Осаждение из паровой фазы

Осаждение пленки на поверхность из произвольного материала за счет химических реакций, происходящих в газовой фазе в приповерхностной области, известно как осаждение из паровой фазы. Обычно поверхность является более нагретым телом, чем окружающее пространство, что обеспечивает возможность протекания гетерогенных реакций на поверхности. Различают четыре основных типа реакций: диспропорционирование; полимеризация; восстановление, окисление, нитрирование; разложение.

Диспропорционированиемназывается окислительно-восстано­вительная реакция, в которой происходит восстановление и окисле­ние одного и того же элемента, например осаждение германия по реакции 2GeI₂GeI₄+Ge.

Полимеризация– процесс получения полимера из паров моно­мера при воздействии электронного луча, ультрафиолетового облу­чения или тлеющего разряда.

Восстановление, окисление – использование галоге­нидов требуемых металлов или окислов металлов.

Нитрирование– получение пленок в азотосодержащих парах.

Разложение.Разложение может быть выражено с помощью простой реакции: АВА + В, которую можно стимулировать на­гревом (тогда реакция называется пиролитической) или тлеющим разрядом.

10.4. Коррозия

Коррозией называется разрушение материала в результате химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой.

Электрохимическая коррозия протекает в результате электрохимического взаимодействия различных составных частей данного металла или металлического изделия; это взаимодействие происходит главным образом вследствие возникновения и работы гальванических элементов. Подобная форма коррозии наблюдается как при соприкосновении металла с водой, раствором электролита или другой жидкой средой (жидкостная коррозия), так и при соприкосновении его с влажным воздухом или другим влажным газом (атмосферная коррозия), т.е. в условиях, когда на поверхности металла может образоваться хотя бы тонкая пленка влаги. Причина коррозии какого-нибудь металла заключается в том, что этот металл находится в данных условиях в состоянии метастабильном, т.е. менее устойчивом по сравнению с состоянием его ионов в растворе или с состоянием его окисла или гидроокиси и пр.

Взаимодействие одного вполне чистого металла (кроме наиболее активных) с водой приводит лишь к возникновению разности потенциалов на поверхности раздела между ними, но взаимодействие это не развивается в процесс, так как образовавшаяся разность потенциалов препятствует этому. При соприкосновении же двух металлов (или при соединении их проводником) вследствие образования гальванической пары возникает процесс, который дальше протекает самопроизвольно в направлении растворения металла, обладающего более отрицательным электродным потенциалом. Это происходит, когда соприкасаются части двух различных металлов, например, когда две детали данного изделия сделаны из различного материала. Такой процесс может происходить и в тех случаях, когда в соприкосновении находятся даже микроскопически маленькие кристаллики двух различных металлов, как это обычно имеет место в сплавах.

В этом случае на поверхности металла возникает множество микроскопических гальванических элементов (микроэлементов, субмикроэлементов), при работе которых растворяется один из компонентов сплава, что приводит к постепенному разрушению поверхностных слоев металла. Электродные потенциалы зависят не только от вида металла, но в более слабой степени и от кристаллической модификации его, от различных дефектов в решетке кристалла, от напряжения во внутренней структуре. Поэтому все виды неоднородности металла, в том числе и вызываемые такими методами обработки, как ковка, прокат, волочение и пр., могут в той или иной форме и степени влиять на течение коррозионных процессов. За счет указанных причин будут возникать химические цепи.

Ввиду больших потерь металла, происходящих в результате коррозии металлических изделий, применяются различные методы ослабления коррозии. Наиболее распространенным методом является создание на поверхности изделия защитного покрытия, по возможности изолирующегометалл от разрушающего действия окружающей среды. Такие покрытия действуют, пока сохраняется герметичность покрывающего слоя. При нарушении его целостности в обнаженных местах коррозия происходит независимо от состояния остальных участков.

Широко применяется защита поверхности металлическими покрытиями. По характеру защитного действия в отношении коррозии различают анодныеикатодныепокрытия. Кпервымотносятся такие покрытия, в которых покрывающий металл обладает в данной среде более отрицательным электродным потенциалом, чем защищаемый, т.е. стоит выше него в ряду напряжений (например, оцинкованное железо). Ко вторым относятся покрытия с противоположным соотношением в свойствах металлов (например, железо луженое или покрытое медью).

Пока слой, покрывающий основной металл, полностью изолирует его от воздействия окружающей среды, принципиального различия между этими видами покрытий не возникает. При нарушении целостности покрытия условия создаются совершенно различные. Катодное покрытие (например, олово на железе) в этом случае перестает защищать и, создавая с основным металлом гальванический элемент, усилит своим присутствием его коррозию. Анодное же покрытие (например, цинк на железе) будет лишь само подвергаться разрушению и, разрушаясь, защищать основной металл, несмотря на нарушение целостности покрывающего слоя.

Хорошее защитное действие оказывают окисные, окиснохроматные, фосфатные, сульфидные и др. пленки. Оксидирование (воронение) стали и железа проводят погружением изделий в растворы щелочи, в которые добавлены окислители (MnO₂,NaNO₂).

Применяют также электрохимические методы, основанные на том, что защищаемый металл подвергается катодной поляризации. В некоторых случаях применяют протекторную защиту, что достигается присоединением к защищаемому металлу более активного металла (протектора), который становится анодом. В других методах, называемых катодной защитой, аналогичный результат достигается присоединением защищаемого металла к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока. Защитное действие осуществляется благодаря повышению концентрации электронов в поверхностном слое металла, что затрудняет его растворение.