Анодное растворение и пассивация моносилицида марганца в сернокислых фторидсодержащих средах
Аннотация
Целью данной работы являлось исследование анодной стойкости моносилицида марганца MnSi в сернокислых фторидсодержащих растворах и концентрационного влияния фторида натрия на анодное растворение и пассивацию силицида.
Исследование проведено на монокристаллическом образце MnSi в растворах 0.5 M H2SO4 + (0.0025–0.05) M NaF. Представлены микрофотографии и элементный состав поверхности электрода после анодной поляризации от Е коррозии до Е = 3.2 В в растворах 0.5 M H2SO4 и 0.5 M H2SO4 + 0.05 M NaF. В присутствии фторид-ионов отмечено более сильное растравливание электродной поверхности; элементный анализ показал увеличение содержания кислорода на отдельных участках поверхности силицида, связанное c образованием оксидов марганца и кремния и их частичным удалением при высоких значениях поляризации.
Методами поляризационных, емкостных и импедансных измерений изучены кинетические закономерности анодного растворения MnSi-электрода. Установлено, что добавление фторид-ионов приводит к ослаблению барьерных свойств поверхностной пленки диоксида кремния, которая определяет высокую стойкость силицида в бесфторидной среде. Рассчитан порядок реакции анодного растворения MnSi по NaF в зависимости от потенциала. В области невысоких анодных потенциалов (от Екор до E ≈ –0.2 В) порядок реакции имеет значения от 1.8 до 1.1, что связано с высоким влиянием кремния в составе силицида и продуктов его окисления. С ростом величины поляризации (до
Е = 0.9 В) порядок реакции уменьшается до 0.5; показано увеличение вклада реакций ионизации и окисления марганца в кинетику анодного растворения силицида. Пассивация силицида в фторидсодержащем электролите характеризуется более высокими значениями плотности тока растворения (10–4−10–3 А/см2) по сравнению с бесфторидным электролитом (10–6 А/см2), порядок реакции в области пассивного состояния равен ~1.0; пассивация обусловлена образованием на поверхности оксидов MnO2 и SiO2. В области перепассивации (Е ≥ 2.0 В) отмечена слабая
зависимость плотности тока от концентрации фторид-ионов; на поверхности электрода наблюдается выделение кислорода, в приэлектродном слое регистрируется образование ионов MnO4–. Обсуждаются механизмы и кинетические закономерности анодных процессов на MnSi-электроде в сернокислом растворе в присутствии фторид-ионов.
Скачивания
Литература
Aoun A., Darwiche F., Hayek S. A., Doumit J. The fluoride debate: the pros and cons of fluoridation. Preventive Nutrition and Food Science. 2018;23(3): 171–180. https://doi.org/10.3746/pnf.2018.23.3.171
Genuino H. C., Opembe N. N., Njagi E. C., McClain S., Suib S. L. A review of hydrofluoric acid and its use in the car wash industry. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2012; 18(5): 1529–1539. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2012.03.001
Bordzilowski J., Darowicki K. Anti-corrosion protection of chimneys and flue gas ducts. Anti- Corrosion Methods and Materials. 1998;45(6): 388–396. https://doi.org/10.1108/00035599810236243
Palazzo A. Fluoride corrosivity on mild steel in cooling systems. Materials Performance. 2017;56: 44–48. Avail ableat: https://www.materialsperformance.com/articles/materialselection-design/2017/07/fluoride-corrosivity-onmild-steel-in-cooling-systems
D’yachenko A. N., Kraydenko R. I., Kurchenko E. I. Corrosion resistance of steels and alloys in fluoride salts. Bulletin of PNRPU. Mechanical Engineering, Materials Science. 2017;19(4): 75–89. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.15593/2224-9877/2017.4.05
Dai H., Shi S., Yang L., Guo C., Chen X. Recent progress on the corrosion behavior of metallic materials in HF solution. Corrosion Reviews. 2021;39(4): 313–337. https://doi.org/10.1515/corrrev-2020-0101
Luo Z., Zuo J., Jiang H., … Wei W. Inhibition effect of fluoride ion on corrosion of 304 stainless steel in occluded cell corrosion stage in the presence of chloride ion. Metals. 2021;11(350): 1–16. https://doi.org/10.3390/met11020350
Guo S., Zhang J., Wu W., Zhou W. Corrosion in the molten fluoride and chloride salts and materials development for nuclear applications. Progress in Materials Science. 2018;97: 448–487. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.05.003
Nikitina E. V., Karfidov E.A., Zaikov Yu. P.Corrosion of advanced metal materials in fluoride meltsfor liquid salt reactors. Melts. 2021;1: 21–45. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.31857/S0235010621010072
Kerroum Y., Guenbour A., Bellaouchou A., Idrissi H., García-Antón J., Zarrouk A. Chemical and physical effects of fluoride on the corrosion of austenitic stainless steel in polluted phosphoric acid. Journal of Bio- and Tribo-Corrosion. 2019;5(3): 68. https://doi.org/10.1007/s40735-019-0261-5
Ulyanin E. A., Svistunova T. V., Levin F. L. Highly alloyed corrosion-resistant alloys*. Moscow: Metallurgiya Publ.; 1987. 88 p. (in Russ.).
Tolmanov N. D., Chernova G. P. Corrosion and corrosion-resistant alloys*. Moscow: Metallurgiya Publ.; 1973. 231 p. (In Russ).
Mysik V. F., Zhdanov A. V., Pavlov V. A. Metallurgy of ferroalloys: technological calculations: a textbook*. Ekaterinburg: Ural University Publishing House; 2018. 536 p. (In Russ). Available at: https://elar.urfu.ru/handle/10995/64931
Maznichevsky A. N., Goikhenberg Yu. N., Sprikut R. V. Influence of silicon and microalloying elements on the corrosion resistance of austenitic steel. Bulletin of the South Ural State University. Series “Metallurgy”. 2019;19(2): 14–24. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.14529/met190202
Handayani D., Okhuysen V., Wagner N. Machinability of high Mn steel using tool life criteria. International Journal of Metalcasting. 2023;17(3): 1–8. https://doi.org/10.1007/s40962-023-01044-3
Russkikh M. A., Polkovnikov I. S., Panteleeva V. V., Shein A. B. Passivation on manganese monosilicide in sulfuric acid electrolytes. Bulletin of Perm University. Chemistry. 2020;10(2): 50−59. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.17072/2223-1838-2020-2-221-232
Polkovnikov I. S., Panteleeva V. V., Shein A. B. Anodic dissolution and passivation of Mn5Si3 electrode in acidic and alkaline media. Bulletin of Perm University. Chemistry. 2019;9(3): 250−265. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.17072/2223-1838-2019-3-250-265
Knotter D. M. Etching mechanism of vitreous silicon dioxide in HF-based solutions. Journal of the American Chemical Society. 2000;122(18): 4345–4351. https://doi.org/10.1021/ja993803z
Lehmann V. Electrochemistry of silicon: instrumentation, science. Materials and applications. Weinheim: Wiley–VCH Verlag GmbH; 2002. 273 p. https://doi.org/10.1002/3527600272
Memming R., Schwandt G. Anodic dissolution of silicon in hydrofluoric acid solutions. Surface Science. 1966;4: 109–124. https://doi.org/10.1016/0039-6028(66)90071-9
Zhang X. G. Electrochemistry of silicon and its oxide. New York: Kluwer Academic/ Plenum Publ.; 2001. 510 p.
Agladze R. I., Manganese electrochemistry*. Tbilisi: Publishing House of the Academy of Sciences of the GSSR; 1957. 518 p. (In Russ).
Kemmitt R. D. W., Peacock R. D. The chemistry of manganese, technetium and rhenium. Pergamon; 1973. 876. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-018870-6.50005-6
Kolotyrkin Y. M., Agladze T. R. Chemical dissolution of manganese*. Protection of Metals. 1968;4(6): 721–724. (In Russ).
Burstein G. T., Wright G. A., The anodic dissolution of nickel. I. Perchlorate and fluoride electrolytes. Electrochimica Acta. 1975;20: 95–99. https://doi.org/10.1016/0013-4686(75)85049-3
Toro N., Saldaña M., Gálvez E., … Hernández P. C. Optimization of parameters for the dissolution of Mn from manganese nodules with the use of tailings in an acid medium. Minerals. 2019;9(7): 387–398.https://doi.org/10.3390/min9070387
Löchel B., Strehblow H.-H., Sakashita M. Breakdown of passivity of nickel by fluoride. Journal of The Electrochemical Society. 1984;131(3): 522–529. https://doi.org/10.1149/1.2115620
Löchel B., Strehblow H.-H. Breakdown of passivity of iron by fluoride. Electrochimica Acta. 1983;28(4): 565–571. https://doi.org/10.1016/0013-4686(83)85043-9
Lazarev V. B., Krasov V. G., Shaplygin I. S. Electrical conductivity of oxide systems and film structures*. Moscow: Nauka Publ.; 1978. 168 p. (In Russ).
Baklanov M. Green M., Maex K. Dielectric films for advanced microelectronics. John Wiley & Sons; 2007. 512 p. https://doi.org/10.1002/9780470017944
Seshan K., Schepis D. Handbook of thin film deposition. Norwich, New York, U.S.A.: William Andrew Publ.; 2018. 470 p. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-812311-9.00030-x
Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
