ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ МЕДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Секция «Перспективные материалы и технологии»

УДК 620.22

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ МЕДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

А. В. Овчинников1, И. Р. Волкова2, А. Н. Залога3, К. А. Шабанова2, А. И. Лямкин1 Научный руководитель - М. Н. Волочаев

1Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

2ФИЦ Красноярский научный центр Красноярск 3Сибирский Федеральный Университет Красноярск Е-mail: vicserg@mail.ru

Получены композиционные медные гальванические покрытия, содержащие два вида порошков оксида алюминия различной дисперсности (глинозем и электровзрывной порошок оксида алюминия). Введение порошков привело к изменению механизмов роста зерен меди при формировании покрытий. Произошли измельчение и упорядочение зерновой структуры покрытий, появление двойников и текстурирование.

Ключевые слова: медные гальванические композиционные покрытия, оксид алюминия электровзрывной, глинозем, микроструктура\

ELECTRON MICROSCOPY INVESTIGATION OF COPPER COMPOSITE

ELECTROPLATING COATINGS

A. V. Ovchinnikov1, I. R. Volkova2, A. N. Zaloga3, K. A. Shabanova2, A. I. Lyamkin1 Scientific supervisor - M. N. Volochayev

1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2FIC Krasnoyarsk Scientific Center Krasnoyarsk 3Siberian Federal University Krasnoyarsk Е-mail: vicserg@mail.ru

Composite copper electroplating coatings containing two types of aluminum oxide powders with different dispersion (alumina and electroexplosive aluminum oxide powder) were obtained. The injection of powders led to a change in the growth mechanisms of copper grains during the coatings formation. There was a grinding, grain structure ordering twining and texturing of coatings.

Keywords: copper electroplating composite coatings, electroexplosive aluminum oxide, alumina, microstructure

Большое внимание уделяется возможности улучшения эксплуатационных характеристик медных композиционных электрохимических покрытий, в том числе и прочностных. Чаще всего для этого используют высокодисперсные добавки, которые вводятся в покрытие в

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1

процессе его получения, что позволяет значительно влиять на их микроструктуру, размер зерен и, соответственно, на свойства покрытий [1-3]. Таким образом, целью данной работы было получение и исследование структуры медных композиционных покрытий с добавкой порошков оксида алюминия различной дисперсности.

Исследовались три типа покрытий:

1. Без добавок

2. С добавкой порошка глинозема, представляющего собой аморфную высокодефектную фазу x-Al2O3 со средним медианным диаметром частиц 5,2 мкм;

3. С добавкой электровзрывного нанопорошока оксида алюминия с фазовым составом у-и 8-Al2O3, среднечисловой размер частиц нанометрового диапазона 40-60 нм.

Порошки вводились в виде водной суспензии в количестве, достаточном для достижения концентрации их в электролите 13 гр/л.

Содержание дисперсной фазы (оксида алюминия) в композиционных покрытиях составило 0,4 масс. %. для образца № 2 и 0,1 масс. %. для образца № 3, которое определяли гравиметрически после избирательного травления матрицы покрытия в разбавленной азотной кислоте. Для исследования структуры полученных образцов были использованы интегральные (рентгенофазовый анализ) и локальные (растровая и просвечивающая электронная микроскопия).

(200)

(220) I А ,

(111) <22°) (200)

л.

(111)

,(200) (220)

а.

б)

в)

Рис. 1. Рентгенограммы а) образец без добавок, б) образец с добавлением глинозема, в) образец с

добавлением электровзрывного порошка

Дифрактограмма покрытий без добавок имеет типичный для меди вид; рентгенограмма композита с глиноземом также содержит пики, соответствующие меди, однако наблюдается выраженное перераспределение интенсивностей пиков, на рентгенограмме меди с добавкой электровзрывного нанопорошока оксида алюминия присутствует ярко выраженный преимущественный рост кристаллитов вдоль плоскости (111). У всех образцов отмечается формирование крупных кристаллитов.

б)

Рис. 2. Изображения поперечного среза а) образец без добавок, б) образец с добавлением глинозема,

в) образец с добавлением электровзрывного порошка

(Секция «Перспективные материалы и технологии»

На микрофотографиях торцевого среза образцов видно изменение принципа роста композиционных покрытий в процессе их формирования. При получении медных покрытий без добавок образуется разориентированная зерновая структура. В композитах, содержащих глинозем, можно отметить полиориентированный вертикальный рост и измельчение размеров зерен. По мере роста покрытия также наблюдается как разрастание имеющихся зерен, так и образования новых зародышей. В композиционных покрытиях с с добавкой электровзрывного нанопорошока оксида алюминия видна направленная по нормали к подложке более упорядоченная измельченная узко-столбчатая структура, размер зерен композиционных образцов увеличивается с расстоянием от подложки. Также стоит отметить, что в процессе формирования зерен покрытия происходит образование кристаллических двойников, причем, их количество значительно больше в композиционных покрытиях.

а) б)

Рис. 3. ПЭМ-изображения и дифракция (вставка). а) образец с добавлением глинозема, б) образец с

добавлением электровзрывного порошка

Результаты ПЭМ, подтверждают, что в процессе формирования покрытий образуются двойниковые дефекты. Кристаллы формируются по механизму слоистого роста. Образование двойников происходит по плоскостям типа (111), что типично для ГЦК кристаллов.

Таким образом, внедрение глинозема привело к полиориентированному росту зерен, появлению смешанной преимущественной ориентации роста кристаллитов по осям (111) и (220), введение электровзрывного порошка привело к формированию ориентированной упорядоченной узко-столбчатой зерновой структуры, преимущественному росту кристаллитов меди вдоль оси (111). В обоих случаях введения добавок массово проявилось двойникование зерен меди.

Библиографические ссылки

1. S. Ramalingam, K. Balakrishnan, S. Shanmugasamy, A. Subramania. Electrodeposition and characterization of Cu-MWCNTs nanocomposite coatings // Surface Engineering. - 2017. - vol. 33, № 5. - pp. 369-374.

2. Akanksha R. Shelke, J. Balwada, S. Sharma et al. Development and characterization of Cu-Gr composite coatings by electro-co-deposition technique // Materials Today: Proceedings. - 2020. -№ 28 - pp. 2090-2095.

3. Eslami М., Saghafiana Н., Golestani-fard F. Effect of electrodeposition conditions on the properties of Cu-Si3N4 composite coatings. // Applied Surface Science. - 2014. - vol. 300. -pp.129-140.

© Овчинников А. В., Волкова И. Р., Залога А. Н., Шабанова К. А., Лямкин А. И., 2022