10

Тоэ Лекция 5,6

2. Катодные процессы

2.1. Особенности катодных процессов при размерной эхо

На катоде протекают реакции разряда водорода по схеме Н⁺ + е → Н и разложения воды: Н₂О + е → Н + ОН^- с последующим образованием и выделением молекулярного водорода. В результате прикатодные слои раствора насыщаются пузырьками водорода, а раствор обогащается анионами ОН^-.

Масса выделившегося в единицу времени водорода может быть определена по уравнению:

,

где I_ср – величина среднего тока.

Так, при рабочем токе I_ср= 1000 А в МЭП образуется 1,036·10^-2 г/с водорода. Объём выделяющегося водорода зависит от давления в МЭП. На катоде могут также протекать реакции восстановления катионов, находящихся в ра-створе электролита и перешедших в раствор с анода, имеющих равновесные потенциалы того же порядка, что и потенциал катода (например, для Fe⁺² E₀= - 0,44 В, для Со⁺² E₀= - 0,28 В, для Мо³⁺ E₀= - 0,20 В, для Ni²⁺ E₀= - 0,24 В).

Катодное осаждение возможно на тех участках катода, где местная плотность тока низкая, рН в прикатодной области невысокий и, следовательно, концентрация осаждающихся катионов сравнительно невелика. Появление осадка на катоде ведёт к изменению его формы и физико-химических свойств поверхности. Это сказывается на точности обработки и стабильности процесса. Для предотвращения возможности осаждения металла на катоде следует использовать для катода металлы, имеющие высокие стандартные потенциалы (например, медь), либо использовать для удаления осадка обратное напряжение небольшой амплитуды и длительности, в течение которого меняется полярность электрода.

2.2. Электрокристаллизация металлов

2.2.1. Стадии процесса электрокристаллизации металлов

Процессы электрокристаллизации металлов представляют собой наиболее сложный тип электрохимических реакций, связанных с образованием новой фазы на поверхности электрода.

Вы уже знаете основные стадии электрохимических реакций:

• диффузия ионов металла к поверхности электрода;

• химические реакции в объёме раствора или на поверхности электрода;

• стадия переноса электрона.

Помимо этих стадий непосредственно сам процесс электрокристаллизации включает стадии образования и роста зародышей с последующим образованием поликристаллического осадка. При анодном растворении металлов, по существу, протекает обратный процесс декристаллизации.

Перенос иона на подложку является стадией, предшествующей встраиванию атома в кристаллическую решетку металла-основы. Металлом-основой может являться либо другой металл, либо осаждающийся металл. Перенос иона на подложку может осуществляться двумя путями:

1. прямой перенос в вакантное место на поверхности подложки. Здесь ион в результате дальнейшего переноса заряда закрепляется.

2. Перенос на поверхность с последующей поверхностной диффузией к месту роста кристалла или образования зародыша.

Во втором случае перенос электрона может произойти при первом контакте иона с поверхностью. Тогда он превращается в адсорбированный атом – адатом. Или будет происходить постепенный перенос заряда, который завершится в месте встраивания в кристаллическую решётку. Таким образом, в зависимости от того, когда произойдёт перенос заряда, в поверхностной диффузии будут участвовать адсорбированные ионы (адионы) и адатомы. Наиболее вероятен следующий процесс:

• перенос иона на плоскую поверхность с образованием адиона;

• последующая поверхностная диффузия в виде адиона или адатома к месту встраивания в кристаллическую решётку;

• окончательный перенос заряда для адиона.