|
Моделирование процесса анодного окисления металлов при постоянном токе Петрозаводский государственный университет Научный руководитель: Авдеев Николай Алексеевич, КФМН Гальваностатический режим (ГСР) формирования окисла предполагает поддержание постоянной величины заданного тока ( jи = const) через оксидный слой. В этом случае можно записать следующую краевую задачу для потока окисляемых катионов
где c(x,t), D, μ, - соответственно концентрация, коэффициент диффузии, подвижность ионов, а Ε - напряженность поля, χ - скорость химической реакции. MOX - молярная масса образующегося оксида, ρOX - плотность оксида, NA - число Авогадро, nox - валентность реакции образования окисла.Система уравнений отражает ряд последовательных стадий: (1)-постоянный поток подвижных частиц с поверхности металла; (2)-изменение их концентрации за счет диффузии и дрейфа внутри окисла; (3)-химическую реакцию на внешней границе окисел / электролит В расчетах величина напряженности считается постоянной и определяется как среднее поле Eср = U / L, что обусловлено линейнойстью экспериментальной зависимости напряжения от толщины окисла U = Eср L, для j = const.Результаты моделирования ГС режима для анодного окисления тантала представлены на рис.1 и рис.2. Начальная толщина окисла L0 принята равной 12 Е, коэффициент диффузии катионов металла D=8∙10-21 м2/с, подвижность катионов μ=3∙10-19 В∙м/с, поле E=6,7∙108 В/м, плотность тока j=100 А/м2.
Рис.1 Зависимость напряжения от времени при анодном окисления тантала.
Рис.2. Распределение концентрации тантала для разной толщины окисла (1-3 - расчитанное,: 1 - 184 A, 2 - 547 A, 3 - 1000 A, 4 - ЭОС профиль 1000 A)). Пунктиром обозначена концентрация тантала в составе оксида Ta2O5..Решение системы уравнения (1) - (4) позволяет определить распределение концентрации ионов по толщине и установить кинетические закономерности роста напряжения и толщины окисной пленки. Сравнение расчитанных зависимостей с данными электронной оже спектроскопии (ЭОС) показывает совпадение профиля распределения концентрации подвижных ионов. |
(1)
(2)
(3)
(4)
| (c) АСФ России, 2001 |