RU2490372C2 - Способ получения градиентного каталитического покрытия - Google Patents
Способ получения градиентного каталитического покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490372C2 RU2490372C2 RU2011140794/02A RU2011140794A RU2490372C2 RU 2490372 C2 RU2490372 C2 RU 2490372C2 RU 2011140794/02 A RU2011140794/02 A RU 2011140794/02A RU 2011140794 A RU2011140794 A RU 2011140794A RU 2490372 C2 RU2490372 C2 RU 2490372C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- titanium
- oxygen
- argon
- pressure
- Prior art date
Links
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к каталитическим оксидным покрытиям, а также к электрохимическим производствам, и может быть использовано при изготовлении электродных материалов. Способ получения градиентного каталитического покрытия на подложке из титана или его сплава включает формирование промежуточного пористого подслоя из оксидов титана и нанесение покрытия методом магнетронного напыления. При нанесении упомянутого покрытия магнетронное напыление металлической компоненты систем (Ti-Ru), (Ti-Ru-Ir) или (Zr-Ru) осуществляют в вакуумной камере в среде плазмообразующего газа аргона и реакционного газа кислорода. Давление аргона поддерживают постоянным в течение всего процесса напыления, а парциальное давление кислорода увеличивают по линейному закону от 0 Па до 8·10-2 Па в течение 10 минут и при установившемся давлении кислорода напыляют указанную металлическую композицию до требуемой толщины с получением градиентного каталитического покрытия, в котором содержание оксидов увеличивается от 0% до 100% от промежуточного слоя к поверхности. Обеспечивается получение коррозионно-стойкого покрытия для увеличения ресурса работы анодов с покрытием с низким содержанием примесей металлов, снижающих коррозионную стойкость покрытия, высокими характеристиками электрокаталитической активности по отношению к процессам, протекающим в системах очистки воды, существенно более высокой механической прочностью самого покрытия и более высокой прочностью сцепления с промежуточным подслоем. 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области нанесения покрытий с функциональными и специальными свойствами, в частности к каталитическим оксидным покрытиям, а также к электрохимическим производствам, в частности к способу изготовления электродов, и может быть использовано при изготовлении электродных материалов для комплексной очистки воды и стоков, для производства хлора и хлорсодержащих соединений и др.
Известно смешанное металлооксидное покрытие [пат. РФ №2379380, опубл. 20.01.2010 г.] на электродной основе из вентильного металла, содержащее оксиды металлов платиновой группы и оксид титана. Недостатком изобретения является сложность процедуры получения покрытия, требующей нанесения нескольких слоев раствора солей металлов и проведения термообработки при температурах от 450°C до 550°C после нанесения каждого слоя. Такие покрытия обладают низкой коррозионной стойкостью вследствие плохой адгезии и характеризуются трещинообразной структурой.
Известен электрод и способ его изготовления [пат. US №6,123,816, опубл. 26.09.2000 г.]. Электрод содержит электрокаталитическое покрытие, нанесенное на подложку из вентильного металла, включающее смесь рутения и/или его оксида и неблагородного металла или его оксида. Покрытие наносится методом конденсации из газовой фазы. Недостатком способа является разность коэффициентов термического расширения (КТР) металла подложки и наносимого покрытия. Разница КТР приводит к возникновению напряжений, являющихся возможной причиной отслоения покрытия в процессе эксплуатации электрода.
В патенте пат. РФ №2288973 [опубл. 10.12.2006 г.] электрод изготавливается из титана или его сплавов с электрокаталитическим покрытием из оксидов титана и рутения при соотношении (мол.%) 25-30:70-75%, при этом он содержит промежуточные подслои из оксидов титана, сформированных методом плазменно-электролитического оксидирования. Электрокаталитическое покрытие из оксидов титана и рутения получают термическим разложением смеси солей рутения и титана - RuCl3·3H2O и TiCl3.
Наиболее близким по техническому решению является пат. РФ №2341587, опубл. 20.12.2008 г. (прототип), в котором методом магнетронного напыления формируют градиентное покрытие на подложке из титана или титанового сплава. Недостатками данного способа являются:
1. Покрытие имеет недостаточно развитую поверхность;
2. Не обеспечивается достаточный уровень электрокаталитической активности покрытия электродов для эффективной работы в системах очистки воды;
3. Не обеспечивается высокая адгезия наносимого покрытия к подложке вследствие разницы в значениях КТР материала подложки и покрытия, что приводит к возникновению внутренних напряжений и возможному отслоению покрытия.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа получения градиентных покрытий с предварительным нанесением коррозионностойкого покрытия для увеличения ресурса работы анодов с покрытием с низким содержанием примесей металлов, снижающих коррозионную стойкость покрытия, развитой поверхностью, высокими характеристиками электрокаталитической активности по отношению к процессам, протекающим в системах очистки воды, существенно более высокой механической прочностью самого покрытия и более высокой прочностью сцепления с подложкой.
Технический результат достигается за счет того, что на подложке из титана или титанового сплава формируется пористый подслой из оксидов титана и наносится градиентное оксидное покрытие каталитического класса методом магнетронного напыления металлической композиции систем (Ti-Ru), (Ti-Ru-Ir) или (Zr-Ru) при регулируемом поступлении реакционного газа кислорода в вакуумную камеру по линейному закону изменения давления от 0 Па до 8·10-2 Па в течение 10 мин.
Пористая структура подслоя способствует формированию контакта градиентного оксидного покрытия с подложкой. Содержание оксидов в покрытии увеличивается от 0 до 100%, чем обеспечивается плавное изменение КТР по толщине покрытия, что исключает возникновение внутренних напряжений, приводящих к растрескиванию покрытия и снижению коррозионной стойкости, и обеспечивает высокую адгезию покрытия к подложке.
Формируемый пористый подслой из оксидов титана служит носителем электрокаталитического покрытия и имеет толщину до 10 мкм. Такая структура обеспечивает защиту подложки электрода от коррозии и развитую поверхность электрода.
Пористый подслой из оксидов титана обладает изолирующими свойствами, однако магнетронное напыление покрытий каталитического класса систем (Ti-Ru), (Ti-Ru-Ir) или (Zr-Ru) при регулируемом поступлении реакционного газа кислорода в вакуумную камеру по линейному закону на предварительно полученный на титане или его сплавах пористый подслой из оксидов титана делает подслой проводящим и обеспечивает достаточную электропроводность электрода и его высокую электрокаталитическую активность за счет постепенного увеличения содержания оксидов от промежуточного слоя к поверхности.
Разработанное покрытие обладает высокой эффективностью при работе в системах очистки воды и стоков, принцип действия которых основан на электроуправляемой сорбции. В таблице приводятся результаты анализа проб воды до и после прохождения системы очистки.
| Таблица | |||||
| Результаты анализа проб воды по станции метро «Старая деревня» до и после очистки | |||||
| № п/п | Показатели | Единицы измерения | Результаты анализа до очистки | Результаты анализа после очистки | ПДК по СанПин |
| 1 | pH | Ед. pH | 8,2 | 8,0 | 6-9 |
| 2 | Запах | Балл | 2 | 0 | 2,0 |
| 3 | Привкус | Балл | 3 | 0 | 2,0 |
| 4 | Мутность | мг/дм3 | 43 | 0,28 | 1,5 |
| 5 | Цветность | град. | 39 | 2,3 | 20,0 |
| 6 | Железо общее | мг/дм3 | 1,2 | <0,05 | 0,3 |
| 7 | Окисляемость | мг O2/дм3 | 8,9 | 1,7 | 5,0 |
| 8 | Ост. акт. хлор | мг/дм3 | 0,50 | <0,15 | 0,8-1,2 |
| 9 | Ост. алюминий | мг/дм3 | 0,33 | <0,04 | 0,5 |
| 10 | Аммиак | мг/дм3 | 1,0 | 0,5 | 2,0 |
| 11 | Жесткость | мг-экв/дм3 | 1,3 | 0,95 | 7,0 |
| 12 | Хлороформ | мг/дм3 | 0,03 | <0,001 | 0,2 |
Сущность способа заключается в следующем. На подготовленной пластине из титана или его сплавов формируют промежуточный пористый оксидный слой, например, методом электрохимического легирования окисляемой поверхности (ЭЛОП). Далее подложку с полученным пористым оксидным подслоем помещают в вакуумную камеру установки магнетронного напыления, предварительно нагревают в вакууме до температуры 400-450°C, затем осуществляют напыление металлической композиции систем (Ti-Ru), (Ti-Ru-Ir) или (Zr-Ru) в среде плазмообразующего газа аргона и реакционного газа кислорода, причем, давление аргона поддерживают постоянным в течение всего процесса напыления, а парциальное давление кислорода изменяют по линейному закону от 0 Па до 8·10-2 Па в течение 10 мин, и по достижению указанного максимального давления кислорода проводят напыление оксидного покрытия требуемой толщины. В результате этого содержание оксидов в покрытии увеличивается от 0% до 100% по тому же закону от промежуточного слоя к поверхности.
Пример осуществления способа.
Пластину из титана марки ВТ 1-0 обезжиривают, промывают дистиллированной водой и высушивают на воздухе.
Подготовленную пластину подвергают электрохимическому легированию окисляемой поверхности в водном растворе солей натрия при pH 8-10 в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,1 А/дм, времени оксидирования 15 мин и температуре электролита 25°C. Напряжение изменялось от 0 В до 360 В.
В результате обработки формируется пористый оксидный подслой толщиной 6-8 мкм из диоксида титана.
Далее на подготовленную таким образом поверхность образца на установке магнетронного напыления с использованием металлической мишени композиции (Ti-Ru) производили нанесение градиентного оксидного покрытия. Пластины помещаются в вакуумную камеру установки магнетронного напыления. Камеру откачивают до остаточного давления не выше 2·10-3 Па. Затем образцы нагреваются в вакууме до температуры 400±30°C. После этого в вакуумную камеру подается плазмообразующий газ - аргон до давления (3-5)·10-1 Па и поддерживают на заданном уровне в течение всего процесса напыления. На композиционную мишень (Ti-Ru) подается напряжение и возбуждается плазменный разряд с плотностью тока ~0,25 А/см2. После этого подается реакционный газ кислород в вакуумную камеру при увеличении парциального давления кислорода по линейному закону от 0 Па до 8·10-2 Па в течение 10 мин. Далее покрытие наносится при установившемся давлении кислорода в течение 20 мин.
Заявляемая технология обеспечивает низкое содержание примесей металлов, снижающих коррозионную стойкость покрытия, и однородность состава покрытия, развитую поверхность для обеспечения высокой электрокаталитической активности покрытия при работе в системах очистки воды, отсутствие внутренних напряжений и высокую адгезию покрытия к подложке.
Claims (1)
- Способ получения градиентного каталитического покрытия на подложке из титана или его сплава, включающий нанесение покрытия методом магнетронного напыления, отличающийся тем, что перед нанесением упомянутого покрытия формируют промежуточный пористый подслой из оксидов титана, а при нанесении упомянутого покрытия магнетронное напыление металлической компоненты систем (Ti-Ru), (Ti-Ru-Ir) или (Zr-Ru) осуществляют в вакуумной камере в среде плазмообразующего газа аргона и реакционного газа кислорода, причем давление аргона поддерживают постоянным в течение всего процесса напыления, а парциальное давление кислорода увеличивают по линейному закону от 0 Па до 8·10-2 Па в течение 10 мин и при установившемся давлении кислорода напыляют указанную металлическую композицию до требуемой толщины с получением градиентного каталитического покрытия, в котором содержание оксидов увеличивается от 0% до 100% от промежуточного слоя к поверхности.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011140794/02A RU2490372C2 (ru) | 2011-10-03 | 2011-10-03 | Способ получения градиентного каталитического покрытия |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011140794/02A RU2490372C2 (ru) | 2011-10-03 | 2011-10-03 | Способ получения градиентного каталитического покрытия |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011140794A RU2011140794A (ru) | 2013-04-10 |
| RU2490372C2 true RU2490372C2 (ru) | 2013-08-20 |
Family
ID=49151752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011140794/02A RU2490372C2 (ru) | 2011-10-03 | 2011-10-03 | Способ получения градиентного каталитического покрытия |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2490372C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107513694B (zh) * | 2017-08-22 | 2019-05-14 | 四川大学 | 一种用于锆合金表面抗高温氧化ZrCrFe/AlCrFeTiZr复合梯度合金涂层制备工艺 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2288973C1 (ru) * | 2005-06-02 | 2006-12-10 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет" (ДВГУ) | Электрод и способ его изготовления |
| RU2341587C2 (ru) * | 2004-05-06 | 2008-12-20 | Ппг Индастриз Огайо, Инк. | Способ нанесения покрытия методом осаждения при магнетронном распылении в вакууме |
| RU2346080C2 (ru) * | 2007-01-25 | 2009-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов |
| US20090277782A1 (en) * | 2007-09-18 | 2009-11-12 | College Of William And Mary | Silicon Oxynitride Coating Compositions |
| CN101698362A (zh) * | 2009-10-30 | 2010-04-28 | 华南理工大学 | 一种自润滑硬质纳米复合多层涂层及其制备方法 |
-
2011
- 2011-10-03 RU RU2011140794/02A patent/RU2490372C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2341587C2 (ru) * | 2004-05-06 | 2008-12-20 | Ппг Индастриз Огайо, Инк. | Способ нанесения покрытия методом осаждения при магнетронном распылении в вакууме |
| RU2288973C1 (ru) * | 2005-06-02 | 2006-12-10 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет" (ДВГУ) | Электрод и способ его изготовления |
| RU2346080C2 (ru) * | 2007-01-25 | 2009-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов |
| US20090277782A1 (en) * | 2007-09-18 | 2009-11-12 | College Of William And Mary | Silicon Oxynitride Coating Compositions |
| CN101698362A (zh) * | 2009-10-30 | 2010-04-28 | 华南理工大学 | 一种自润滑硬质纳米复合多层涂层及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011140794A (ru) | 2013-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lu et al. | The effect of formic acid concentration on the conductivity and corrosion resistance of chromium carbide coatings electroplated with trivalent chromium | |
| TW201437406A (zh) | 不銹鋼表面處理方法及由該方法製得的外殼 | |
| US11588168B2 (en) | Separator for fuel cell or current collecting member for fuel cell, and solid polymer electrolyte fuel cell | |
| US20090311577A1 (en) | Corrosion-resistant material and manufacturing method of the same | |
| CN113249683A (zh) | 高导电耐蚀长寿命max相固溶复合涂层、其制法与应用 | |
| CN1173899A (zh) | 用于电解池的阴极 | |
| JP5614671B2 (ja) | 酸化被膜及びその形成方法 | |
| RU2490372C2 (ru) | Способ получения градиентного каталитического покрытия | |
| CN108598497A (zh) | 一种用于燃料电池金属极板的纳米金属层及制备方法 | |
| JP2019119930A (ja) | 塩素発生用電極 | |
| US6649039B2 (en) | Process of surface treating aluminum articles | |
| CN111254476A (zh) | 一种纯铜表面耐蚀黑色微弧氧化膜的制备方法 | |
| JP3430479B2 (ja) | 酸素発生用陽極 | |
| RU2577860C1 (ru) | Способ защиты от окисления биполярных пластин и коллекторов тока электролизеров и топливных элементов с твердым полимерным электролитом | |
| WO2011036225A1 (en) | Electrode for electrolytic processes with controlled crystalline structure | |
| CN113355713A (zh) | 一种减摩润滑铝合金 | |
| JPH08225977A (ja) | 電解用電極及びその製造方法 | |
| CN110904419A (zh) | 一种电解阳极板及其制备方法 | |
| JP6229771B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ又は燃料電池用集電部材 | |
| CA2801793C (en) | Substrate coating on one or more sides | |
| JPH10330998A (ja) | 電気めっき方法 | |
| RU74242U1 (ru) | Газодиффузионный электрод для электрохимического устройства | |
| CN114262104B (zh) | 一种催化氧化联合膜处理技术去除自来水中微量污染物的方法 | |
| EA024356B1 (ru) | Электрод для электролитической ячейки | |
| CN114318462B (zh) | 一种具有耐蚀性的超亲水铝合金表面改性的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161004 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190603 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200623 |
|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -PC4A- IN JOURNAL 18-2020 FOR INID CODE(S) D N |