Исследование защитно-декоративных нанокомпозитных анодных покрытий черного цвета на алюминиевом сплаве АМг5

Широко используемое нанокомпозитное покрытие представляет собой пористый анодный оксид алюминия, окрашенный осажденными в поры частицами металлов или их соединений. Внедрение в поры рассеивающих свет частиц наноразмерного диаметра меняет оптические свойства анодного оксида, а иммобилизация наночастиц металла в порах обеспечивает их устойчивость к коррозии. В работе представлены результаты исследования защитно-декоративных покрытий черного цвета на поверхности алюминиевого сплава АМг5. Морфологию поверхности образцов анализировали с помощью атомной силовой микроскопии, электрофизические свойства – методом электрохимической импедансной спектроскопии. Выполнено изучение кинетики роста анодного покрытия, определены оптимальные условия формирования на поверхности сплава регулярно пористого оксидного покрытия толщиной 10 – 12 мкм с диаметром регулярных пор 15 ± 5 нм. Показано, что последующее электрохимическое окрашивание в течение 15 мин дает возможность получить черный цвет покрытий за счет осаждения в поры наночастиц Cu и/или CuO. Моделирование электрических эквивалентных схем позволило выделить и рассчитать электрические параметры, отвечающие различным слоям, выявить их закономерные изменения после окрашивания и гидротермальной обработки. Установлена высокая коррозионная стойкость электрохимически окрашенных анодированных образцов сплава, подвергнутых гидротермальной обработке. Полученные результаты могут быть использованы при применении защитно-декоративных анодных покрытий для изготовления, например, панелей солнечных батарей благодаря высокому поглощению и низкой отражательной способности черного покрытия.

1. Позняк А. А. Модифицированный анодный оксид алюминия и композитные материалы на его основе: монография. — Минск: ЦентрБГУ, 2007. — 251 с.

2. Яковлева Н. М., Кокатев А. Н., Чупахина Е. А. и др. Наноструктурирование поверхности металлов и сплавов. Ч. 1. Наноструктурированные анодно-оксидные пленки на Al и его сплавах / Конденсированные среды и межфазные границы. 2015. Т. 17. № 2. С. 137 – 152.

3. Яковлева Н. М., Яковлев А. Н., Гафиятуллин М. М., Денисов А. И. Компьютерная диагностика мезоскопической структуры нанопористых оксидов алюминия / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75. № 2. С. 21 – 26.

4. Шизби П., Пиннер Р. Обработка поверхности и отделка алюминия / Пер. с англ. — М.: Алюсил МВиТ, 2011. — 1416 с.

5. Францевич И. Н. Анодные окисные покрытия на легких сплавах. — Киев: Наукова думка, 1977. — 260 с.

6. Аверьянов Е. Е. Справочник по анодированию. — М.: Машиностроение, 1988. — 224 с.

7. Tsangaraki-Kaplanoglou I., Theohari S., Dimogerontakis Th., et al. An investigation of electrolytic coloring process of anodized aluminum coatings / Surf. Coat. Technol. 2006. Vol. 201. P. 2749 – 2759. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.05.027

8. Shih H.-H., Huang Yu.-C. Study on the black electrolytic coloring of anodized aluminum in cupric sulfate / J. Mater. Process. Technol. 2008. Vol. 208. Issue 1 – 3. P. 24 – 28. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2007.12.119

9. Girginov Ch., Kanazirski I., Dimitrov T., Todorov V. Electrolytic colouring of anodic alumina films in metal ions containing solution. Part 2. Electrolytic colouring in CuSO4 containing solution / J. Univ. Chem. Technol. Metall. 2012. Vol. 47. N 2. P. 193 – 196.

10. Shaffei M. F., Awad A. M., Hussein H. S., Mohammed M. S. Nano structured aluminum oxide black coating for solar panels: double anodization using much improved energy saving process / ARPN J. Eng. Appl. Sci. 2015. Vol. 10. N 18. P. 7983 – 7990.

11. Shaffei M. F., Hussein H. S., Abouelata A. M., et al. Effect of sealing on characteristics of nano-porous aluminum oxide as black selective coatings / Cleaner Engineering and Technology. 2021. Vol. 4. P. 100156. DOI: 10.1016/j.clet.2021.100156

12. Girginov Ch., Kozhukharov S., Kiradzhiyska D., Mancheva R. Characterization of porous anodic alumina with AC-incorporated silver / Electrochim. Acta. 2018. Vol. 292. P. 614 – 627. DOI: 10.1016/j.electacta.2018.08.152

13. Kozhukharov S., Girginov Ch., Kiradzhiyska D., et al. Evaluation of the electrochemical performance of Ag containing AAO layers after extended exposure to a model corrosive medium / J. Electrochem. Sci. Eng. 2020. Vol. 10(4). P. 317 – 334. DOI: 10.5599/jese.820

14. Gonzalez J., Lopez V., Otero E., Bautista A. Postsealing changes in porous aluminium oxide films obtained in sulfuric acid solutions / J. Electrochem. Soc. 2000. Vol. 147. N 3. P. 984 – 990. DOI: 10.1149/1.1393301

15. Ono S., Asoh H. Mechanism of hot water sealing of anodic films formed on aluminum / Corr. Sci. 2021. Vol. 181. P. 109221. DOI: 10.1016/j.corsci.2020. 109221

16. Гнеденков C. В., Синебрюхов С. Л., Сергиенко В. И. Композиционные многофункциональные покрытия на металлах и сплавах, формируемые плазменным электролитическим оксидированием. — Владивосток: Дальнаука, 2013. — 460 с.

17. Семкина Е. В., Токарева И. А., Байрачный Б. И. Электрохимическая импедансная спектроскопия анодных оксидов алюминия и ниобия / Труды Одесского политехнического университета. 2013. Вып. 3(42). С. 216 – 220.

18. López V., Bartolomé M., Escudero E., et al. Comparison by SEM, TEM and EIS of Hydrothermally Sealed and Cold Sealed Aluminum Anodic Oxides / J. Electrochem. Soc. 2006. Vol. 153. N 3. P. B75 – B82. DOI: 10.1149/1.2163811

19. Franco M., Anoop S., Uma Rani R., Sharma A. Porous Layer Characterization of Anodized and Black-Anodized Aluminium by Electrochemical Studies / ISRN Corros. Vol. 2012. Art. ID 323676. P. 12. DOI: 10.5402/2012/323676

20. Girginov Ch., Kozhukharov S., Milanes M. Durability of anodic aluminum oxide (AAO) films formed on technically pure AA1050 alloy against corrosion / Bulg. Chem. Comm. 2018. Vol. 50. Issue A. P. 6 – 12.

21. Boisier G., Pébère N., Druez C., et al. FESEM and EIS Study of Sealed AA2024 T3 Anodized in Sulfuric Acid Electrolytes: Influence of Tartaric Acid / J. Electrochem. Soc. 2008. Vol. 155. N 11. P. C521 – C529. DOI: 10.1149/1.2969277

22. Оськин К. И., Яковлева Н. М., Чупахина Е. А. и др. Изучение окрашенных анодированных покрытий на алюминиевом сплаве методом электрохимической импедансной спектроскопии / Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение. 2021. Т. 11. Вып. 5. ¹ 2. С. 197 – 204.

23. EIS Spectrum Analyzer Help / ABS ChemistRy. http://www.abc. chemistry.bsu.by/vi/analyser/help.html. (accessed 30.11.2022)

24. Модуль обработки изображений Image Analysis P9. Справочное руководство. — М., 2011. — 206 с.

25. Яковлева Н. М., Шульга А. М., Степанова К. В. и др. Микроконусные анодно-оксидные пленки на спеченных порошках ниобия / Конденсированные среды и межфазные границы. 2020. Т. 22(1). С. 124 – 134. DOI: 10.17308/kcmf.2020.22/2536

26. Marinello F., Pezzuolo A. Application of ISO 25178 standard for multiscale 3D parametric assessment of surface topographies / IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2019. Vol. 275. P.012011. DOI: 10.1088/1755-1315/275/1/012011

27. Одынец Л. Л., Орлов В. М. Анодные оксидные пленки. — Л.: Наука, 1990. — 200 с.