Свойства оксидных пленок

Свойства анодных оксидных пленок в основном определяются их строением и фазовым составом, т.е. структурой. Наблюдениями с помощью обычного оптического микроскопа было установлено, что утолщенные пленки являются пористыми и имеют волокнистую структуру. В зависимости от состава используемого электролита диаметр пор может колебаться в пределах нескольких сотен ангстрем, а их количество может доходить до 10⁸ на квадратный сантиметр поверхности пленки.

Применение электронного микроскопа позволило построить идеализированную модель структуры оксидной пленки пористого типа. Келлер и ряд последователей по рельефу поверхности металла, с которого удалена пленка, установили, что оксид состоит из гексагональных ячеек, имеющих форму граненых карандашей, плотно прижатых друг к другу. Если у этих “карандашей” удалить грифели, то образуются поры, которые заполняются электролитом во время формовки оксида. Идеализированная структура по Келлеру в настоящее время принимается за основу и приводится во всех монографиях.

Установление фазового состава стало возможным благодаря применению методов электроно- и рентгенографии, а также инфракрасной спектроскопии. Было установлено, что анодная оксидная пленка может быть аморфной или кристаллической, а иногда содержания и ту и другую фазы. Обнаружено также, что пористость кристаллического анодного оксида может на два порядка превышать пористость пленки.

Способность оксидных пленок предохранять металл от воздействия окружающей среды была обнаружена сразу после открытия процесса анодирования. Анодное окисление металлов стало одним из методов защиты от коррозии в машиностроении и электронной промышленности. Первоначально от защиты от коррозии применялись только тонкие плотные пленки. В настоящее время стали применятся и пористые покрытия, так как они после уплотнения и наполнения не только повышают свои коррозионно-защитные свойства, но и приобретают декоративный вид.

Для оценки коррозионной стойкости часто применяются ускоренные испытания пробой ВИАМ, разработанной во Всесоюзном институте авиационного машиностроения (отсюда ее название). При этом капля пробы наносится на испытываемую анодированную поверхность и измеряется время, в течение которого она разъедает пленку до металла. Результат обнаруживается по изменению цвета капли, когда начинается реакция пробы с металлом.

К электрофизическим свойствам относятся сопротивление электрическому току, диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь и электрическая прочность. Они достаточно хорошо изучены и отражены практически во всех монографиях, посвященных анодным покрытиям.

Применение оксидных пленок в качестве изоляции обусловлено их высоким сопротивлением электрическому току и большой механической прочностью. Основным преимуществом оксидной изоляции является то, что она сохраняет свои свойства при повышенных температурах. Электрическая прочность, т.е. пробивное напряжение при данной толщине, у разных пленок зависит от многих факторов. Чем плотнее пленка, тем выше ее электрическая прочность. Даже пористые пленки имеют электрическую прочность на порядок выше, чем у воздуха.

Наличие в оксидной пленке пор приводит к тому, что ее эффективная диэлектрическая проницаемость может изменяться в широких пределах при изменении свойств окружающей среды. Это влияние, связанное с конденсацией паров воды в порах пленки, используется при создании датчиков влажности.

Анодные оксидные пленки по своим механическим свойствам относятся к разряду веществ высокой твердости. Особенно большой твердостью обладают пленки оксида алюминия. Обычно для оценки механической прочности оксидной пленки измеряют ее микротвердость на поперечных шлифах. С помощью прибора ПМТ – 3 при небольших нагрузках (обычно 50 гс) установлено, что твердость пористой пленки постепенно убывает при удалении от металла к поверхности оксида. Кроме микротвердости механическую прочность оценивают по сопротивлению истирания к информационным нагрузкам. Исследование износостойкости производится на рабочих поверхностях деталей, используемых в парах трения. Хорошие результаты были получены при анодировании зубчатых колес из алюминиевых сплавов. При анодировании наблюдается не только повышение прочности, но и улучшение антифрикционных свойств, так как оксидный слой легко полируется и становится гладким и твердым.