СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИИ И ЕГО СПЛАВАХ Российский патент 2009 года по МПК C25D11/12 

Изобретение относится к формированию оксидных покрытий на алюминии и его сплавах электрохимическим методом и может быть использовано для создания изоляции токоведущих деталей устройств, работающих в условиях повышенной температуры, а также для создания подложек интегральных схем.

Известны способы создания диэлектрических покрытий на алюминии и его сплавах анодным оксидированием металла в электролитах, позволяющих сформировать покрытия толщиной до 1 мкм [1] (1-й тип анодных оксидов алюминия). Сформированный оксид обладает высокой диэлектрической проницаемостью, малыми диэлектрическими потерями и достаточно высокой электрической прочностью, однако толщина оксида ограничена, и поэтому абсолютное значение напряжения пробоя на постоянном токе не превышает 600-800 В. Напряжение пробоя на переменном токе этих диэлектриков составляет не более 200 В.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ формирования оксидных покрытий анодированием алюминия или его сплавов в слаборастворяющих оксид электролитах [2]. Анодирование в таких электролитах позволяет сформировать пористый слой оксида толщиной до 100 мкм (2-й тип анодных оксидов алюминия). Однако электрическая прочность таких покрытий невелика из-за неоднородной по плотности структуры пленки. Кроме того, пористый слой очень чувствителен к состоянию окружающей среды и электрическая прочность заметно уменьшается с ростом влажности.

Целью изобретения является получение оксидных покрытий на алюминии и его сплавах, обеспечивающих высокие электроизоляционные свойства, сохраняющиеся с ростом влажности.

Поставленная задача достигается тем, что пористый оксид, сформированный на алюминии или его сплавах анодированием в порообразующем электролите, подвергается повторному анодированию в электролите, не растворяющем оксид.

Повторное анодирование пористого слоя в электролите, не растворяющем окисную пленку, приводит к росту плотного оксида в порах покрытия и преобразованию верхнего неоднородного слоя в плотный беспористый оксид, аналогичный первому типу оксидов. Электрическая прочность такого оксида на постоянном токе сохраняется, но поскольку толщина покрытия может составить десятки мкм, то абсолютное значение напряжения пробоя увеличивается пропорционально толщине и составляет десятки киловольт. Напряжение пробоя на переменном токе для таких покрытий заметно увеличивается. Кроме того, образовавшийся плотный слой оксида позволяет получить покрытие, свойства которого слабо зависят от влажности атмосферы испытаний.

Предлагаемое техническое решение поясняется примером.

Пример 1. Электроизоляционные покрытия были сформированы анодированием алюминия марки А99 и сплава АМг в растворе щавелевой кислоты для получения пористого слоя одинаковой толщины. Затем часть образцов была повторно анодирована в растворе борной кислоты. Определение электрической прочности сформированных покрытий проводилось на переменном токе с помощью прибора УПУ-3 в соответствии с ГОСТ 6433.3-71 в сухой атмосфере и в условиях повышенной влажности. Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.

Как видно из таблиц, повторное анодирование приводит к росту напряжения пробоя как в сухой, так и во влажной атмосфере. Минимальное напряжение повторного анодирования, необходимое для получения покрытия с напряжения пробоя ~3 кВ как на чистом алюминии, так и на сплаве АМг, составляет 1000 В.

Таблица 1.
Параметры пористого слоя оксида, сформированного на алюминии и сплаве АМг в растворе щавелевой кислоты.   Металл Толщина пористого оксида, мкм Напряжение пробоя, В (сухая атмосфера) Напряжение пробоя, В (влажная атмосфера) 1 А99 30 2800 400 2 АМг 30 2000 300   Таблица 2.
Параметры слоя оксида на алюминии и сплаве после повторного анодирования в растворе борной кислоты.   Металл Напряжение реанодирования Напряжение пробоя, сухая атмосфера, В Напряжение пробоя, влажная атмосфера, В 1 А99 800 2500 800 2 А99 1000 3000 1000 3 А99 1500 >3000 1000 4 АМг 800 2400 600 5 АМг 1000 2800 700 6 АМг 1200 2800 800 7 АМг 1500 3000 900

Погрешность определения параметров составляет 10%

Минимальное напряжение повторного анодирования, необходимое для увеличения электрической прочности покрытий на алюминии и сплаве, составляет 1000 В. Напряжение анодирования свыше 1500 В в выбранном растворе борной кислоты приводит к явлению искрения в электролите и прекращению роста анодного оксида.

Источники информации

1. Тареев Б.М., Лернер М.М. Оксидная изоляция. М.: Энергия. 1975. 208 с.

2. Thomson G.E., Xu Y., Seldon P., Shimizu K., Han S.H., Wood G.C. Anodic oxidation of aluminium // Philosophical Magazine B. - 1987, Y.55, №6, Р.651-667.

Изобретение относится к электрохимическим способам формирования покрытий с высокими электроизоляционными свойствами, которые сохраняются как в сухой, так и во влажной атмосфере. Способ включает анодирование деталей из алюминия и его сплавов для образования пористого слоя в растворе щавелевой кислоты, полученный слой подвергается повторному анодированию в растворе борной кислоты. Технический результат: повышение электроизоляционных свойств, сохраняющихся с ростом влажности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ формирования оксидных покрытий на деталях из алюминия и его сплавов, включающий формирование на деталях пористого слоя анодированием в растворе щавелевой кислоты, отличающийся тем, что детали повторно анодируют в растворе борной кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что повторное анодирование в растворе борной кислоты проводят при напряжении 1000-1500 В.