Катодные процессы на силицидах металлов триады железа в кислых электролитах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, кандидат химических наук Поврозник, Владимир Сергеевич

• Поврозник, Владимир Сергеевич
• кандидат химических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат химических наук Поврозник, Владимир Сергеевич

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1 Структурные и физические характеристики силицидов металлов подгруппы железа.

1.2. Кинетика и механизм выделения водорода на металлах, сплавах подгруппы железа и интерметаллических соединениях.

1.2.1. Железо.

1.2.2. Никель.

1.2.3. Кобальт.

1.2.4. Катодное выделение водорода на сплавах и интерметаллических соединениях.

1.3. Особенности электрохимического поведения кремния и германия.

1.4. Влияние кремния на коррозионно-электрохимическое поведение металлов и сплавов подгруппы железа и химическое сопротивление силицидов.

1.5. Влияние поверхностно-активных веществ на кинетику и механизм электрохимического выделения водорода в кислых средах.

1.6 Влияние температуры на реакцию выделения водорода.

Глава 2. Материалы и методы исследования.

Глава 3. Влияние внешних факторов на реакцию выделения водорода в кислом электролите на силицидах металлов подгруппы железа.

3.1 Влияние рН на скорость катодных процессов на металлах подгруппы железа и их моносилицидах.

3.2 Влияние галогенид-ионов на катодное выделение водорода на металлах подргруппы железа и их силицидах.

3.3 Влияние ПАОВ на кинетику и механизм выделения водорода на металлах подгруппы железа и их моносилицидах.

3.4. Влияние температуры на катодный процесс.

3.5 Влияние процесса деаэрации на процесс катодного выделения водорода на металлах подгруппы железа и их силицидах.

Глава 4. Влияние внутренних факторов на катодный процесс выделения водорода в кислом электролите на силицидах металлов подгруппы железа.

4.1 Влияние состава электрода на катодное выделение водорода.

4.2 Влияние способа изготовления электрода на и кинетику катодного процесса.

4.3 Влияние неметаллической компоненты на кинетику катодного выделения водорода.

4.4 Влияние анодной обработки поверхности электрода на реакцию выделения водорода.

Выводы.

Список цитированных источников.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Катодные процессы на силицидах металлов триады железа в кислых электролитах»

Материалы на основе силицидов металлов отличает высокий уровень жаростойкости, стойкость к термоударам, абразивная способность, высокая твердость и износостойкость. Каждый из этих материалов может быть использован и сам по себе и в различных сочетаниях друг с другом. Силициды, обладая важными технологическими свойствами, например высокими температурами плавления, большой окалиностойкостью, жаропрочностью, благоприятными электрическими и механическими свойствами, находят также самостоятельное применение в некоторых новых областях современной техники и имеют большие перспективы широкого применения в будущем.

Научно-обоснованный поиск новых электродных материалов различного функционального назначения является актуальной задачей прикладной электрохимии. Перспективными в этом плане оказываются интерметаллические и металлоподобные соединения различного состава, многие из которых обладают уникально высокой коррозионной стойкостью и низким перенапряжением водорода и интерес к которым среди исследователей неуклонно повышается.

Наиболее подробно изучены карбиды переходных металлов. Силициды металлов исследованы в электрохимическом плане в значительно меньшей степени, хотя они обладают весьма большим разнообразием свойств и довольно широкой областью применения в технике. Силициды представляют значительный интерес как прямозонные полупроводники в оптоэлектронике, являются важнейшими продуктами ферросплавных производств (ферросилиций, силикомарганец и т.д.), широко используются при раскислении и легировании сталей, для изготовления кислотоупорных изделий, применяются в качестве источников альфа-излучения в альфа-протон-рентгеновских спектрометрах (APXS) и т.д. Эти источники широко применяются в разных областях: в промышленности, медицине и, в частности, космических исследованиях. В последнее время предпринимаются многочисленные попытки использования силицидов при конструировании термогенераторов, при совершенствовании термоэмиссионных элементов, создании сверхпроводящих материалов с высокими параметрами и т.д. Для ряда важных практических применений силицидов в качестве термоэлектрических генераторов наряду с требованием высокого КПД являются дешевизна исходных компонентов, способность работать в вакууме и на воздухе без защиты, высокая механическая прочность, экологическая безопасность. Всем этим требованиям в полной мере отвечают соединения кремния с переходными металлами. Особенно перспективным представляется использование этих материалов при массовом производстве термогенераторов. Это могут быть генераторы для катодной защиты газо- и нефтепроводов от коррозии, термогенераторы, предназначенные для утилизации отходов тепла, а также бытовые автономные термоэлектрические источники. Одним из новых перспективных материалов для металлических затворов являются слои силицидов Ni различной стехиометрии (новый материал для подзатворного диэлектрика -базового элемента интегральных микросхем). Силициды используются также в качестве материалов для контактов и межсоединений элементов интегральных схем. Использование высокотемпературных материалов на основе силицидов металлов открывает новые возможности не только в разработке и производстве высокотемпературных композиционных материалов, но и в разработке и изготовлении изделий ранее недоступных конструкций.

Известно, что легирование металлов кремнием существенно до повышает химическое сопротивление последних, особенно в кислых окислительных средах. Вместе с тем, в ряде исследований было обнаружено, что коррозионная стойкость систем Me-Si в значительной мере зависит как от количественного содержания Si, так и от состава агрессивной среды. В частности, было показано, что области использования кремнийсодержащих сплавов в качестве коррозионностойких конструкционных материалов, по-видимому, ограничиваются средами, не содержащими фторид-ионы.

Расширение областей использования и усложнение условий эксплуатации сплавов Me-Si и покрытий силицидами (силицированные материалы) с одной стороны, и отсутствие систематических данных об их коррозионно-электрохимическом поведении с другой стороны, и обусловило выбор темы данной диссертационной работы.

Целью настоящей работы является определение основных закономерностей кинетики катодного выделения водорода на силицидах металлов группы железа и составляющих их компонентах в кислых электролитах различного состава и оценка влияния внешних и внутренних факторов на реакцию выделения водорода.

Задачи работы:

1. Выполнить исследование реакции выделения водорода на силицидах металлов группы железа и составляющих их компонентах в растворе серной кислоты.

2. Оценить влияние на катодное поведение силицидов металлов подгруппы железа в сернокислом электролите некоторых внешних факторов, таких как, рН раствора, температуры и деаэрации электролита, добавок поверхностно-активных органических веществ и галоидных ионов.

3. Определить влияние внутренних факторов - количественного соотношения компонентов в силициде, способа изготовления электродов, неметаллической компоненты, анодной обработки поверхности силицидов с различным содержанием металлической и кремневой компоненты - на кинетику катодного выделения водорода в кислых электролитах.