Oxide-metal heterogeneous radio-absorbing in the middle and near ir covering regions containing magnetoactive phases of .pdf Введение Разработка способа конструирования неорганических покрытий, которые не только надежно защищают поверхность металла-основы от воздействия сложных физических условий эксплуатации, но и эффективно поглощают электромагнитное излучение, является одной из актуальных проблем науки. Цель работы - разработка способа получения оксидных металлсодержащих покрытий на сплавах алюминия и титана, поглощающих электромагнитное излучение в средней (4000-400 см-1) и ближней (11000-2000 см-1) ИК-областях и исследование их способности к поглощению электромагнитного излучения в этих диапазонах. Достижение указанной цели невозможно при формировании гомогенной структуры покрытий, поэтому в данной работе применен ряд способов формирования гетерогенной структуры, содержащей магнитные частицы в составе пористых оксидных структур. Это предполагает использование набора различных приемов конструирования слоев, выбор метода формирования покрытий, разработку составов электролитов, определение оптимальных электрохимических параметров процесса формирования покрытий, исследование заданного элементного состава полученных радиопоглощающих покрытий и изучение их способности к поглощению электромагнитного излучения в средней и ближней ИК-областях. В качестве метода получения радиопоглощающих покрытий выбран один из самых перспективных - импульсное микроплазменное оксидирование (МПО). Специализированное МПО-обору¬дование, разработанное под руководством профессора А.И. Мамаева [1-4], - высокотехнологичное, компактное, несложное в эксплуатации, позволяет легко изменять технологические параметры (напряжение тока U, длительность импульса τ) процесса с целью получения требуемых характеристик покрытий. Ранее методом импульсного микроплазменного оксидирования получены наноструктурные неметаллические неорганические покрытия, обладающие самыми разнообразными функциональными свойствами (износостойкостью, коррозионной стойкостью, высокой устойчивостью к термическим и ударным нагрузкам, хорошей адгезией к материалу сплава и т.д.) [5-9], исследованы их свойства [10] и построены математические модели микроплазменного процесса их формирования [11]. Но способность к поглощению излучения этими покрытиями недостаточна для возможности их использования в областях техники, где требуются радиопоглощающие материалы. Известно, что методом МПО можно получать покрытия, по свойствам близкие к оптически черным телам [12]. Получены и опубликованы результаты для алюминиевых и титановых сплавов [13]. Авторы данной статьи продолжили исследования в этой области с целью разработки нового класса покрытий, получаемых методом импульсного МПО. В радиоэлектронике при производстве, например, печатных плат часто используется алюминиевая фольга. При ее деформации покрытие может отслаиваться, разрушаться, что делает дальнейшее использование детали невозможным. Моделирование распределения нагрузок в слоистых неметаллических неорганических покрытиях, сформированных методом МПО, доказало, что данные покрытия характеризуются высокой устойчивостью к воздействию внешних механических нагрузок [14]. В настоящей работе исследуются оптические свойства радиопоглощающих покрытий, полученных на сплаве алюминия Д16, на алюминиевой и титановой фольге. При МПО в растворе электролита из материала сплава образуется уникальный набор оксидов алюминия или титана различного стехиометрического состава [1]. По сравнению с металлом, у которого ширина запрещенной зоны практически равна нулю, нанесенные на сплав неорганические покрытия позволяют уменьшить коэффициент отражения. Например, известно, что у оксида алюминия Al2O3, входящего в состав покрытия, ширина запрещенной зоны равна 5.75 эВ для кристаллической фазы и 8.4 эВ для аморфной фазы [15], a у диоксида титана TiO2 в зависимости от кристаллической фазы - 3.0-3.2 эВ [16-18]. Если энергия квантов падающего излучения больше ширины запрещенной зоны компонентов покрытия, то излучение проникает в объем материала и поглощается за счет дефектов (примесей, вакансий, междоузельных атомов и др.) [19]. Приблизительная энергия фотонов, испускаемых при исследовании покрытий ИК-спектрофотометром NICOLET 6700, в средней ИК-области - 0.05-0.5 эВ, в ближней - 0.25-1.24 эВ. Поэтому Al2O3, TiO2 и подобные им соединения сами по себе не обладают высокими поглощающими способностями в указанных диапазонах, но в более низкочастотной, чем видимая, спектральной области такие вещества будут оптически прозрачными, а в более высокочастотной - поглощающими. Например, известно, что если оксидная пленка толщиной 100 нм сформирована на алюминии, то коэффициент отражения для нее составляет 0.924, если на титане, то 0.57 [20]. Из этого следует, что оксиды алюминия обладают более высокой отражательной способностью, чем оксиды титана. В данной работе анализ оптических свойств покрытий проводили на ИК-спектрофотометре NICOLET 6700. Температуру (Т) излучения, испускаемого NICOLET 6700, определим по первому закону Вина: Т = 2.898∙10-3 / λ, (1) где 2.898∙10-3 м∙К - это постоянная Вина; λ - длина волны. Согласно расчетам, ИК-спектро¬фотометр NICOLET 6700 позволяет исследовать объекты в диапазоне длин волн и температур от 1 мкм (+2917 оС) до 25 мкм (-157 оС). Для 10 мкм температура излучения составляет 290 К. Механизм взаимодействия электромагнитного излучения с покрытием При взаимодействии электромагнитного излучения с веществом часть его энергии поглощается, а часть отражается. Поглощенное излучение преобразуется в электрический ток, который затем превращается в тепловую энергию. Полученная тепловая энергия может быть отражена от поверхности материала. Для уменьшения отражения необходимо, чтобы энергия отводилась в глубину, а не на поверхность. Поглощающие способности покрытия определяются также степенью шероховатости и пористостью его поверхности. Развитая пористая структура МПО-покрытий обеспечивает большую удельную поверхность, а поры вносят свою часть вклада в поглощение электромагнитного излучения. В поры можно вводить другие компоненты, изменяющие свойства материала [21]. Это делает возможным создание материала, обладающего магнитными свойствами, в структуру которого введены гетерогенные металлические частицы. Обычные оксидные покрытия не обладают высокой теплопроводностью. Поэтому для получения покрытий, способных к сильному поглощению электромагнитного излучения в ближней и средней ИК-областях, предложено и осуществлено формирование пористых МПО-покрытий, в состав которых входят простые и/или сложные магнитные оксидные материалы (никель и его оксиды, кобальт и его оксиды, железо и его оксиды, комбинации этих соединений или другие магнитные материалы (шпинели)), а также структуры, содержащие магнитные частицы в виде дисперсной металлической фазы [13]. Введение в состав покрытия магнитных материалов осуществляли под влиянием слабого постоянного магнитного поля, благодаря чему в пределах толщины покрытия магнитные материалы направленно ориентированы. Так как металлические частицы, вводимые в покрытие для изменения его магнитных свойств, сами по себе имеют высокие коэффициенты отражения, то дисперсная металлическая фаза должна быть расположена на дне поры или нитевидного канала [22, 23]. При взаимодействии электромагнитных волн с металлом поверхность дисперсной металлической частицы нагревается и происходит процесс многократного диффузного отражения излучения от внутренних стенок поры. В результате лишь малая часть излучения выходит за пределы поры [19], и, следовательно, можно говорить о поглощении электромагнитной волны. Рис. 1. Конструкция покрытия: 1 - оксидная матрица (Me1xOy•Me2zOy); 2 - магнитный металлический материал (Ni, Co, Fe, CoFe или др.); 3 - отражаемая электромагнитная волна Дисперсная металлическая фаза не должна выступать за границы поры или нитевидного канала. Покрытие должно иметь квазиравномерное расположение пор, причем глубина пор должна быть не меньше, чем толщина покрытия. Конструкция покрытия изображена на рис. 1. Таким образом, эффективность поглощения покрытием электромагнитного излучения в средней и ближней ИК-областях связана с составом и структурой покрытия. Моделирование этих характеристик определяется физико-химическими закономерностями процессов, протекающих при нанесении покрытий [11, 24]. Условия и режимы формирования радиопоглощающих покрытий Для нанесения покрытий на образцы сплавов алюминия и титана использовали импульсный двухполярный источник питания Корунд М1 [1, 7]. Микроплазменное оксидирование поверхности образцов осуществляли в электролитической ванне из нержавеющей стали, выполняющей роль катода. В качестве источника постоянного магнитного поля использовали неодимовый магнит D-25-03-N38 (NdFeB). Состав электролита определяли исходя из того, что его компоненты не только должны входить в состав покрытия, определяя его структуру и свойства, но и придавать покрытию требуемые характеристики. Нанесение оксидных слоев в микроплазменном режиме проводили в электролитах, анионы которых формируют нерастворимые оксиды, входящие в состав покрытия. Основными компонентами фосфатно-боратного электролита являются бура Na2B4O7•10H2O и гидрофосфат натрия Na2HPO4•12H2O. Бура в результате воздействия высоких напряжений и температуры в зоне микроплазменных разрядов образует твердые и термостойкие бороксидные соединения, входящие в состав оксидных слоев: Na2B4O7 →2B2O3 + Na2O. (2) Гидрофосфат-ионы способствуют образованию барьерной пленки на поверхности обрабатываемого металла, что приводит к увеличению электрохимической поляризации. Внедряясь в покрытие в виде кислородсодержащих ионов или в виде оксидов фосфора, они увеличивают твердость оксидного слоя: 2Al + 6H2O + 3Na2HPO4 → Al2(HPO4)3 + 6NaOH + 3H2 (3) Na2HPO4 + H2O → NaH2PO4 + NaOH (4) 2Na2HPO4 + NaH2PO4 → Na4P2O7 + NaPO3 + H2O (5) Na4P2O7 → 4Na+ + P2O74- (6) P2O74- → P2O5 + O2 + 4e-. (7) В результате образуется сложный оксид, содержащий оксиды бора, фосфора и алюминия (титана). Основными компонентами силикатного электролита являются метасиликат натрия Na2SiO3•9H2O и щелочь KOH. При прохождении электрического тока происходит реакция SiO32- → SiO2 + 1/2 O2 + 2e-. (8) Кроме этого, метасиликат натрия в водном растворе гидролизуется до кремниевой кислоты H2SiO3, которая в каналах микроплазменного разряда разлагается на диоксид кремния и воду. При высокотемпературных взаимодействиях SiO2 с Al2O3 образуются тугоплавкие, устойчивые к высоким температурам и к действию большинства кислот и щелочей соединения, например силлиманит: SiO2 + γ-Al2O3 → Al[AlSiO5] (9) Благодаря тому, что кремниевая кислота выступает как пассиватор и, адсорбируясь, создает на металле пленку с высоким электрическим сопротивлением, при анодной поляризации становится возможным появление искровых разрядов, приводящих к синтезу высокотемпературных модификаций оксидов металла-основы. Щелочь КОН увеличивает растравливающую способность электролита, что позволяет формировать упрочненный слой внутрь оксидируемой поверхности относительно начального размера металлической детали (это приводит к существенному увеличению адгезии покрытий) и увеличивает удельную электропроводность силикатного электролита. Таким образом, фосфатно-боратный и силикатный электролиты выбрали из-за их стабильности в течение всего процесса формирования покрытий, возможности обеспечивать большую скорость нанесения покрытий и достаточно высокую величину их адгезии. В микроплазменном режиме на поверхности обрабатываемого металла образуются оксиды металла-основы, а также оксиды компонентов электролита. Чтобы покрытия обладали магнитными свойствами, в состав электролита вводили соединения кобальта, никеля, железа. Атомы элементов триады железа (Fe (3d64s2), Co (3d74s2), Ni (3d84s2)) имеют недостроенные d- или f-обо¬лочки, вследствие чего обладают ферромагнитными свойствами. Для введения кобальта в состав покрытия использовали фосфатно-боратный электролит с добавлением Co(CH3COO)2 (электролит № 1), для введения кобальта и железа - силикатный электролит с добавлением Co(CH3COO)2 и K3[Fe(CN)6] (электролит № 3). Для введения никеля в состав покрытия использовали силикатный электролит с добавлением Ni(OH)2 (электролит № 2) и фосфатно-боратный электролит с добавлением Ni(OH)2 (электролит № 4). В электролит вводили трилон Б для образования растворимых комплексных ионов с Ni2+, Co2+, Fe3+. Дополнительное никелирование при намагничивании осуществляли в электролите, содержащем NiSO4, NiCl2 и Na2SO4 (электролит № 5), кобальтирование - в электролите, содержащем NiSO4, CoSO4 и NaCl (электролит № 6), железнение - в электролите, содержащем FeSO4 и MgSO4 (электролит № 7). Намагничивание заключалось в наложении слабого постоянного магнитного поля, создаваемого неодимовым магнитом D-25-03-N38 (NdFeB). Условия получения образцов покрытий приведены в таблице. Условия получения образцов покрытий Сплав Номер образца Тип электролита и режим нанесения базового МПО-покрытия Тип электролита и режим для дополнительного введения магнитоактивных фаз металла (если производилось) Сплав Д16 1 Электролит № 1 300 В, 100 мкс, 5 мин Электролит № 6; с намагничиванием; 100 В, 50 мкс, 20 мин Сплав Д16 2 Электролит № 1 300 В, 100 мкс, 15 мин Сплав Д16 3 Электролит № 2 400 В, 100 мкс, 5 мин Сплав Д16 4 Электролит № 2 400 B, 100 мкс, 5 мин Электролит № 5; с намагничиванием; 100 В, 50 мкс, 20 мин Сплав Д16 5 Электролит № 2 400 B, 100 мкс, 5 мин Электролит № 7; с намагничиванием; 100 В, 50 мкс, 20 мин Сплав Д16 6 Электролит № 3 300 В, 100 мкс, 5 мин Окончание таблицы Сплав Номер образца Тип электролита и режим нанесения базового МПО-покрытия Тип электролита и режим для дополнительного введения магнитоактивных фаз металла (если производилось) Сплав Д16 7 Электролит № 4 300 В, 100 мкс, 5 мин Алюминий 8 Электролит № 4 300 В, 100 мкс, 5 мин Алюминий 9 Электролит № 3 300 В, 100 мкс, 5 мин Титан 10 Электролит № 4 300 В, 100 мкс, 5 мин Титан 11 Электролит № 1 300 В, 100 мкс, 5 мин Исследование морфологии и элементного состава радиопоглощающих покрытий Оценку морфологии поверхности покрытий, толщина которых составляла до 25 мкм, проводили на основании микрофотографий, полученных растровым сканирующим электронным микроскопом HITACHI TM3000 (рис. 2). Рис. 2. Микрофотографии поверхности образцов покрытий: а - образец 1, увеличение ×2000; б - образец 2, увеличение ×3000; в - образец 3, увеличение ×3000; г - образец 4, увеличение ×3000; д - образец 6, увеличение ×2000; е - образец 7, увеличение ×2000 Покрытия имеют пористую поверхность со средним размером пор 1-10 мкм. На рис. 2, а (образец 1) обнаружена дисперсная фаза кобальта. Покрытие образца 4 получали в два этапа: сначала получали образец покрытия 3 (см. таблицу), а затем в него дополнительно вводили Ni-содержа¬щую фазу из электролита № 5 при намагничивании; рис. 2, в и г показывают частицы Ni-содер¬жащей фазы на поверхности покрытия образца 4. Элементный состав покрытий определяли методом сканирующей электронной микроскопии на микроскопе HITACHI TM3000. Наибольшее содержание никеля (3.69 %) - в образце 4, в образцах 1, 3 и 7 содержание никеля составляет 0.44, 0.59 и 0.16 % соответственно. Наибольшее содержание кобальта (6.38 %) - в образце 1, он также обнаружен в образцах 2 (4.31 %) и 6 (3.01 %), в котором определено 4.18 % железа. Метод исследования способности покрытий отражать электромагнитное излучение в средней и ближней ИК-областях Способность покрытий к отражению электромагнитного излучения в средней и ближней ИК-областях оценена на основе спектров диффузного отражения, полученных на ИК-фурье-спектро¬метре NICOLET 6700 с использованием Smart-приставки DRIFTS (Smart Diffuse Reflectance). Коэффициент отражения - это отношение интенсивности отраженного света к интенсивности света, падающего на поверхность, выраженное в процентах. Чтобы исключить из спектра отражения полосы содержащихся в атмосфере углекислого газа (~ 2350 см-1) и воды (~ 3500, 1400- 1650 см-1), перед регистрацией спектра образца получали эталонный спектр, а затем производили деление одного спектра на другой. В итоговом спектре отражения, показывающем зависимость коэффициента отражения от длины волны, остается только отражение исследуемого образца. В качестве стандартных образцов для получения эталонных ИК-спектров в средней (4000-400 см-1) и ближней (11000-2000 см-1) ИК-областях выбраны KBr (оптически прозрачен в области 0.21- 25.0 мкм (или 47620-400 см-1)) [25] и BaSO4 (коэффициент отражения близок к единице) соответственно. Если размер пор покрытия превышает длину волны света, то при исследовании образца методом диффузного отражения оно представляется состоящим из более мелких частиц [26]. Диаметр пор исследуемых образцов покрытий не превышает 10 мкм, в данной работе использовали волны излучения длиной меньше 10 мкм, поэтому метод диффузного отражения применять корректно. Так как процесс формирования некоторых (1, 4 и 5) образцов покрытий осуществляли под влиянием постоянного магнитного поля, то экспериментальные результаты получены для обеих сторон каждого образца (лицевой и обратной); соответствующие им коэффициенты отражения обозначены Rлиц и Rобр. Полученные спектры отражения позволили сравнить образцы покрытий относительно их способности к поглощению излучения. Исследование влияния материала сплава на способность покрытий к поглощению ИК-излучения Различные варианты сплавов алюминия и титана позволили изучить влияние химического состава и природы основного металла сплава на способность покрытий к поглощению излучения. Из образцов покрытий на сплаве Д16 самой высокой отражательной способностью обладает образец 7 (Rлиц = 4.7 %, Rобр = 3.2 %), на алюминии - образец 8 (Rлиц = 0.6 %, Rобр = 0.4 %). Для покрытия на титане (образец 10) коэффициент отражения еще ниже: Rлиц = 0.2 %, Rобр = 0.2 %. Все эти образцы покрытий получены в электролите № 4 при U = 300 В, τ = 100 мкс и t = 5 мин. Таким образом, при формировании поглощающих излучение образцов покрытий без влияния магнитного поля наилучшими можно считать именно эти условия МПО-процесса. На рис. 3, а изображен полный спектр отражения, зарегистрированный ИК-фурье-спект¬рометром NICOLET 6700 в интервале от 2.51 до 25.00 мкм. Наиболее информативной для сравнения свойств образцов является область 2.51-10.00 мкм, изображенная на рис. 3, б. По этой причине в дальнейшем рассматривали сразу именно эту область длин волн, имея в виду, что в области 10.00-25.00 мкм коэффициент отражения близок к нулю, что свидетельствует о высокой способности покрытий поглощать электромагнитное излучение. Образцы 8 (Rлиц = 0.6 %, Rобр = 0.4 %) и 10 (Rлиц = 0.2 %, Rобр = 0.2 %) экспериментально продемонстрировали очень небольшие величины коэффициентов отражения. Рис. 3. Спектры отражения образцов покрытий 7, 8, 10: а - в интервале длин волн 2.51-25.00 мкм; б - в интервале длин волн 2.51-10.00 мкм; кр. 1 - лицевая сторона 7; кр. 2 - обратная сторона 7; кр. 3 - лицевая сторона 8; кр. 4 - обратная сторона 8; кр. 5 - лицевая сторона 10; кр. 6 - обратная сторона 10 На рис. 4, а изображены оптические свойства образцов 7, 8, 10 в ближней ИК-области (0.90- 5.00 мкм), на рис. 4, б (0.90-2.00 мкм) показаны различия их спектров отражения. Рис. 4. Спектры отражения образцов покрытий 7, 8, 10: а - в интервале длин волн 0.9-5.00 мкм; б - в интервале длин волн 0.90-2.00 мкм; кр. 1 - лицевая сторона 7; кр. 2 - обратная сторона 7; кр. 3 - лицевая сторона 8; кр. 4 - обратная сторона 8; кр. 5 - лицевая сторона 10; кр. 6 - обратная сторона 10 В ближней ИК-области характер и численные значения интенсивности отражения электромагнитного излучения образцами 7, 8 и 10 несильно отличаются. Причина невысоких коэффициентов отражения в том, что в покрытии присутствуют компоненты, значительно поглощающие излучение от источника. На рис. 4, как и на рис. 3, прослеживается закономерность лучшего поглощения электромагнитного излучения лицевой стороной покрытия по сравнению с обратной стороной. Тем не менее обе стороны полученных образцов покрытий придали алюминиевой поверхности способность эффективно поглощать электромагнитное излучение. Это важное наблюдение имеет большое значение для сборки и эксплуатации деталей, например, авиационных, космических аппаратов. Оценить влияние материала сплава на оптические свойства покрытий также можно на рис. 5. Образцы 6 и 9 получены при одинаковых условиях МПО-процесса (электролит № 3; U = 300 В, τ = 100 мкс, t = 5 мин), но на сплавах различной природы: образец 6 - на сплаве Д16, образец 9 - на алюминиевой фольге. Сравнивая интенсивности полос поглощения (рис. 5, а), вновь делаем вывод, что покрытие на фольге из алюминия (образец 9, Rлиц = 4 %, Rобр = 2 %) сильнее поглощает излучение в области 2.51-10.00 мкм, чем покрытие на сплаве Д16 (образец 6, Rлиц = 26 %, Rобр = 22 %). Таким образом, доказана возможность нанесения покрытий, поглощающих излучение, на тонкие листы алюминия, которые могут использоваться при создании гибких радиопоглощающих материалов, например в области электротехники, по технологии «с ролика на ролик». Рис. 5. Спектры отражения образцов покрытий 6 и 9: а - в интервале длин волн 2.51-10.00 мкм; б - в интервале длин волн 0.90-2.00 мкм; кр. 1 - лицевая сторона 6; кр. 2 - обратная сторона 6; кр. 3 - лицевая сторона 9; кр. 4 - обратная сторона 9 Исследование влияния природы металла, вводимого в покрытие при намагничивании, на способность покрытий к поглощению ИК-излучения Изучение влияния природы вводимого в покрытие металла на поглощающие свойства образцов проводили на основе анализа спектров отражения излучения образцами 3, 4 и 5 (рис. 6). Разница заключается в составе электролитов второго этапа получения покрытий: для получения образца 4 использовали электролит для дополнительного никелирования № 5, для образца 5 - электролит для дополнительного железнения № 7. Кроме того, в покрытие образца 4 никель вводится дважды (последовательно из двух никельсодержащих электролитов № 2 и 5). Рис. 6. Спектры отражения образцов покрытий 3, 4 и 5: а - в интервале длин волн 2.51-10.00 мкм, б - в интервале длин волн 0.90-2.00 мкм; кр. 1 - лицевая сторона 3; кр. 2 - обратная сторона 3; кр. 3 - лицевая сторона 4; кр. 4 - обратная сторона 4; кр. 5 - лицевая сторона 5; кр. 6 - обратная сторона 5 Образец 5 (Rлиц = 20 %, Rобр = 18 %) по величинам коэффициентов отражения почти не отличается от образца 3 (Rлиц = 23 %, Rобр = 21 %). Но покрытие образца 4 (Rлиц = 9 %, Rобр = 5 %) примерно в три раза более интенсивно поглощает излучение в интервале длин волн от 2.51 до 10 мкм, чем покрытие образца 5 (рис. 6, а). Таким образом, использование электролита № 5 позволяет получить радиопоглощающее покрытие с низкими коэффициентами отражения. Исследования влияния количества металла, входящего в состав покрытия, на способность покрытия к поглощению ИК-излучения В образцы 1 и 4 металлическая фаза вводилась дважды: при получении образца покрытия 1 кобальт вводился сначала без влияния постоянного магнитного поля из электролита № 1 и далее - под влиянием постоянного магнитного поля из электролита № 6, a при получении образца покрытия 4 никель вводился сначала без влияния постоянного магнитного поля из электролита № 2 и затем - под влиянием постоянного магнитного поля из электролита № 5. Спектры отражения излучения образцами 1 и 4 приведены на рис. 7. Рис. 7. Спектры отражения образцов покрытий 1 и 4: а - в интервале длин волн 2.51-10.00 мкм; б - в интервале длин волн 0.90-2.00 мкм; кр. 1 - лицевая сторона 1; кр. 2 - обратная сторона 1; кр. 3 - лицевая сторона 4; кр. 4 - обратная сторона 4 Образец 4 (Rлиц = 9 %, Rобр = 5 %) сильнее поглощает излучение в интервале длин волн, относящихся к средней ИК-области, чем образец 1 (Rлиц = 32 %, Rобр = 27 %) (рис. 7, а). В ближней ИК-области образец 4 также сильнее поглощает излучение (рис. 7, б). Это вновь (как и рис. 6, а) свидетельствует о том, что именно в электролите для дополнительного никелирования (электро- лит № 5) в результате МПО-обработки при намагничивании удалось получить покрытие с высокой способностью к поглощению ИК-излучения. Исследование влияния времени формирования покрытия и влияния магнитного поля на способность покрытий к поглощению ИК-излучения Образцы 1 и 2 - это сплав алюминия Д16, на который основное покрытие нанесено в электролите № 1 при U = 300 В, τ = 100 мкс. Первое отличие образцов состоит в том, что длительность процесса нанесения основного покрытия образца 1 - 5 мин, образца 2 - 15 мин. Второе отличие состоит в том, что у образца 1 есть этап дополнительного введения кобальта при намагничивании: электролит № 6, U = 100 В, τ = 50 мкс, t = 20 мин; для образца 2 аналогичный этап отсутствовал. Спектры отражения образцов покрытий 1 и 2 приведены на рис. 8. Рис. 8. Спектры отражения образцов покрытий 1 и 2: а - в интервале длин волн 2.51-10.00 мкм; б - в интервале длин волн 0.90-2.00 мкм; кр. 1 - лицевая сторона 1; кр. 2 - обратная сторона 1; кр. 3 - лицевая сторона 2; кр. 4 - обратная сторона 2 Образец 1 сильнее поглощает излучение в средней и ближней ИК-области (Rлиц = 32 %, Rобр = 27 %), чем образец 2 (Rлиц = 54 %, Rобр = 48 %) (рис. 8, а). Отличие обусловлено содержанием большего количества дисперсной фазы кобальта в образце 1 (6.38 % кобальта) по сравнению с образцом 2 (4.31 % кобальта). Таким образом, методом МПО с последующим дополнительным введением дисперсной металлической фазы при намагничивании можно получить уникальные неорганические покрытия, характеризующиеся высокой способностью к поглощению электромагнитного излучения в средней и ближней ИК-областях, что может использоваться для создания оптически черных материалов. Фазовый состав и внутренняя структура полученных образцов покрытий будут исследоваться в наших дальнейших работах. Выводы Доказана возможность получения оксидно-металлических гетерогенных радиопоглощающих в средней и ближней ИК-областях покрытий, содержащих магнитоактивные фазы никеля, кобальта и железа, методом импульсного микроплазменного оксидирования. Получены и проанализированы спектры диффузного отражения покрытий. Установлено, что на радиопоглощающие свойства покрытий влияют природа сплава, условия получения покрытий и количество магнитоактивной фазы. В средней ИК-области наименьшие коэффициенты отражения зарегистрированы для покрытий, полученных на алюминиевой (до 0.6 %) и титановой фольге (до 0.2 %), а не на алюминиевом сплаве Д16 (до 6.0 %). В ближней ИК-области все образцы имеют примерно одинаковые коэффициенты отражения (до 8 %). Лицевая и обратная стороны образцов покрытий незначительно отличаются по коэффициентам отражения в средней ИК-области, но в обоих случаях оксидные покрытия модифицировали поверхность металлической подложки, придав ей способность к поглощению электромагнитного излучения в исследованных интервалах длин волн. Наименьшие коэффициенты отражения покрытий, сформированных в отсутствии или при наложении внешнего слабого постоянного магнитного поля, зарегистрированы у образцов, полученных в никельсодержащих электролитах. Сопоставлением спектров диффузного отражения и результатов элементного анализа показано, что увеличение количества магнитоактивной фазы усиливает радиопоглощающие способности покрытий. Таким образом, результаты работы позволяют говорить о возможности применения радиопоглощающих МПО-покрытий на сплаве алюминия Д16, на алюминиевой и титановой фольге для защиты алюминиевых и титановых деталей от воздействия электромагнитного излучения в диапазоне длин волн 0.90-25.00 мкм.

Скачать электронную версию публикации