Теоретическая модель вольтамперометрии селективного растворения сплава с учетом эффектов равновесной твердофазной адсорбции и шероховатости поверхности
Аннотация
Применительно к потенциодинамическому режиму поляризации при анодном селективном растворении бинарного гомогенного сплава численно решена задача нестационарной диффузии, учитывающая фрактальную и статистически нерегулярную шероховатость поверхности электрода и равновесную твердофазную адсорбцию компонентов сплавной системы. Рассчитаны концентрационные профили электрохимически активного компонента сплава, анодные поляризационные кривые, функция шероховатости. Установлено, что эффект поверхностной сегрегации не влияет на форму анодной вольтамперограммы, не меняет критерий диффузионной кинетики и математически сводится к изменению силы тока пропорционально функции твердофазной адсорбции. Выявлена роль фрактальной и статистически нерегулярной шероховатости электрода в критериальной зависимости силы тока максимума от скорости сканирования потенциала. Вольтамперометрический отклик линейно зависит от фактора шероховатости поверхности при относительно больших или весьма низких скоростях сканирования потенциала. Причиной такого влияния является существенное изменение диффузионного фронта от повторяющего профиль поверхности до практически плоского. В указанных случаях параболический критерий диффузионной кинетики вольтамперометрии не нарушается. Найдены зависимости функции шероховатости от времени для поверхностей с разными фактором шероховатости и фрактальной размерностью. Обнаружено, что увеличение данных морфологических параметров, как и снижение скорости сканирования потенциала повышает вероятность искривления зависимости Рендлса-Шевчика. Полученные данные могут быть использованы при разработке способа контроля состава сплавных покрытий, в том числе полученных методами химического или электрохимическиого осаждения, а также для оценки фактора шероховатости и фрактальной размерности их поверхности с применением нестационарных электрохимических измерений.
Скачивания
Литература
Aljibori H.S., Alamiery A., Kadhum A.A.H. Advances in corrosion protection coat-ings: a comprehensive review. Int. J. Corros. Scale Inhib. 2023; 12(4): 1476-1520. https://doi.org/10.17675/2305-6894-2023-12-4-6
Biryukov A.I., Kozaderov O.A., Batma-nova T.V. Features of the corrosion of coatings based on zinc alloys: oxidation products and the selective dissolution of zinc. Review. Kon-densirovannye Sredy I Mezhfaznye Granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2024; 26(1): 25-36. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11806
Kozaderov O.A., Yudenkova L.V., Sot-skaya N.V. Corrosion resistance and catalytic activity of nickel coatings electrodeposited from a chloride-glycinate electrolyte with the addition of thiourea. Int. J. Corros. Scale In-hib. 2024; 13(2): 1029-1042. https://doi.org/10.17675/2305-6894-2024-13-2-21.
Zangari Giovanni. Electrodeposition of Alloys and Compounds in the Era of Microe-lectronics and Energy Conversion Technology. Coatings. 2015; 5(2): 195-218. https://doi.org/10.3390/coatings5020195.
Bahramian A., Eyraud M., Vacandio F., Knauth P. Cu/Ni/Au multilayers by electro-chemistry: A crucial system in electronics - A critical review. Microelectronic Engineering. 2019; 206: 25-44. https://doi.org/10.1016/j.mee.2018.12.008
Dini J.W. Electrodeposition. The Materi-als Science of Coatings and Substrates. New Jersey (USA): Noyes Publications, 1993. 384 p.
Galus Z. Fundamentals of Electrochemi-cal Analysis. Ellis Horwood: New York, 1976. 520 p.
Bard A.J., Faulkner L.R. Electrochemical methods. Fundamentals and applications. N.-Y. (USA): Wiley, 2000. 856 p.
Trasatti S., Petrii O.A. Real surface area measurements in electrochemistry. J. Electro-anal. Chem. 1992; 327(1-2): 353-376.
Encyclopedia of electrochemistry. Vol. 4. Corrosion and oxide films / Ed. A. J. Bard, M. Stratmann, G. S. Frankel. Weinheim (Ger-many) : Wiley-VCH, 2003. 755 p.
Landolt D. Corrosion and surface chem-istry of metals. Lausanne (Switzerland) : EPFL Press, 2007. 632 p.
Marshakov I.K. Anodnoe rastvorenie i selektivnaya korroziya splavov. Zashchita me-tallov. 2002; 38(2): 139-145. (In Russ.)
Budnikov G.K., Maistrenko V.N., Vya-selev M.R. Osnovy sovremennogo elektrokhi-micheskogo analiza. M.: Mir, 2003. 592 s. (In Russ.)
Levie R. Fractals and rough electrodes. J. Electroanal. Chem. 1990; 281(1-2): 1-21.
Inoue F., Shimizu T., Miyake H., Arima R., Shingubara S. All-wet Cu-filled TSV pro-cess using electroless Co-alloy barrier and Cu seed. IEEE 62nd Electronic Components and Technology Conference, San Diego, CA, USA. 2012; 810-815. https://doi.org/10.1109/ECTC.2012.6248926
Inoue F. Study of low resistance TSV using electroless plated copper and tungsten-alloy barrier. IEEE International Interconnect Technology Conference. Sapporo, Japan. 2009: 167-168. https://doi.org/10.1109/IITC.2009.5090376
Wu W., Tang X., Wang J., Chenghan Z. Fabrication of Cu-Ni alloy microcomponents using localized electrochemical deposition. J. Electrochem. Soc. 2024; 171(5): 053507 https://doi.org/10.1149/1945-7111/ad4a07
Bobrinskaya E.V., Vvedenskii A.V., Marshakov I.K. Solid-phase surface adsorption of components in the system Ag-Au|F-(H2O). Russ. J. Electrochem. 1999; 35(10): 1054-1060.
Vvedenskiy A.V., Kozaderov O.A., Selemenev V.F. Solid-phase adsorption effect in the diffusion kinetics of selective dissolution of alloys. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy. 2018; 17(1): 161-167. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2017.17/366
Kozaderov O.A., Vvedenskii A.V. Massoperenos i fazoobrazovanie pri anodnom selektivnom rastvorenii gomogennykh splavov. Voronezh: Nauchnaya kniga, 2014. 288 s. (In Russ.)
Vvedenskii A.V., Kozaderov O.A. Lin-ear voltammetry of anodic selective dissolution of homogeneous metallic alloys; Voltammetry: Theory, Types and Applications / Editors: Yuki Saito and Takumi Kikuchi. New York: Nova Science Publishers, Inc. (USA), 2013: 269-292.
Kutateladze S.S. Osnovy funktsion-al'nogo analiza. Novosibirsk: izd-vo In-ta ma-tematiki, 2000. 336 p. (In Russ.)
Potapov A.A. Fraktaly v radiofizike i radiolokatsii: topologiya vyborki. M., Universi-tetskaya kniga, 2005. 848 p. (In Russ.)
Kozaderov O.A. Effekt sherokhovatosti poverkhnosti v kinetike geterogennykh protsessov. Obzor. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy. 2017; 19(1): 6-21. (In Russ.)
Berry M.V., Lewis Z.V. On the Weier-strass-Mandelbrot fractal function. Proc. R. Soc. Lond. A. 1980; 370(1743): 459-484.
Lin N., Lee H.P., Lim S.P., Lee K.S. Wave scattering from fractal surfaces. J. Mod-ern Optics. 1995; 42(1); 225-241.
Schaefer D.W., Martin J.E., Wiltzius P., Cannell D.S. Fractal geometry of colloidal ag-gregates. Phys. Rev. Lett. 1984; 18(26): 2371-2374.
Pfeifer P. Fractal dimension as working tool for surface-roughness problems. Appl. Surf. Sci. 1984;18(1-2): 146-164.
Gallager R. Metod konechnykh elemen-tov: osnovy. M.: Mir, 1984. 428 s. (In Russ.)
Trukhan S.N., Derevshchikov V.S. Komp'yuternoe modelirovanie protsessov i yavlenii fizicheskoi khimii. Novosibirsk: NNI-GU, 2012. 75 p. (In Russ.)
Egorov V.I. Primenenie EVM dlya res-heniya zadach. SPb: SPb GU ITMO, 2006. 77 p. (In Russ.)
Voznesenskii A.S. Komp'yuternye metody v nauchnykh issledovaniyakh. M.: MGGU, 2010. [Ch. 2]. 107 p. (In Russ.)
Krasnikov G.E., Nagornov O.V., Starostin N.V. Modelirovanie fizicheskikh protsessov s ispol'zovaniem paketa Comsol Multiphysics. M.: NIYaU MIFI, 2012. 184 p. (In Russ.)
Kozaderov O.A., Sazhneva O.V., Koroleva O.V., Vvedenskii A.V. Tverdofazna-ya diffuziya pri potentsiostaticheskom rastvorenii serebra, legirovannogo zolotom. Zashchita metallov. 2005; 41(4): 360-371. (In Russ.)
Kozaderov O.A., Bobrinskaya E.V., Kartashova T.V., Vvedenskii A.V. Tver-dofaznaya diffuziya pri gal'vanostaticheskom anodnom rastvorenii Zn,Ag- i Su,Au-splavov. Zashchita metallov. 2005; 41(5): 485-495. (In Russ.)
Bobrinskaya E.V., Vvedenskii A.V. Solid-phase surface adsorption in Ag-Au |F-, H2O and Ag-Au|ClO4-, H2O systems: allowing for the solid-solution. Russ. J. Electrochem. 2001; 37(9): 947-951
