Анодирование. Коэффициент полезного действия тока

Принято считать, что между барьерными и пористыми плёнками существует множество различий. Образование первых происходит в электролитах с нейтральным уровнем рН, в то время как последние образуются в результате анодирования в растворах кислот. Тем не менее, целому ряду учёных удалось продемонстрировать, что формирование пористых плёнок может происходить и в практически нейтральных растворах.  Основное различие между этими двумя типами электролитов заключается в скорости роста пор, которая в нейтральных электролитах будет несколько меньшей.

Ксу со своими коллегами  провели исследование процесса перехода от плёнок барьерного типа к пористым плёнкам и сделали вывод, что в процессе анодирования с целью образования барьерных плёнок в результате выхода на поверхность ионов Al³⁺ и поступления из раствора ионов O^2–/OH^– происходит формирование плёнки на границах раздела плёнка-раствор и металл-раствор. В этом случае рост происходит со 100% кпд. Кпд можно высчитать на основании закона электромагнитной индукции с учетом необходимости поддержания постоянного электрического поля Е во процессе утолщения плёнки.  Таким образом, КПД равен

где p - это плотность плёнки, F – это постоянная Фарадея, J – плотность тока, а М – молекулярная масса плёнки. Если предположить, что коэффициент шероховатости обработанного гальваническим путём алюминия равен 1.0, плотность оксида равна 3.0 г/см³, а поле в барьерном оксиде – 8.47 х 10⁶ В/см, тогда, применив закон электромагнитной индукции, мы можем установить, что при 100% кпд напряжение будет повышаться на 149 В/мин, что соответствует значению 147.3 В/мин, определённому эмпирически путём анодирования в растворе адипата аммония с концентрацией 0.05 моль/л при температуре 298К и плотности тока 5 мА/см². На этапе утолщения барьерного слоя при анодировании в растворе фосфорной кислоты с концентрацией 0.04 моль/л при температуре 298К и плотности тока 5 мА/см², уровень повышения напряжения составляет 78.8 В/мин, что эквивалентно 53.5% кпд и указывает на значительную потерю ионов алюминия, которая имеет место с момента начала анодного оксидирования.⁷⁶ При определённых условиях может наблюдаться небольшой прирост кпд, связанный с прямым выбросом ионов Al³⁺ в электролит без образования плёночного материала. Отношение количества выбрасываемых ионов Al³⁺ к количеству плёнкообразующих ионов обычно возрастает со снижением плотности тока,  что дает возможность говорить о существовании такой критической плотности тока, при превышении которой все подвижные ионы алюминия переходят в электролит. При плотности тока ниже этого критического значения, химически активные вещества из электролита проникают в плёнку, после чего начинается этап начального образования пор. Таким образом можно стимулировать процесс перехода от барьерной к пористой плёнке путём снижения плотности тока до уровня ниже критического. Это тот случай, когда при образовании барьерной плёнки в условиях постоянного напряжения плёнка утолщается до тех пор, пока не достигнет характеристики толщины приложенного напряжения, после чего ток понижается до достаточно низкого уровня. В это время становится возможным образование пор.  Учёными было установлено, что при анодировании  в хромате калия концентрацией 0.25 моль/л критическая плотность тока находится на уровне намного ниже, чем 1 А\м², в фосфате калия концентрацией 0.4 моль/л – между 1 и 10 А/м², а в щавелевокислом аммонии приближается к 100 А/м².

Като со своими сотрудниками доказали, что при анодировании в типичных электролитах для образования барьерных плёнок, уровень рН падает в результате анодной реакции:

что в свою очередь зависит от буферных свойств раствора. Им удалось установить, что при более низком уровне рН раствора происходит более интенсивное растворение анодной плёнки, что связано с более низким кпд тока в процессе наращивания плёнки. Однако, данный эффект более выражен при более высокой плотности тока, а это противоречит приведённым выше результатам анализа.