Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

Механизмы электродных процессов на силицидах и германидах металлов в электролитах различного состава

Шеин А.Б. Ракитянская И.Л. Вилесов С.П.

Состав коррозионной среды оказывает много­факторное влияние на характеристики парциаль­ных электрохимических процессов на металлах и сплавах. В качестве основных факторов выделяют изменение химического состава поверхности ме­талла, воздействие на структуру растворителя и двойного электрического слоя, а также на элек­тронную структуру поверхностного слоя металла.

Растворение сплавов (интерметаллических соединений) является сложным электрохимиче­ским процессом, включающим ряд последовательных и параллельных, обратимых и необратимых стадий, к которому не применим принцип незави­симого протекания реакций. Кинетика и механизм растворения компонентов сплава часто оказыва­ются взаимосвязанными. Поэтому представляло интерес сравнить механизмы анодного растворе­ния силицидов и германидов металлов и их ком­понентов (чистых металлов (М), Ge и Si).

Материалами для исследования служили силициды Ni, Fe, Co, Mo, Mn, Ti, также чистые М, Ge и Si. Согласно ранее полученным результатам, MSi, аналогично чистому металлу (M), имеет на анодных поляризационных кривых выраженную область активного растворения. Силициды с бо­лее высоким содержанием кремния в кислых сре­дах устойчиво пассивны, обладают высокой анод­ной стойкостью и не подвержены заметному воз­действию агрессивных ионов, за исключением фторидов.

В результате электрохимических исследова­ний и анализа изменения структуры электродов установлено, что механизм растворения силицидов в кислотах заключается в ионизации металли­ческого компонента из подрешетки металла в си­лициде с одновременным окислением остающего­ся на поверхности Si до SiO2. В последующем, процесс анодного растворения силицида контро­лируется диффузией металла в объеме силицида и окисленного металла через слой гидратированного гидроксида кремния. На основании данных элек­трохимических измерений рассчитаны коэффици­енты диффузии никеля в моносилициде никеля NiSi и Mn в MnSi, Mn5Si3.

Анодное растворение чистого М в сернокис­лом электролите реализуется за счет ионизации атомов металла, а его пассивация - за счет образо­вания защитной оксидно-гидроксидной пленки.

При анодном растворении силицида атомы М так­же переходят в раствор, но пассивация электрода происходит за счет окисления остающегося на поверхности кремния с образованием SiO2. Вслед­ствие этого наблюдается большая стойкость в сравнении с М в сернокислом электролите.

Установлено, что коррозионная стойкость силицидов в кислых электролитах в области по­тенциалов активного растворения, активно-пассивного перехода и в пассивной области суще­ственно (на 2-6 порядков величины скорости кор­розии) выше, нежели соответствующего чистого металла и она закономерно возрастает с увеличе­нием концентрации кремния в соединениях. Высо­кое химическое сопротивление силицидов обу­словлено большой прочностью ковалентных свя­зей Ме - Si, обусловленных сильной донорной способностью атомов Ме, приводящей к уменьше­нию вероятности отрыва поверхностных атомов от матрицы при контакте с агрессивной средой, и участием части нелокализованных электронов Ме в стабилизации электронной конфигурации крем­ния, и Si - Si, а также защитными свойствами поверхностного SiO2.

Растворение всех силицидов существенно усиливается во фторид-содержащих средах. Фто­рид-ионы в большей степени влияют не на скорость активного растворения силицидов, посколь­ку она определяется скоростью ионизации метал­лической компоненты, а на токи в пассивной об­ласти, где кинетика растворения силицида опреде­ляется диффузией металлического компонента через слой SiO2, а также химической стойкостью диоксида кремния и неокисленного кремния. При этом существует пороговая концентрация фтори­да, при достижении которой происходит резкое усиление растворения силицидов.

Таким образом, анодное растворение силици­дов металлов практически всегда является селек­тивным. Его основным результатом является обра­зование поверхностной зоны, обедненной метал­лом и имеющей повышенную концентрацию структурных дефектов. Впоследствии именно эта поверхностная зона и определяет термодинамику и кинетику парциальных электродных процессов при анодном растворении металлоподобных соединений.


Библиографическая ссылка

Шеин А.Б., Ракитянская И.Л., Вилесов С.П. Механизмы электродных процессов на силицидах и германидах металлов в электролитах различного состава // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2009. – № 6. – С. 21-0;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=225 (дата обращения: 25.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074