Б.А. Хорн ш ко, ЕЖ. Власенко, Т.Ф. Юдина, О.В, Иванова, АЛ, Травин, В.Ф. Захаров
ПОЛЯРИЗАЦИЯ МАГНЕТИТОВОГО НАПЫЛЕНИЯ НА ТИТАН В ВОДНОМ
РАСТВОРЕ NaCl
{Новомосковский институт Российского химико-технологического университета мм. Д.И. Менделеева,
Ивановский государственный химико-технологический университет)
На основании потенциостатических и гальваностатических исследований обсуждено анодное поведение магнетита, титана и магнетитового напыления на титан в растворе NaCL Показано, что скорость окисления титановой основы составных анодов понижается при закрытии дефектов магнетитового рабочего слоя,
Применение магнетита^’сзО.*) в качестве рабочего слоя составного анода представляет интерес для прикладной электрохимии [1]. Поэтому было исследовано анодное поведение магнетита,
нанесённого плазменно дуговым способом на
титан марки ВТ-0, в 0,5М растворе хлорида натрия при Т д 298 К, Р s 101.325 Н-м'2.
Поляризовали: материал токоподводящей конструкционной основы (подложки), плавленый магнетит и магнетмтовое напыление на титане. Геометрическая поверхность рабочей части образцов составляла 104 м2. Плазмообразующим газом при напылении оксида железа служил аргон. Состав магнетита был близок к стехиометрическому. Толщина покрытия FeAX составляла 1 мм.
Стационарные поляризационные кривые получены на потенциостате П-5827М. После эксперимента электролит анализировали на присутствие железа и титана, а электроды подвергали визуальному осмотру и исследованию на металлографическом микроскопе МИМ-7.
Известно [2], что & водных средах магнезит окисляется по логарифмическому закону. Со» став окисленного слоя меняется от y-Fe^O;? со стороны элеггролита до Ре:1€)4 в глубине оксидной фазы [2S3|. Кроме того, магнетит растворяется в водной среде. В основе такого втаимодействия лежат электрохимические и химические реакции (таблица) среди которых реакция 1 является квази обрати мой и потешшшшпредедяющей [3].
При анодной поляризации от Ес,. = 0.167 В процессы окисления и растворения магнетита несколько ускоряются, а затем испытывают торможение (рисунок, кривая I). Появление ионов железа в электролите при поляризации оксида подтверждено качественным химическим анализом Щ. Торможение транспортных процессов в окисленном слое и в электролите, заполняющем его поры.
может быть ответственно за появление площадки предельного тока при Е = 0.75 + 1.1 В (рис., кривая
1). Интенсивное перемешивание жидкой фазы не меняет положение этой площадки.
igi, АЛД
Рис. Анодные поляризационные кривые на плавленом маоктите (I о), титане (ВТ-1)) (3), составном электроде без пропитки (2) и с
ироиттй (!•) в0.5М растворе хлорида иири (Т = 298 К, I® s
101325 Н-м ), 0'■.составной здкжгрод подвергался 500 часовой
предварительной анодной обработке при i = 3000 А/м1 Fig. Anode polarization curves of magnetite melt (I a), aluminum (2), magnetite spray wsifxMf impregnation (3) and with impregnation (1 m) in
0.5 M NaCl solution (Ts298KandPsl01325 0- die elec-
trode was exposed to anode processing (t 500 h) at i = 2500 A/rrf,
LI
Подъём поляризационной кривой при Е > В обусловлен окислением воды
и электролита
((Ел , . = 0.804В )
СЬ,Н
((Е , ю =П5В) [5]. Существенная разница по-
' СЬ/П 1
ляризуемости этих процессов приводит к преимущественному выделению хлора при потенциалах более 1.5В.
Совпадение поляризационных кривых для напылённого н литого магнетита при Е > 1.2 В
(рис., кривая 1,2) свидетельствует о полном сходстве их анодного поведения в этой области потенциалов.
Таблица
Термодинамическая модель взаимодействия в системе магнетит - водная фаза Table. The model of thermodynamic interactions of the
Уравнение В В
1 0,58! 0,167
2 0,504 0,313
3 3Fe?“(!,.n)+4iT01*j+eK:Fe504lTXSITif,.rl( 0,349 6,607
4 6.982 -6.577 I
5 2у- FeT >этц4 Н'V?T" 2e“f СвО^+Ге1'И гО* ж s 6,7 ij •0ДЖ1
6 7-Fe;Cbar,)T4i V-s*s4'2.e=2Fei*^f!i+3lifOs»'s 0,848 -0.329
7 ¥€'{:ОщГ^т ' - *
S 3TC2C.H, ,f »-6Н ■2 Fe? ■V rt+3 Н, 0*ж t - -
9 ?€зО^,Ц-81Г№В8=1х*7№.г(3'-2!'1Й,,.^.Щ4НТГжг -
. pH = 7 [3,4].
Однако при E < 1.2 В предельный диффузионный ток на магнетитовом напылении выше, чем на литом оксиде. Кроме того, имеется разница их стационарных потенциалов. Причиной этих отличий в поведении являются электрохимические превращения на материале подложки в порах магиетитовош напыления. Наличие дефектов (пор) в оксидном покрытии подтверждено микроскопическим исследованием.
Предположение о участии материала подложки в электрохимических процессах подтверждается результатами поляризации титана в 0.5М растворе хлорида натрия (рис., кривая 3). Характер поляризационной кривой и визуальные наблюдения за поверхностью электрода свидетельствуют об отсутствии газовыделения на титане в интервале потенциалов 0.05 2,0 В. Имеющиеся
на поляризационных кривых, волны связаны с окислительными процессами на титане, протекающими в диффузионном режиме. Необходимо отметить, что растворение металла происходит очень медленно, поэтому ионы титана в электролите не были обнаружены.
Руководствуясь соображением, что окисление подложки в порах может привести к возрастанию электрического сопротивления на границе магнетит-титан [1,6 - 8], была сделана попытка закрытия пор в рабочем слое. Для этого магнети-товое напыление пропитывалось специальным составом на основе органических соединений.
Поляризационные кривые для пропитанного электрода и плавленого магнетита совпадают во всём исследованном интервале потенциалов (рис., кривая 1).
Для проверки устойчивости пропитки пропитанные электроды подвергали анодной обработке при плотности тока 3000 А>м ‘ в течение 500 часов. Их последующие поте нциостати чески е испытания показали удовлетворительное укладывание экспериментальных точек на поляризационную кривую, полученную до анодной обработки (рис., кривая Г).Это свидетельствует о достаточной эффективности пропитки для исключения окисления подложки составного электрода в процессе его работы,
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Фношим М.Я., Смирнова М,Г, Электрохимические системы в синтезе химических продуктов. М,: Химия. 1985. 256 с.
2. Хорншно В.А. Тезисы докладов VH1 Кольскою семинара но электрохимии редких металлов. Апатиты. 1995. С. 76-77
3. Дшжыжт АД. и др. Известия ТПГУ, Серия Химия. 2004. Вып. 4. Тула: Иэд-ао Гул ГУ. 2004. С. 167-177.
4. Хоришко Б.А. и др. Извеешя ТГУ, Серия Химия. 2005. Вып. 5. Тула: Иэд-во ТулГУ. 2005. С. 279-300.
5. Хоришко В.А, и др. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2005. Т.48. Выл. 12. С 123.
6. Якименко Л.М. Электродные материалы в прикладной электрохимии. М.: Химия. 1977. 264 с.
7. Hayes М., Kuhn А.Т. J. Appl. Blcctroehem. 1978. V. 8. Р.
327..332.
8. Хоришко К.А. и др. / Экология человека и природы. Сборник материалов 1 Междунар, науч.-тсхн, Конференции 26-30ма* 1997г. Иваново: ИГХТУ 1997. С 141.
Кафедра технологии элскгрох н ми чес к и х производств