Исследование влияния термообработки на микротвердость и износостойкость покрытий из анодного оксида алюминия, модифицированных наноалмазами

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.

1. Хенли, В. Ф. Анодное оксидирование алюминия и его сплавов / В. Ф. Хенли; под ред. В. С. Синявского. - М.: Металлургия, 1986. - 153 с.

2. Лыньков, Л. М. Микроструктуры на основе анодной алюмооксидной технологии / Л. М. Лыньков, Н. И. Мухуров. - Минск: Бестпринт, 2002. - 216 с.

3. Сокол, В. А. Анодные оксиды алюминия / В. А. Сокол. - Минск: Бестпринт, 2011. - 431 с.

4. Елисеев, А. А. Функциональные наноматериалы / А. А. Елисеев, А. В. Лукашин; под ред. Ю. Д. Третьякова. - М.: Физматлит, 2010. - 452 с.

5. Гаврилов, С. А. Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники / С. А. Гаврилов, А. Н. Белов. - М.: Высш. образование, 2009. - 258 с.

6. 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/S1063457617050033

7. Наноалмазы детонационного синтеза: получение и применение / П. А. Витязь [и др.]. - Минск: Беларус. наву-ка, 2013. - 381 с.

8. 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.

9. НП ЗАО «СИНТА»: производство наноалмазов, наноуглеродных и наноалмазных добавок [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://sinta.biz/nanoalmazy - Дата доступа: 08.02.2019.

10. Оптические свойства гидрозолей детонационных наноалмазов / А. Е. Алексенский [и др.] // Физика твердого тела. - 2012. - Т. 54, вып. 3. - С. 541-548.

11. Влияние 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.

12. 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.

13. 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/b716673g

14. Седиментационная 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.

15. 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.

16. 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/10.29235/1561-8358-2018-63-3-351-357

17. Mata-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.

18. 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-Z

19. 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/s1063457617050033

20. DSC 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)00443-8

21. Кощеев, 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.

22. Photoluminescent 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.2017.01.030