Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля
Розглянуто спосіб керування процесом травлення сталі під дією магнітного поля для отримання функціональних поверхонь, які застосовуються у високоградієнтних магнітних сепараторах різного призначення, у тому числі й для біосорбції....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7431 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля / С.В. Горобець, О.Ю. Горобець, О.М. Било, М.М. Потьомкін // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2009. — Вип. 11. — С. 70–74. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859775433856253952 |
|---|---|
| author | Горобець, С.В. Горобець, О.Ю. Било, О.М. Потьомкін, М.М. |
| author_facet | Горобець, С.В. Горобець, О.Ю. Било, О.М. Потьомкін, М.М. |
| citation_txt | Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля / С.В. Горобець, О.Ю. Горобець, О.М. Било, М.М. Потьомкін // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2009. — Вип. 11. — С. 70–74. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Розглянуто спосіб керування процесом травлення сталі під дією магнітного поля для отримання функціональних поверхонь, які застосовуються у високоградієнтних магнітних сепараторах різного призначення, у тому числі й для біосорбції.
|
| first_indexed | 2025-12-02T08:36:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
70 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 11 2009
УДК 537.6
ОТРИМАННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ПОКРИТТІВ ЗА ДОПОМОГОЮ КЕРУВАННЯ
ПРОЦЕСУ ТРАВЛЕННЯ СТАЛІ ПІД ДІЄЮ МАГНІТНОГО ПОЛЯ
С. В. Горобець, О. Ю. Горобець, О. М. Било, М. М. Потьомкін
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ
Розглянуто спосіб керування процесом травлення сталі під дією магнітного поля для отриман-
ня функціональних поверхонь, які застосовуються у високоградієнтних магнітних сепараторах різно-
го призначення, у тому числі й для біосорбції.
Вступ
Одним із результатів глобального техногенного впливу на біосферу є надходження в
неї значної кількості важких металів, радіонуклідів, різка інтенсифікація міграції багатьох
важких металів та природних радіонуклідів в екосистемі, утворення на земній поверхні зон
підвищеного вмісту штучних та природних важких металів та радіонуклідів [1, 2]. При радіо-
активних викидах, які супроводжують аварії ядерних установок, відбувається забруднення
навколишнього середовища, зокрема водойм. Мікроорганізми, особливо гриби, зазвичай
характеризуються значними коефіцієнтами накопичення радіонуклідів [3, 4]. Як наслідок в
умовах радіонуклідного забруднення водойм біологічні об’єкти, які там мешкають, підда-
ються додатково до фонового внутрішньому та зовнішньому опроміненню. Також зазначимо,
що радіонукліди передаються вище по харчовому ланцюгу. Тому вкрай необхідним є очи-
щення водойм від радіонуклідів.
Одним із способів очищення є метод вилучення іонів важких металів та радіонуклідів
із розчину за допомогою біосорбентів (дріжджів, грибів, бактерій тощо). У цьому напрямку
перспективною є магнітокерована біосорбція, яка об’єднує переваги традиційних біосорбцій-
них методів та методу високоградієнтної магнітної сепарації, за допомогою якого по завер-
шенню вилучення іонів важких металів із забруднених водойм за допомогою біосорбентів
здійснюється вилучення комплексів "біосорбент - магнітна частка" з робочого середовища.
Для цього використовуються магнітні сепаратори з високоградієнтними феромагнітними
насадками (ВГФМ), які мають розгалужену структуру поверхні.
Виготовлення ВГФМ методами, які забезпечують характерні розміри цих насадок
порядку мікрометра й менше, дозволяє забезпечити уловлювання слабомагнітних домішок із
розчинів із розмірами, близькими до характерних розмірів насадок.
У роботі досліджено новий метод магнітокерованої корозії, який дає змогу дешевим
та більш економічним способом отримати функціональні поверхні, які можна використо-
вувати як ВГФМ у магнітній сепарації. Ця проблема вирішується вивченням впливу магніт-
ного поля на електрохімічні перетворення біля міжфазової поверхні "метал - електроліт" і є
одним із напрямків дослідження магнітоелектролізу. Зміна масопереносу в електроліті під
впливом магнітного поля (МП), як правило, приводить до зміни структури поверхні металу
та швидкості протікання електрохімічного процесу (травлення, розчинення, електроосад-
ження). Сталь та її сплави мають різні фізико-хімічні властивості, що обумовлює їх широке
застосування в різних галузях науки та техніки. Нові функціональний покриття, які виготов-
ляють із сталі та інших металів дадуть можливість удосконалити ВГФН для магнітної
сепарації, та зробити їх більш доступними та ефективними.
У роботі [5] пояснюється механізм впливу магнітного поля на процес травлення в
електролітах. Процес травлення сталі в слабкому розчині азотної кислоти має автоколиваль-
ний характер [6]. Відомо також, що, як правило, автоколивальний характер травлення сталі
пов'язаний з тим, що в процесі травлення структура поверхні зразка змінюється періодично
[7]. Відомо, що на автоколивальний процес травлення суттєво впливає порівняно невелике
постійне магнітне поле (біля 30 мТ) [5]. У даній роботі буде досліджено (на предмет вдоско-
ОТРИМАННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ПОКРИТТІВ
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 11 2009 71
налення функціональної поверхні) вплив зовнішнього магнітного поля на поверхню стале-
вого матеріалу, а саме кородованої поверхні, у результаті травлення її слабким розчином
азотної кислоти.
Постановка задачі та експеримент
У даній роботі досліджувались кількісні характеристики автоколивального процесу
травлення сталі залежно від величини зовнішнього магнітного поля. Було досліджено коро-
зію сталевої поверхні під впливом магнітного поля та можливість інтенсифікації процесу
травлення сталі в слабкому розчині азотної кислоти під дією постійного магнітного поля в
діапазоні від 0 до 3000 Е.
Дослідження проводилися на установці, яку описано в роботі [6]. Було проведено
дослідження польових залежностей маси стравленої сталі для сталевих (ГОСТ 65 Г) зразків у
формі пластини (рис. 1).
У результаті експерименту було з’ясовано, що
залежність маси стравленої сталі від напруженості
магнітного поля має осцилюючий характер (рис. 2 - 4).
На рисунках горизонтальна лінія показує значення маси
стравленої сталі при H = 0. На рис. 2 горизонтальна лінія
відповідає 0,015 г, на рис. 3 – 0,018 г, на рис. 4 – 0,029 г.
Вивчення стравленої поверхні зразків проводило-
ся за методом атомно-силової мікроскопії за допомогою
скануючого електронного мікроскопа SEM-103 "Selmi".
Наведено типові зображення мікроструктури кородова-
ної поверхні після травлення в розчині азотної кислоти,
які відповідають максимумам (рис. 5) та мінімумам
(рис. 6) на графіку залежності маси стравленої сталі від
магнітного поля.
М
ас
а
ст
ра
вл
ен
ої
с
та
лі
, г
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000
0.01
0.02
0.03
0.04
Напруженість магнітного поля (Е)
Рис. 2. Залежність маси стравленої сталі від величини магнітного поля при 10 хв травлення.
Розподілення по відтінках сірого кольору в зображеннях кородованої поверхні має два
максимуми, що дає можливість зробити висновок про двокомпонентний склад корозії (рис.
7): гранули світлого кольору - пасивуюча плівка, а темно-сірі ділянки - сталева поверхня.
Також для дослідження стравленої поверхні зразків було використано програму для
обробки цифрового зображення. На сьогоднішній день існує багато програм для обробки
зображень, серед яких можна виділити SurfaceView, SurfaceScan, Callisto та Gwyddion. Ці
програми дають можливість аналізувати зображення, що отримані на скануючому електрон-
ному мікроскопі.
Рис. 1. Експериментальний зразок -
стальна пластина.
С. В. ГОРОБЕЦЬ, О. Ю. ГОРОБЕЦЬ, О. М. БИЛО, М. М. ПОТЬОМКІН
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 11 2009
72
М
ас
а
ст
ра
вл
ен
ої
с
та
лі
, г
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000
0.01
0.02
0.03
0.04
Напруженість магнітного поля (Е)
Рис. 3. Залежність маси стравленої сталі від величини магнітного поля при 15 хв травлення.
М
ас
а
ст
ра
вл
ен
ої
с
та
лі
, г
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
Напруженість магнітного поля (Е)
Рис. 4. Залежність маси стравленої сталі від величини магнітного поля при 20 хв травлення.
а б а б
Рис. 5. Зображення кородованої мікро-
структури поверхні, яке відповідає максимумам
на графіку залежності маси стравленої сталі
протягом 10 хв від магнітного поля: а – напру-
женість магнітного поля 800 Е; б - напруженість
магнітного поля 1100 Е.
Рис. 6. Зображення кородованої мікро-
структури поверхні, яке відповідає мінімумам на
графіку залежності маси стравленої сталі при
10 хв від магнітного поля: а – напруженість
магнітного поля 2500 Е; б - напруженість магніт-
ного поля 2800 Е.
ОТРИМАННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ПОКРИТТІВ
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 11 2009 73
Gwyddion - модульна програма для аналізу даних SPM. Її використовують для аналізу
зображень, отриманих за допомогою методу скануючого зондового мікроскопа (AFM, MFM,
STM). Також ця програма використовується для аналізу зображень, що отримані зі
скануючого електронного мікроскопа. Однією з основних переваг програми є можливість
підключати модулі для аналізу двомірних даних. Ці модулі можуть бути легко розширені
допоміжними програмами.
Рис. 7. Типовий розподіл за номером відтінку сірого кольору зображення
корозійної поверхні. P – кількість пікселів, Pmax – загальна кількість пікселів,
N – номер відтінку сірого кольору, Nmax – загальна кількість відтінків сірого кольору.
Отримані зображення процесу травлення матеріалу протягом 10 хв при різних
значеннях напруженості магнітного поля було проаналізовано за допомогою програми
Gwyddion 2.9.
Результати проведеного за допомогою цієї програми фрактального аналізу методом
«варіацій» зображено на рис. 8. Графік на цьому рисунку було отримано шляхом аналізу
зображень поверхні процесу травлення матеріалу при певних значеннях напруженості
магнітного поля. Кожному значенню магнітного поля відповідало вісім зображень поверхні,
просканованих при різному збільшенні. Серед отриманих зображень були вибрані зобра-
ження із збільшенням у 10 тис., 5 тис. разів. Середня квадратична похибка становить 0,02.
Ф
ра
кт
ал
ьн
а
ро
зм
ір
ні
ст
ь
600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
Напруженість магнітного поля (Е)
Рис. 8. Залежність фрактальної розмірності від величини напруженості магнітного поля.
Обговорення результатів
Як відомо, поверхні твердих тіл у мікроскопічному масштабі є шорсткуватими. Така
шорсткуватість поверхні може бути описана за допомогою фрактальної розмірності. У
фрактальних об’єктів відсутній природний масштаб довжини, і при різних збільшеннях вони
N/Nmax
P/Pmax
С. В. ГОРОБЕЦЬ, О. Ю. ГОРОБЕЦЬ, О. М. БИЛО, М. М. ПОТЬОМКІН
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 11 2009
74
мають однаковий вигляд. Фрактальність твердих об’єктів досить суттєво впливає на фізичні
явища, які відбуваються в них, зокрема на процес травлення матеріалу в магнітному полі.
Підтвердження цьому засвідчує проведений аналіз впливу магнітного поля на процес
травлення матеріалу. Виходячи з цього аналізу, можна сказати, що фрактальна розмірність
впливає на опір (імпеданс) електрода й тому магнітне поле впливає, зокрема, на опір
електрода. Отже, можна зробити висновок, що магнітне поле впливає на процес травлення
матеріалу через вплив на фрактальну розмірність.
Таким чином, з рис. 8 видно, що при значенні поля 1650 Е фрактальна розмірність є
максимальною, тому в цьому режимі можна отримати високоградієнтні феромагнітні насад-
ки магнітного фільтра з розгалудженою структурою поверхні.
Висновки
У роботі показано, що залежність маси стравленої сталі від зовнішнього магнітного
поля має періодичний характер і корозійна поверхня в магнітному полі складається з двох
компонент. Структура поверхні, що утворюється внаслідок травлення, залежить від зовніш-
нього магнітного поля.
Таким чином, прикладання зовнішнього магнітного поля - це спосіб керування як
швидкістю автоколивального процесу травлення сталевих зразків, так і структурою корозій-
ної поверхні при відповідному магнітному полі. Крім того, фрактальна розмірність і пасивна
плівка, яка утворюється під час травлення матеріалу роблять значний внесок в опір про-
відника.
Отже, контроль за допомогою магнітного поля за такими параметрами функціональ-
ної поверхні, як фрактальна розмірність, відносний компонентний склад, дає змогу вибрати
найбільш оптимальний режим впливу магнітного поля для виготовлення високоградієнтних
феромагнітних насадок магнітного фільтра для магнітокерованої біосорбції.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Алексахин Р.М., ТихомировФ.А. Радиоэкология: достижения, задичи и горизонты //
Радиобиолоия. – 1985. – Т. 25, №3. – С. 291 – 299.
2. Гродзінський Д.М. Радіобіологічні ефекти у рослин на забрудненій радіонуклідами території //
Фізіологія рослин в Україні на межі тисячоліть. Т. 2. – К., 2001. – С. 5 – 22.
3. Гродзинский Д.М., Коломиец К.Д., Кутлахмедов Ю.А. и др. Антропогенная радионуклидная
аномалия и растения. – К.: Либідь, 1991. – 160 с.
4. Данова Н.Н., Василевская А.И., Гаврилюк В.И, Шолох Е.Л. Меланинсодержащие микромицеты
загрязненных радионуклидами почв // Радиационные аспекты чернобыльской аварии. Ч. II.
Экологические и радиобиологические проблемы. – К., 1989. – С. 82 – 92.
5. Qing-Kai Yu, Yasuyuki Miyakita, Seiichiro Nakabayashi, Ryo Baba // J. Electrochemistry Commu-
nications. – 2003. – Vol. 5. – P.321 – 324.
6. Горобец С.В., Горобец О.Ю., Было О.М., Кузнецов Ю.А. // Наукові вісті НТУУ "КПІ". – 2008. –
№ 1. – С. 56 – 60.
7. Gorobets S. V., Donchenko M. I., Gorobets O. Yu, Goiko I.Yu. // J. Of Physical Chemistry. – 2006. –
Vol. 80. – № 5. – P.791 – 794.
8. Горобець Ю.І., Кучко А.М. Вступ до фізики фрактальних структур. – Тернопіль: Підручники і
посібники, 2000. – 128 с.
Надійшла до редакції 08.09.08
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7431 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1813-3584 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-02T08:36:48Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горобець, С.В. Горобець, О.Ю. Било, О.М. Потьомкін, М.М. 2010-03-30T10:09:27Z 2010-03-30T10:09:27Z 2009 Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля / С.В. Горобець, О.Ю. Горобець, О.М. Било, М.М. Потьомкін // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2009. — Вип. 11. — С. 70–74. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1813-3584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7431 537.6 Розглянуто спосіб керування процесом травлення сталі під дією магнітного поля для отримання функціональних поверхонь, які застосовуються у високоградієнтних магнітних сепараторах різного призначення, у тому числі й для біосорбції. uk Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України Проблеми безпеки атомних електростанцій Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля Article published earlier |
| spellingShingle | Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля Горобець, С.В. Горобець, О.Ю. Било, О.М. Потьомкін, М.М. Проблеми безпеки атомних електростанцій |
| title | Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля |
| title_full | Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля |
| title_fullStr | Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля |
| title_full_unstemmed | Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля |
| title_short | Отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля |
| title_sort | отримання функціональних покриттів за допомогою керування процесу травлення сталі під дією магнітного поля |
| topic | Проблеми безпеки атомних електростанцій |
| topic_facet | Проблеми безпеки атомних електростанцій |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7431 |
| work_keys_str_mv | AT gorobecʹsv otrimannâfunkcíonalʹnihpokrittívzadopomogoûkeruvannâprocesutravlennâstalípíddíêûmagnítnogopolâ AT gorobecʹoû otrimannâfunkcíonalʹnihpokrittívzadopomogoûkeruvannâprocesutravlennâstalípíddíêûmagnítnogopolâ AT biloom otrimannâfunkcíonalʹnihpokrittívzadopomogoûkeruvannâprocesutravlennâstalípíddíêûmagnítnogopolâ AT potʹomkínmm otrimannâfunkcíonalʹnihpokrittívzadopomogoûkeruvannâprocesutravlennâstalípíddíêûmagnítnogopolâ |