Способ получения наноразмерного пористого анодного оксида алюминия

Авторы патента:

Козырев Евгений Николаевич (RU)

Филоненко Валентина Ивановна (RU)

Беляева Татьяна Николаевна (RU)

Аскеров Роман Олегович (RU)

C25D11/06 - из электролитов

B82B1/00 - Наноструктуры

Владельцы патента RU 2645237:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ) (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в области электронной промышленности. Способ включает формирование анодным окислением алюминиевого образца слоя пористого анодного оксида, который удаляют селективно по отношению к алюминию, формирование анодным окислением алюминия основного слоя пористого анодного оксида алюминия, отличающийся тем, что формирование удаляемого и основного слоев проводят в гальваностатическом режиме при постоянной температуре 5-10°C и плотности тока 5-15 мА/см² в электролите следующего состава, г/л: ортофосфорная кислота 58,8-176,0, янтарная кислота 4-6, молибдат аммония 1-4, глицерин 1-3. Технический результат заключается в повышении твердости пористого анодного оксида алюминия и упрощении процесса анодного окисления. 1 табл.

Изобретение относится к области нанотехнологии и наноэлектроники, в частности к получению пористых наноматериалов, используемых в электронной промышленности, например в фотонике.

Известен способ получения пористого оксида алюминия путем анодного окисления алюминия, который включает создание на поверхности алюминия отпечатка с использованием литографически изготовленной матрицы, представляющей собой массив наноразмерных элементов, и последующее двойное анодирование алюминия. Продемонстрирована возможность создания упорядоченных массивов с периодом 100, 150, 200 нм [см. патент Японии JP №4647812, МПК⁷ C25D 11/04, опубл. 24.03.2008 г.].

Недостатком способа является недостаточная твердость пористого анодного оксида алюминия и сложность технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения пористого анодного оксида алюминия, включающий формирование анодным окислением алюминиевого образца «жертвенного» слоя пористого анодного оксида, селективное по отношению к алюминию удаление «жертвенного» слоя анодного оксида, формирование анодным окислением алюминия основного слоя пористого анодного оксида алюминия (см. патент РФ №2324015, МПК^2006.01 C25D 11/06, опубл. 10.05.2008 г.).

Недостатком указанного способа является необходимость непрерывного изменения температуры, что усложняет процесс анодирования, а инерционность изменения температуры в условиях анодирования приводит к образованию пор разного размера и снижению твердости пористого оксида алюминия.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение твердости пористого анодного оксида алюминия и упрощение процесса анодного окисления.

Данный технический результат достигается тем, что в способе получения наноразмерного пористого анодного оксида алюминия, включающем формирование анодным окислением алюминиевого образца «жертвенного» слоя пористого анодного оксида, селективное по отношению к алюминию удаление «жертвенного» слоя, формирование анодным окислением алюминия основного слоя пористого анодного оксида алюминия, согласно изобретению, формирование «жертвенного» и основного слоев проводят в гальваностатическом режиме при постоянной температуре 5-10°С и плотности тока 5-15 мА/см² в электролите следующего состава, г/л:

Ортофосфорная кислота	58,8-176,0
Янтарная кислота	4,0-6,0
Молибдат аммония	1,0-4,0
Глицерин	1,0-3,0

Данный способ позволит повысить твердость пористого анодного оксида алюминия с заданным размером пор и упростить процесс анодного окисления.

Сущность способа поясняется таблицей, в которой показана зависимость твердости пористого анодного оксида алюминия с заданным размером пор от режимов процесса и состава электролита.

Выбор предложенного состава электролита обусловлен тем, что растворы ортофосфорной кислоты обеспечивают получение пор большего размера, причем при количестве меньше 58,8 г/л сильно удлиняется время анодирования, а при более 176 г/л происходит растравливание пор.

Введение в раствор ортофосфорной кислоты и глицерина в количестве 1-3 г/л позволяет стабилизировать РН раствора. При этом введение глицерина менее 1 г/л не дает эффекта стабилизации РН, а увеличение больше 3 г/л приводит к образованию белого налета на поверхности пленок. Введение в раствор электролита янтарной кислоты в количестве 4-6 г/л и молибдата аммония 1-4 г/л в совокупности с плотностью тока 5-15 мА/см² и температурой анодирования 5-10°С повышают твердость оксидных пленок.

При использовании более высоких концентраций янтарной кислоты и молибдата аммония происходит ухудшение рассеивающей способности электролита, что приводит к снижению твердости оксидных пленок (см табл. образцы 16 и 21) и при более низких их концентрациях - также снижается твердость оксидных пленок (см табл.образцы, 18 и 19).

Способ получения наноразмерного пористого анодного оксида алюминия осуществляли следующим образом.

Было проведено исследование кинетики процесса анодного окисления алюминия. В качестве исходных была выбрана отполированная алюминиевая фольга, толщиной 100 мкм. Производили формирование анодным окислением алюминиевого образца «жертвенного» слоя пористого анодного оксида, селективное по отношению к алюминию удаление «жертвенного» слоя и формирование основного слоя пористого анодного оксида алюминия.

Формирование «жертвенного» и основного слоев проводили в гальваностатическом режиме, при постоянной температуре 5-10°С и плотности тока 5-15 мА/см² в электролите следующего состава: ортофосфорная кислота 58,8-176 г/л, янтарная кислота 4-6 г/л, молибдат аммония 1-4 г/л и глицерин 1-3 г/л.

Концентрационные интервалы ортофосфорной кислоты выбраны с учетом того, чтобы уменьшить время анодирования для получения оксидных пленок с диаметром пор 100-320 нм. В процессе анодного окисления алюминия происходило повышение температуры электролита, а используемое аппаратурное оформление процесса позволило обеспечить плотность тока 5-15 мА/см² и постоянную заданную температуру в процессе анодирования.

Изменение плотности тока анодирования и поддержание стабильности заданной температуры процесса позволило получать оксидные пленки с заданным размером пор и повышенной твердостью.

Конкретные режимы и составы электролита приведены в таблице, из которой видно, что технический результат, направленный на повышение твердости пористого анодного оксида алюминия, достигается в указанных выше пределах режима температуры, плотности тока и состава электролита.

Использование данного способа позволит по сравнению с прототипом повысить твердость пористого анодного оксида алюминия с заданным размером пор при одновременном упрощении процесса анодного окисления.

*Твердость измерялась по Брюнелю ГОСТ 23677 F*HBW*1.0/294.2 (шарик твердосплавный диаметром 1,0 мм при усилии, равном 294.2 (кгс)).

Способ получения наноразмерного пористого анодного оксида алюминия, включающий формирование анодным окислением алюминиевого образца слоя пористого анодного оксида, который удаляют селективно по отношению к алюминию, формирование анодным окислением алюминия основного слоя пористого анодного оксида алюминия, отличающийся тем, что формирование удаляемого и основного слоев проводят в гальваностатическом режиме при постоянной температуре 5-10°C и плотности тока 5-15 мА/см² в электролите следующего состава, г/л:

Ортофосфорная кислота	58,8-176,0
Янтарная кислота	4-6
Молибдат аммония	1-4
Глицерин	1-3

Изобретение относится к области получения износостойких и коррозионно-стойких покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов. Способ характеризуется тем, что изделие подвергают микродуговому оксидированию в анодно-катодном режиме при плотности тока 7-7,5 А/дм2 и соотношении анодного и катодного токов 1,0:0,9 в течение 70-75 мин в щелочном электролите, содержащем водные растворы гидроксида натрия и силиката натрия концентрацией 3,5-4 и 11,5-12 г/л соответственно, шлифуют до параметра шероховатости Ra 0,8-1,6, очищают от минеральных и органических загрязнений, пропитывают в ультразвуковой ванне в течение 10-13 мин суспензией политетрафторэтилена Ф-4Д, сушат и термически обрабатывают при температурах 40-50 и 290-300°С в течение 10-12 и 60-62 мин соответственно.

Способ электрохимической обработки детали из алюминия и алюминиевых сплавов // 2596735

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиастроении и других отраслях промышленности. Способ включает нанесение защитного оксидного покрытия на деталь в растворе электролита в два этапа, при этом нанесение покрытия проводят импульсным током в режиме микродугового оксидирования в электролите, содержащем карбонат натрия и дистиллированную воду.

Способ нанесения керамического покрытия на алюминий и его сплавы // 2581956

Изобретение относится к области формирования защитных антифрикционных износостойких покрытий на деталях из алюминия и его сплавов или на деталях с покрытием из алюминия и его сплавов.

Способ получения черного износостойкого антикоррозионного покрытия на алюминии и сплавах на его основе методом микродугового оксидирования // 2570869

Изобретение относится к электрохимической технологии формирования износостойких, диэлектрических, антикоррозионных и декоративных оксидных или оксидно-керамических покрытий на изделиях из алюминиевых сплавах, в частности для нанесения неорганических покрытий на детали, используемые в авиационной, машиностроительной, химической и строительной отраслях промышленности.

Способ получения покрытия на алюминиевых сплавах // 2547983

Изобретение относится к области нанесения покрытий на алюминий или его сплавы путем плазменного электролитического оксидирования. Способ включает нанесение на алюминиевый сплав оксидного покрытия путем плазменного электролитического оксидирования в водном электролите при наложении переменного тока эффективной плотностью 5-60 А/дм2, при этом дополнительно проводят модифицирующую обработку поверхности алюминиевого сплава в водном растворе, содержащем, г/л: азотную кислоту 450-500 и фтористый натрий 45-50, после чего проводят плазменное электролитическое оксидирование при наложении переменного тока, сформированного последовательностями из анодного и катодного импульсов с временным интервалом между последовательностями, при этом продолжительность каждого импульса составляет 100-250 микросекунд, а длительность временного интервала составляет не менее суммарной продолжительности анодного и катодного импульсов, при этом водный электролит имеет следующий состав, г/л: тетраборат натрия 10-водный 20-50, гидроокись натрия 1-4, натрий молибденовокислый 0,5-2, борная кислота 5-15.

Способ получения покрытий на поверхностях глухих отверстий деталей из алюминиевых сплавов // 2471895

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. .

Электролит для микродугового оксидирования алюминия и его сплавов // 2426823

Изобретение относится к электрохимическому формированию оксидных износостойких покрытий на алюминии и его сплавах. .

Литейный сплав на основе алюминия и способ получения защитного покрытия на его поверхности // 2421536

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в авиационной, машиностроительной и судостроительной промышленности. .

Способ упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава // 2390587

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения седел клапанов методом микродугового оксидирования, и может быть использовано для упрочнения седел клапанов двигателей внутреннего сгорания из алюминиевого сплава.

Способ восстановления и упрочнения изношенных стальных деталей // 2383420

Изобретение относится к способу восстановления и упрочнения изношенных стальных деталей и направлено на восстановление ресурса деталей и повышение эффективности и надежности их последующей эксплуатации и может быть использовано в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности.

Перовскитная солнечная ячейка и способ ее изготовления // 2645221

Изобретение относится к технологиям преобразования солнечной энергии в электрическую. Перовскитная солнечная ячейка представляет собой слоистую структуру, включающую, по меньшей мере, три слоя: два проводящих слоя - р-проводящий и n-проводящий, а также размещенный между ними светопоглощающий слой, при этом один из проводящих слоев выполнен пористым, а светопоглощающий слой имеет перовскитную структуру общей структурной формулой АВХ3, где в качестве А используют Cs+, или СН3МН3+, или (NH2)2CH+, в качестве В используют Pb2+ или Sn2+, в качестве X используют I-, или Br-, или Cl-.

Способ создания интегрированного криогенного адаптера питания на одном чипе в одном технологическом процессе // 2645167

Изобретение относится к области сверхпроводниковой микроэлектроники, в частности к способу создания интегрированного криогенного адаптера питания на одном чипе. Способ включает нанесение на подложку слоя сверхпроводника и формирование из него методом электронной литографии сверхпроводящих элементов детектора, включая меандр, соединительные провода, контактные площадки и последующее преобразование участков сверхпроводящих проводов в сопротивления требуемого номинала путем воздействия пучка ускоренных частиц.

Гепатопротекторная инъекционная фармацевтическая композиция на основе силимарина и наночастиц селена // 2645092

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой гепатопротекторную инъекционную фармацевтическую композицию на основе силимарина и наночастиц селена, включающую силимарин, дистиллированную воду, отличающуюся тем, что дополнительно содержит наночастицы селена, восстановленные из селенистой кислоты с образованием коллоидного селена, при этом в качестве восстановителя для коллоидного селена используют цистеин, или аскорбиновую кислоту, или тиосульфат натрия, или меркаптоэтанол, кроме того, содержит в качестве стабилизатора pH гидроксид натрия, или гидроксид калия, или аргинин, кроме того, содержит стабилизатор для силимарина, в качестве которого используют янтарную, или фумаровую, или яблочную, или лимонную, или щавелевую кислоту.

Низкотемпературный термоэлектрик и способ его получения // 2644913

Изобретение относится к области полупроводниковых материалов с модифицированными электрическими свойствами. Способ получения низкотемпературного термоэлетрика на основе сплава Bi88Sb12 с добавками гадолиния включает помещение навески сплава Bi88Sb12 и металлического гадолиния в количестве 0,01-0,1 ат.% в стеклянную ампулу, из которой откачивают воздух до 10-3 мм рт.

Способ изготовления нанодисперсной добавки для бетона // 2644805

Изобретение относится к строительству и промышленности строительных материалов, в частности к способам изготовления комплексных нанодисперсных добавок для получения мелкозернистого бетона.

Способ получения нанокапсул аекола // 2644725

Изобретение относится в области нанотехнологии, медицины, пищевой промышленности, а именно к способу получения нанокапсул, где оболочка нанокапсул представляет собой каррагинан, а ядро нанокапсул представляет собой смесь витамина А, витамина Е и витамина К, характеризующемуся тем, что смесь указанных витаминов прибавляют в суспензию каррагинана в толуоле в присутствии 0,01 г Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, затем перемешивают при 1300 об/мин, после приливают 10 мл хлороформа, после чего полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом соотношение ядро/оболочка составляет 1:1, или 1:3, или 3:1, или 1:5.

Способ получения стабильных высококонцентрированных органозолей на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок // 2644176

Изобретение относится к области коллоидной химии, а именно к способам получения стабильных органозолей наночастиц металлов, в частности наночастиц серебра, которые перспективны в качестве чернил-красок для получения электропроводящих пленок, электронных красок для электрофоретических дисплеев, лекарственных препаратов наружного применения с антимикробным действием, теплоотводящих жидкостей, активных усиливающих сред для «случайных» лазеров.

Комбинированный способ очистки природного рассола бишофита // 2643047

Изобретение относится к способу очистки природного рассола бишофита, который представляет собой лекарственное средство, бальнеологическое средство, профилактическое средство, применяемое при различных патологических состояниях организма, в качестве средства профилактики заболеваний различной этиологии, в качестве бальнеологического фактора в санаторно-курортном лечении или в качестве действующего компонента для получения сложнокомпонентных лекарственных форм.

Оптоэлектронное устройство // 2642132

Изобретение относится к области опто- и наноэлектроники и может быть использовано в оптоэлектронных интегральных схемах, а также для создания микро- и нанооптоэлектронных и нанооптических систем, в квантовых и оптических компьютерах и в других областях.

Терагерц-инфракрасный конвертер для визуализации источников терагерцевого излучения // 2642119

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается терагерц-инфракрасного конвертера для визуализации источников терагерцевого излучения. Конвертер состоит из основания и преобразователей терагерцевого излучения в инфракрасное излучение.

Способ упорядочения расположения наночастиц на поверхности подложки // 2646441

Использование: для формирования на подложках структурных образований из микро- и наночастиц. Сущность изобретения заключается в том, что по способу упорядочения расположения наночастиц на поверхности подложки путем их перемещения с помощью лазерного излучения, в соответствии с изобретением, подложки с наночастицами на поверхности облучают многократно импульсами лазерного пучка с распределением интенсивности по облучаемой области, повторяющим необходимое расположение наночастиц, причем интенсивность в максимумах достаточна для возбуждения в них импульса избыточного давления в среде. Технический результат: обеспечение возможности получения на поверхности диэлектрической или полупроводниковой подложки упорядоченного слоя наночастиц в виде одномерной решетки, составленной из рядов наночастиц. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.