СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИИ И ЕГО СПЛАВАХ
TECHNIQUE OF OXIDE COATING ON ALUMINIUM AND ITS ALLOYS

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.