325. https://doi.org/10.3103/s1063457617050033Burkat G. K., Dolmatov V. Yu., Safronova I. V., Malygina A. A., Myllymäkic V., Vehanen A., Nguyen Thi Thanh Binh. Oxidation of Aluminum in the Presence of Nanodiamond Additives. Journal of Superhard Materials, 2017, vol. 39, no. 5, pp. 319–325. https://doi.org/10.3103/s1063457617050033DSC study of alumina materials – applicability of transient DSC (Tr-DSC) to anodic alumina (AA) and thermoanalytical study of AA / R. Ozao [et al.] // Thermochim. Acta. – 2000. – Vol. 352–353. – P. 91-97. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(99)00443-8Ozao R., Ochiai M., Ichimura N., Takahashy H., Inada T. DSC study of alumina materials – applicability of transient DSC (Tr-DSC) to anodic alumina (AA) and thermoanalytical study of AA. Thermochimica Acta, 2000, vol. 352–353, pp. 91–97. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(99)00443-8Кощеев, А. П. Термодесорбционная масс-спектрометрия в свете решения проблемы паспортизации и унификации поверхностных свойств детонационных наноалмазов / А. П. Кощеев // Рос. хим. журн. – 2008. – Т. LII, № 5. – С. 88–96.Koshcheev A. P. Thermodesorption mass spectrometry in the light of solution of the problem of certification and unification of the surface properties of detonation nano-diamonds. Russian Journal of General Chemistry, 2009, vol. 79, no. 9, pp. 2033–2044. https://doi.org/10.1134/s1070363209090357Photoluminescent properties of nanoporous anodic alumina doped with manganese ions / I. V. Gasenkova [et al.] // J. Lumin. – 2017. – Vol. 185. – P. 298–305. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.01.030Gasenkova I. V., Mukhurov N. I., Zhvavyi S. P., Kolesnik E. E., Stupak А. P. Photoluminescent properties of nanoporous anodic alumina doped with manganese ions. Journal of Luminescence, 2017, vol. 185, pp. 298–305. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.01.030

The authors declare that there are no conflicts of interest present.