Спосіб формування плівок tinom-snox на сплавах титану

Реферат: Спосіб формування плівок TinOm-SnOx на сплавах титану здійснюють з розчину на основі станум (II) сполуки. Синтез TinOm та наповнення допантом SnOx поєднують в одному процесі мікродуговим оксидуванням в гальваностатичному режимі при напрузі 100…160 В, густині 2 струму 0,5…4,0 А/дм , температурі 20…25 °C впродовж 30…60 хв. з електроліту, що містить сульфатну кислоту, станум (II) сполуку та буферуючі компоненти, з подальшим промиванням одержаних матеріалів в гарячій воді та прожарюванням впродовж 2-3 год. при температурі 400500 °C. UA 90318 U (12) UA 90318 U UA 90318 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до анодної обробки поверхні сплавів титану з метою надання функціональних властивостей і може бути використана в хімічній промисловості, виробництві каталітичних матеріалів та чутливих елементів сенсорів, машинобудуванні, електроніці та екотехнологіях. Відомі способи отримання плівок SnO2-TiO2 методами молекулярно-променевого та іонного напилення [1]. Суть цих способів полягає в тому, що формування покриттів відбувається з мішеней металічних титану і стануму та композицій на основі оксидів SnO 2 та ТiO2. Впродовж синтезу підтримується температура підкладки 200 °C, а по закінченні процесу матеріали відпалюють при 200-850 °C. Такі способи дозволяють отримувати нанокристалічні плівки SnO 2TiO2 товщиною 50-200 нм, які можуть застосовуватись для газових сенсорів. До недоліків вказаних способів слід віднести складність, багатостадійність технологічного процесу та значну енерговитратність. Відомий спосіб [2] нанесення сполучених TiO2-SnO2 фотокаталізаторів на підкладки з поруватого скла методом хімічного газофазного осадження. Суть цього способу полягає в тому, що формування матеріалів відбувається в реакційній камері при незначному нагріванні шляхом взаємодії поверхні підкладки із сумішшю, яка складається з рівних частин SnCl 4 та ТіСl4 (0,35 3 моль/дм ) в ССl4 та подальших стадій гідратації, дегазації та прожарювання при температурі 753 К впродовж 4 год. Синтезовані матеріали виявляють активність в процесі фотокаталітичного окиснення етанолу та дозволяють досягати ступеня конверсії до 45 % впродовж 1 год. Такий спосіб дозволяє одержувати змішані TiO 2-SnO2 плівки з високими фотокаталітичними властивостями, однак характеризується енерговитратністю та значною тривалістю технологічного процесу. Відомий спосіб, вибраний за найближчий аналог (прототип) [3], одержання TiO 2/SnO2 нанорозмірних структур методами електрохімічного анодного оксидування та вакуумного просочення, який включає формування нанотрубок ТіО 2 методом електрохімічного оксидування та їх подальше наповнення в SnO2-вмісному прекурсорі, який готують шляхом змішування водних розчинів стирил-фенол-поліоксіетилен-етеру та 18 %-вої хлоридної кислоти з додаванням 3,0 г SnCl2·2H2O та 0,15 г SbCl3. Процес введення допанта відбувається стадійно та включає 5-ти хвилинну витримку підкладки ТіО 2 в SnO2-вмісному прекурсорі, старіння при 40 °C впродовж 24 год., сушку при 100 °C впродовж 30 хв., витримку при 300 °C впродовж 30 хв., піроліз при 500 °C впродовж 1 год., природне охолодження до кімнатної температури та промивання у водно-спиртовому розчині. Сформовані матеріали виявляють активність в процесі фотокаталітичного окиснення нітрофенолу та дозволяють досягати ступеня конверсії 48-62 % впродовж 1 год. Даний спосіб дозволяє одержувати TiO2/SnO2 наноструктури, з каталітичними властивостями в процесах фото- та електрокаталітичного окиснення нітрофенолу, однак характеризується багатостадійністю, складністю та енерговитратністю. До недоліків вказаного способу слід також віднести використання токсичних сполук. В основу корисної моделі поставлено задачу зниження енерговитрат, підвищення продуктивності та прискорення технологічного процесу формування плівок TinOm-SnOx на сплавах титану. Поставлена задача вирішується тим, що формування плівок Ti nOm-SnOx на сплавах титану здійснюють з розчину на основі станум (II) сполуки, а синтез Ti nOm та наповнення допантом SnOx, згідно з корисною моделлю, поєднують в одному процесі мікродуговим оксидуванням в 2 гальваностатичному режимі при напрузі 100…160 В, густині струму 0,5…4,0 А/дм , температурі 20…25 °C впродовж 30…60 хв. з електроліту, що містить сульфатну кислоту, станум (II) сполуку 3 та буферуючі компоненти при такому співвідношенні, моль/дм : сульфатна кислота 0,5…1,0 станум (II) сполука 0,02…0,15 буферуючі компоненти 0,01…0,05. Подальша обробка одержаних матеріалів включає промивання в гарячій воді та прожарювання впродовж 2-3 год. при температурі 400-500 °C. За результатами дослідження елементного складу синтезованих матеріалів методом скануючої електронної мікроскопії визначено, що одержані структури містять до 2 % мас. стануму. Сформовані плівки TinOm-SnOx виявляють активність при фотокаталітичному окисненні азобарвника метилового жовтогарячого. Ступінь фотодеградації впродовж 1 год. становить 6070 %. 1 UA 90318 U Зіставний аналіз корисної моделі і прототипу Прототип електрохімічне анодне оксидування; Методи обробки вакуумне просочення Матеріал основи титан електрохімічне анодне оксидування; вакуумне просочення (t=40 °C; τ=24 год.); сушіння (t=100 °C; τ=30 хв.); Стадії технологічного прожарювання (t=300 °C; τ=30 хв.); процесу піроліз (t=500 °C; τ=1 год.); природне охолодження до кімнатної температури; промивання у водноспиртовому розчині станум (II) хлорид 1,6; стибій (III) Склад формувального хлорид 0,07; кислота хлоридна 8,2; 3 розчину, моль/дм стирил-фенол-поліоксіетилен-етер 0,4 Знешкоджувані похідні С6Н5NO3 фенолу Ступінь фотодеградації 48-62 впродовж 1 год., % 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель мікродугове оксидування сплави титану мікродугове оксидування (t=2025 °C; τ=30-60 xв.); промивання в гарячій воді (t=60-70 °C); прожарювання (t=400-500 °C; τ=2-3 год.); природне охолодження до кімнатної температури сульфатна кислота 0,5…1,0 станум (II) сполука 0,02…0,15 буферуючі компоненти 0,01…0,05 C14H14N3O3SNa 60-70 Спосіб формування систем TinOm-SnOx методом мікродугового оксидування забезпечує отримання змішаних оксидних шарів на підкладках із сплавів титану з високою адгезією. Приклад 1. Формування плівки TinOm-SnOx здійснювали мікродуговим оксидуванням пластини із сплаву 3 титану ВТ1-0 розміром 25×20×3 мм у водному розчині, який містить, моль/дм : сульфатну 2 кислоту - 1,0, станум (II) сполуку - 0,1, буферуючі компоненти - 0,05, при густині струму 1,0 А/дм та максимальній напрузі формування 152 В впродовж 30 хв. Одержано покриття світло-сірого кольору із вмістом 1,51 % мас. стануму. Ступінь фотодеградації азобарвника метилового жовтогарячого впродовж 1 год. складає 65-70 %. Приклад 2. Формування плівки TinOm-SnOx здійснювали мікродуговим оксидуванням пластини із сплаву 3 титану ОТ4-1 розміром 50×10×2 мм у водному розчині, який містить, моль/дм : сульфатну кислоту - 0,5, станум (II) сполуку - 0,05, буферуючі компоненти - 0,02 при густині струму 2 1,25 А/дм та максимальній напрузі формування 160 В впродовж 45 хв. Одержано покриття світло-сірого кольору із вмістом 1,26 % мас. стануму. Ступінь фотодеградації азобарвника метилового жовтогарячого впродовж 1 год. складає 60-65 %. Джерела інформації: 1. Edelman F. Structural evolution of SnO2-TiO2 nanocrystalline films for gas sensors / F. Edelman, H. Hahn, S. Seifried et al. // Materials Science and Engineering. - 2000. - V. 69-70. - P. 386391. 2. Pilkenton S. Solid-state NMR studies of the adsorption and photooxidation of ethanol on mixed TiO2-SnO2 photocatalysts / S. Pilkenton, D. Raftery // Solid State Nuclear Magnetic Resonance. 2003. - V. 24. - P. 236-253. 3. Chai S. Novel Sieve-Like SnO2/TiO2 Nanotubes with Integrated Photoelectrocatalysis: Fabrication and Application for Efficient Toxicity Elimination of Nitrophenol Wastewater / S. Chai, G. Zhao, P. Li et al. // The Journal of Physical Chemistry. 2011. - V. 115. - P. 18261-18269. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб формування плівок TinOm-SnOx на сплавах титану, що здійснюють з розчину на основі станум (II) сполуки, який відрізняється тим, що синтез TinOm та наповнення допантом SnOx поєднують в одному процесі мікродуговим оксидуванням в гальваностатичному режимі при 2 напрузі 100…160 В, густині струму 0,5…4,0 А/дм , температурі 20…25 °C впродовж 30…60 хв. з електроліту, що містить сульфатну кислоту, станум (II) сполуку та буферуючі компоненти при 3 такому співвідношенні, моль/дм : сульфатна кислота 0,5…1,0 2 UA 90318 U станум (II) сполука 0,02…0,15 буферуючі компоненти 0,01…0,05, з подальшим промиванням одержаних матеріалів в гарячій воді та прожарюванням впродовж 23 год. при температурі 400-500 °C. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3