Protective and Nanoporous Alumina Films Studied in situ by X-ray and Electrochemical Methods

Aluminium och Aluminiumlegeringar, som forutom aluminium innehaller nagra fa procent av andra metaller, anvands i flera olika produkter sasom mobiltelefoner, flygplan, bilar och byggnader. Bland annat ar aluminiumlegeringar det mest anvanda byggtekniska materialet efter jarnlegeringar. Det breda anvandandet av aluminiumlegeringar forklaras av de manga fordelaktiga egenskaperna. Till exempel har legeringarna hog hallfasthet, lag vikt, hog korrosionsbestandighet och optiskt fint utseende.Korrosion ar en process som leder till att material vittrar sonder. Oftast sker detta genom att metaller reagerar med syre eller vatten som finns i den omgivande miljon och bildar tillsammans ett nytt material en sa kallade oxid eller hydroxid som ar en blandning av metall, syre och eventuellt vate. Ett av de kanske mest vardagliga och uppenbara problemen med korrosion ar nar jarnmaterial pa vara bilar rostar, dar rost ar en jarnoxidhydroxid.Aluminiummaterials hoga korrosionsbestandighet kan delvis forklaras av det tunna aluminiumoxidlager som bildas direkt nar aluminium kommer i kontakt med luft eller vatten. Detta lager ar mycket stabilt och skyddar mot korrosion eftersom metallen inte ar i direkt kontakt med omgivande miljo. Pa aluminium ar detta naturliga oxidlager nagra nanometer tunt, vilket ar ungefar en tiotusendel av ett harstra.I mer korroderande miljoer sasom havsluft eller havsvatten behovs oftast ett forbattrat skydd. Ett satt att oka skyddet ar att producera ett tjockare oxidlager genom en elektrokemisk process som heter anodisering. Denna process utfors genom att placera aluminiummaterialet och ett annat ledande material i en ledande vatska. Darefter laggs en spanning over materialen dar aluminiumet ar positivt och det andra materialet ar negativt. Det kommer da ga en strom fran aluminiumet till det andra materialet genom oxiden och vatskan. Detta leder till oxidtillvaxt pa aluminiummaterialet. Oxiden som skapas kan ha olika former, vilket mestadels bestams av vatskan som anvands till anodiseringen. I vatskor dar oxiden ar mindre losbar bildas oftast ett jamnt lager oxid som kan bli upp till ungefar en mikrometer tjockt, vilket ar ungefar som en hundradel av ett harstra. Om anodiseringen istallet utfors i en vatska dar oxiden ar nagot loslig, vanligtvis svavelsyra, skapas en poros oxid istallet. Den oxiden kan bli annu tjockare och typiskt vaxer man den till 20-30 mikrometers tjocklek, vilket ar en brakdel av ett harstra. Denna porosa oxid har liknande form som binas vaxkaka fast dar porerna i oxiden ar typiskt tiotals nanometer breda. Pa senare tid har det ocksa upptackts att for specifika anodiseringsforhallande kan porerna i den porosa oxiden organisera sig i ett mycket valordnat monster. Detta har lett till att oxiderna ocksa har fatt mycket intresse inom nanoteknologin. Till exempel kan porerna anvandas som en typ av gjutningsform och fyllas med andra material. Pa grund av de manga applikationerna av aluminiummaterial och de anodiska oxiderna sa har det utforts mycket forskning inom omradet. Forskningen har mestadels utforts med mikroskopi och elektrokemiska metoder. Eftersom det ar svart, speciellt med mikroskopi, att utfora matningar med dessa metoder under oxidtillvaxten eller korrosion, sa ar kunskapen om de bakomliggande processerna begransade.I denna avhandling har till stor del istallet synktronljusbaserade och elektrokemiska metoder anvants for att studera den naturliga och de anodiska oxiderna. Synktronljus ar mycket hogintensiv rontgenstralning som fas fran en forskningsfacilitet kallad synkrotron. Eftersom rontgenstralarna vi anvant oss av kan ga igenom vatskor och material, sa kan man undersoka materialen nar anodiseringen eller korrosionen pagar. Mestadels i detta projekt har rontgenstralningen skjutits igenom eller latits studsa pa aluminiumoxiderna. Eftersom stalningens riktning forandras enligt formen pa materialet kan man rakna ut materialets form fran riktningsforandringen av stralningen. Detta har vi anvant till att bestamma tjockleken av den tunna naturliga oxiden och de lite tjockare anodiska oxiderna bade pa rena aluminiummodellmaterial och pa aluminiumlegeringar. Samtidigt som vi mater med rontgenstralningen har vi ocksa genomfort elektrokemiska matningar. Kombination av bade dessa mojliggor samtida bestamningar av bade formen pa oxiderna och de elektrokemiska egenskaperna sasom korrosionbestandigheten. Rontgenstralningsmetoder anvandes ocksa till att bestamma hur porerna forandras och ordnar sig under anodisering. Med metoden ar det mojligt att bestamma formen pa oxiden minst varje sekund. Detta ar mycket snabbare an vad som ar mojligt med mikroskopimetoder dar anodisering behover stoppas och matningen maste goras i en annan miljo an anodiseringen. Det betyder att rontgenmetoden ger mycket battre statistik over hur oxiden forandras med tiden vilket ar viktigt for att fa en battre forstaelse for tillvaxtprocesserna.