М. С. ЗИБРОВ, А. В. КАЗИЕВ, А. В. ТУМАРКИН
Научные руководители – А. А. ПИСАРЕВ, д. ф.-м. н., профессор
– Г. В. ХОДАЧЕНКО, к. ф.-м. н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
СОЗДАНИЕ ЗАЩИТНЫХ СЛОЕВ НА АЛЮМИНИЕВЫХ ТОКОСЪЕМНИКАХ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ
Исследованы металлические покрытия на алюминиевой фольге для ее защиты от коррозии в щелочной среде. Нанесение покрытий проводилось, в магнетронах с твердым и жидким металлическими катодами. Стойкими были только медные покрытия, полученные при использовании комбинированной технологии, включающей в себя ионную очистку алюминия, нанесение предслоя в магнетроне с твердым катодом с последующим наращиванием его в жидкофазном магнетроне.
Проблема защиты тонких алюминиевых фольг от коррозии в щелочных средах является актуальной с точки зрения возможности их использования в качестве токосъемников в суперконденсаторах со щелочным электролитом. На основании работ по защите металлов от атмосферной коррозии [1] можно предположить, что покрытия из металлов, стойких к воздействию щелочей, могут предотвратить коррозию алюминия и в щелочных электролитах.
Для улучшения защитных свойств покрытий необходимо улучшить их адгезию с подложкой [2]. Для этого необходимо производить распыление поверхности фольги ионами аргона с энергией не менее 2 кэВ [3].
В стационарном магнетронном разряде были нанесены покрытия из меди и титана с толщинами от 0,4 мкм до 1 мкм. Покрытия осаждались на подложки из промышленной конденсаторной алюминиевой фольги высокой чистоты толщиной 40 мкм и механически полированные подложки из алюминия толщиной 2 мм, предварительно очищаемые ионами аргона с энергиями в диапазоне 2÷3 кэВ.
Адгезия всех полученных покрытий, оценивавшаяся при помощи «скотч-теста», была хорошей. Тесты на коррозионную стойкость алюминия, покрытого полученными пленками, проводились в щелочном электролите - 30% водном растворе NaOH.
На образцах с медным покрытием (толщиной 0,8 мкм и 1 мкм), осажденным на алюминиевую фольгу, при контакте с раствором NaOH наблюдалось слабое газовыделение; на остальных же образцах практически сразу наблюдалось интенсивное газовыделение, связанное с эрозией алюминия. Это свидетельствует о том, что полученные медные покрытия с толщиной не менее 0,8 мкм имеют малое число сквозных каналов для доступа электролита. Улучшение защитных свойств путем дальнейшего увеличения толщины покрытия невозможно, так как это приводит к увеличению в них внутренних напряжений. Возможно, однако, нанесение второго слоя покрытия с малыми внутренними напряжениями. Такие покрытия можно получать в магнетронном разряде с жидким катодом (ЖФМРС).
Рис. 1. РЭМ изображение поперечного сечения полученного покрытия
В ЖФМРС было осаждено медное покрытие толщиной 3,5 мкм на алюминиевую фольгу с предварительно нанесенным на нее в стационарном магнетронном разряде слоем меди толщиной 0,8 мкм. На рис. 1 представлено РЭМ изображение поперечного сечения полученного покрытия. Как можно видеть, слой, нанесенный в ЖФМРС, имеет разветвленную пористую структуру. Несмотря на это, при испытаниях этого покрытия газовыделение и разрушение медной пленки не наблюдалось в течение 24 часов. Такой эффект можно объяснить тем, что в ЖФМРС разряд горит на парах металла, и частицы металла (атомы и ионы), осаждающиеся на поверхность предварительно нанесенной пленки, имеют высокую запасенную энергию, что способствует их высокой поверхностной мобильности и приводит к «закупориванию» имеющихся в ней пор.
Список литературы
1. , , Соловьев покрытия (свойства и применение). // Изд-во Томского политехнического университета, Томск, 2011.
2. Liu C., Hu D., Xu J., Yang D., Qi M., In vitro electrochemical corrosion behavior of functionally graded diamond-like carbon coatings on biomedical Nitinol alloy. // Thin Solid Films, , 457-462.
3. , , . Обработка алюминиевой фольги ионным пучком в вакууме. // Матер. конф. «Вакуумная наука и техника 2008», Москва, 2008, с. 104-107.
