Влияние плотности дислокаций в никеле и железе на кинетику анодного процесса в хлористом электролите

Полный текст

Введение. Во время исследования кинетики электрохимических процессов обычно не указывают структуру электродов с точки зрения наличия в них дефектов кристаллической решётки. Однако достаточно хорошо известно, что в областях, в которых дислокации выходят на поверхность электродов, электрохимические процессы протекают более активно [1]. Вместе с тем в литературе практически отсутствуют экспериментальные данные о количественном влиянии плотности дислокаций в электродах на кинетику электрохимических процессов. В работе [2] приведены такие результаты для медных электродов, находящихся в сернокислом электролите. Однако по ряду соображений следует, что для электродов из подгруппы железа это влияние будет более сильным. Растворение анода — сложный, многостадийный процесс. Очевидно, что дислокации должны влиять только на те процессы, которые происходят непосредственно на аноде. Электролит имеет аморфную структуру, и вряд ли его структура меняется вблизи выхода дислокации на поверхность анода. Поэтому дислокации должны сильно влиять на кинетику анодного растворения тех металлов, у которых затруднен отрыв ионов от кристаллической решетки при его переходе из анода в электролит, то есть у металлов с минимальным током обмена, например, у металлов подгруппы железа. Данное предположение было экспериментально проверено на железе и на никеле. Методика эксперимента. В качестве железных анодов использовалась сталь 10, для никелевых применялся технически чистый никель (99,99 % Ni). Использовался электролит, содержащий 0,5 М H2 SO4 и 0,5 М NaCl. Эксперименты с использованием никелевых и железных анодов проводились следующим образом. В электролитическую ячейку помещались один катод и два анода, по которым одновременно протекали токи: один анод с высокой плотностью дефектов кристаллической решётки, другой — с низкой. В качестве первого типа анодов использовались железо или никель, продеформированные на 15 %. В качестве анодов 208 Влияние плотности дислокаций в никеле и железе на кинетику анодного процесса . . . с низкой плотностью дефектов решётки применялись образцы, отожжённые при температуре 800 ℃ в вакууме в течение 0,5 ч. Оба анода имели одинаковый потенциал, который измерялся с помощью хлорсеребряного электрода. Ток каждого анода измерялся отдельным амперметром. Для того чтобы растравливание анода не сильно меняло их площадь в процессе эксперимента, выдержка на каждом режиме составляла примерно одну минуту. Плотность дислокаций в металлах измерялась рентгенографическим методом по уширению дифракционных линий [3]. Результаты экспериментов и их обсуждение. Результаты экспериментов представлены в табл. 1 и 2 для никеля и железа соответственно. Потенциалы анодов приведены по водородной шкале. Из приведенных данных видно, что плотность дислокаций достаточно сильно влияет на плотность анодного тока, который может меняться в несколько раз. Это подтверждает предположение, что в группе железа дефекты решётки влияют на плотность анодного тока сильнее, чем в меди. Следует отметить, что в экспериментальных работах Таблица 1 очень редко в деталях указы- Значения плотности анодного тока в никеле при различвают структуру электродов, ной плотности дислокаций в никелевом аноде участвующих в электрохиПлотность анодного тока, А/см2 Потенмических процессах. Обычно Плотность дислокаПлотность дислокациал это делается при использоций в аноде 109 см−2 ций в аноде 1010 см−2 анода, В вании монокристаллических 0,4 · 10−3 1,5 · 10−3 0,23 электродов. Часто об этой 1,5 · 10−3 4,5 · 10−3 0,24 структуре ничего не сообща10 · 10−3 0,25 5 · 10−3 ется. Однако из данных, приведенных в настоящей стаТаблица 2 тье, следует, что при изуЗначения плотности анодного тока в железе (сталь 10) чении электродной кинетипри различной плотности дислокаций в железном аноде ки крайне желательно сообПлотность анодного тока, А/см2 Потенщать информацию о струкПлотность дислокаПлотность дислокациал туре электродов, участвуюций в аноде 1010 см−2 анода, В ций в аноде 109 см−2 щих в электрохимических 0,05 · 10−3 0,1 · 10−3 −0,15 процессах. 9 · 10−3 −0,06 1 · 10−3 В никеле помимо коли20 · 10−3 0,07 5 · 10−3 чественного влияния плотности дислокаций на электрохимический процесс было замечено и качественное влияние. Если электролиз проводить более 0,5 ч, то становилось заметным следующее обстоятельство. Отожженный никелевый анод растравливался достаточно равномерно по всей площади электрода. А у деформированного никелевого анода этот процесс протекал крайне неоднородно. На поверхности электрода были видны области, где глубина, на которую растворился никелевый анод, в разы превышала среднюю величину. Скорее всего, это связано с тем, что пластическая деформация часто протекает крайне неравномерно, а это приводит к неравномерному распределению дефектов кристаллической решетки в образце, следствием чего и является неравномерное растворение никелевого анода. Отжиг приводит к уменьшению плотности дислокаций и к их более равномерному распределению в никелевом образце, что и обуславливает выравнивание скорости электрохимического процесса вдоль поверхности анода. Выводы. Таким образом, экспериментально установлено влияние плотности дислокаций в медном аноде на кинетику анодного процесса в сернокислом электролите и зависимость плотности анодных токов на никелевых и железных анодах в кислом хлоридном электролите от дефектной структуры этих анодов. Во всех случаях возрастание плотности дислокаций в материалах электродов приводит к росту анодного тока.

Об авторах

Алексей Дмитриевич Васильев

Самарский государственный технический университет

Email: vasilyevad@mail.ru
(д.ф.-м.н., проф.), профессор, каф. общей физики и физики нефтегазового производства 443100, Россия, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Список литературы

Дополнительные файлы