Вплив часових параметрів оксидування на склад та морфологію каталітичних покривів Al₂O₃·CoxOy

Abstract

Досліджено процес формування змішаних оксидних покривів на висококремністому сплаві алюмінію у кобальтовмісному дифосфатному електроліті методом плазмово-електролітичного оксидування. Хронограми напруги формування дослідженої системи мають класичний вид із розділенням на характеристичні області. Показано, що неоднорідність хімічного складу АЛ25 зумовлює витрату частини анодного струму на гомогенізацію оброблюваної поверхні, що відображається у мінімізації вмісту легувальних компонентів на початковому етапі обробки. Встановлено, що приріст відносної маси сформованого шару змішаних оксидів Al₂O₃·CoxOy є функцією часу. Залежність має екстремальний характер із максимумом на 55 хв. Хімічний склад та морфологія поверхні утворюваного оксидного шару залежать від часу оксидування. Вміст каталітичного компоненту в поверхневих шарах варіюється від 0,2 до 23,3 ат. % при збільшенні часу обробки від 10 до 60 хв. Максимальна інкорпорація кобальту до складу оксидного шару відбувається при ПЕО протягом 35-50 хв, при цьому вміст кремнію у поверхневих шарах не перевищує 2 ат. %, що є сприятливим для каталітичних властивостей одержаного матеріалу. Включення кобальту візуалізується вкрапленнями синьо-фіолетового кольору в місцях горіння мікродугових розрядів. Сформований змішаний шар оксидів алюмінію та кобальту характеризуються розвиненою мікроглобулярною структурою, утвореною конгломератами сфероїдів із середнім розміром 1-2 мкм. Нанесений оксидний шар складається із α-Al₂O₃ з інкорпорованими фазами Co₃O₄. Наявність аморфного гало зумовлено формуванням структури у нерівноважних умовах. Сукупність виявлених факторів є передумовою високих каталітичних властивостей одержаних покривів. Перспективною сферою застосування систем Al₂O₃·CoxOy є внутрішньоциліндровий каталіз у двигунах внутрішнього згоряння.

The process of formation of mixed oxide coatings on a high-silicon aluminum alloy in the cobalt-containing diphosphate electrolyte by the method of plasma-electrolytic oxidation is investigated. The chronographs of the molding voltage of the investigated system have a classical form with the division into characteristic regions. It was shown that the heterogeneity of the chemical composition of AL25 causes the consumption of part of the anode current to homogenize the treated surface, which is reflected in minimizing the content of doping components at the initial processing stage. It was established that the growth of the relative mass of the formed layer of mixed oxides Al₂O₃·CoxOy is a function of time. Dependence is extreme with a maximum of 55 minutes. The chemical composition and surface morphology of the oxide layer formed depend on the time of oxidation. The content of the catalytic component in the surface layers varies from 0.2 to 23.3 at. % with an increase in processing time of 10 to 60 minutes. Maximum incorporation of cobalt into the oxide layer occurs at PEO for 35-50 minutes, while the silicon content in the surface layers does not exceed 2 at. %, which is favorable for the catalytic properties of the material. The inclusion of cobalt is visualized by the intersperses of blue-violet color in the places of combustion of micro-arc discharges. The formed mixed layer of alumina and cobalt oxides are characterized by a developed microglobular structure formed by conglomerate spheroids with an average size of 1-2 microns. The formed oxide layer consists of α-Al₂O₃ with incorporated Co₃O₄ phases. The presence of an amorphous halo is due to the formation of a structure in non-equilibrium conditions. The set of detected factors is a prerequisite for the high catalytic properties of the resulting coatings. A promising field of application of Al₂O₃·CoxOy systems is an internal cylinder catalysis of internal combustion engines.