Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2022(13))

Имеющиеся представления [3, 6, 7] о зарождении и развитии микроконусов y-Nb2O5 в процессе анодирования ниобия базируются на возникновении и развитии зародышей кристаллического оксида на границе металл / барьерный слой АОП в результате полевой кристаллизации. Было высказано обоснованное предположение, что на число зародышей кристаллической оксидной фазы Nb 2 0 5 , образующихся под действием сильного электрического поля на границе металл — оксид одновременно с ростом барьерного слоя АОП, будет оказывать влияние присутствие кислорода в поверхностном слое металла [3, 8]. В соответствии с этим, представляет интерес исследование формирования оксидных пленок на предварительно насыщенной кислородом поверхности компактного Nb. Целью данной работы являлось изучение влияния насыщенного кислородом слоя на поверхности монокристаллов ниобия на процесс анодирования в электролите 10 % H 2 SO 4 + 1 % HF. Объектами исследования являлись образцы монокристаллов ниобия с кристаллографической ориентировкой (001) и (111), далее именуемые МК (001) и МК (111). Предварительно образцы очищались в ацетоне и этиловом спирте в ультразвуковой ванне, промывались в дистиллированной воде и сушились на воздухе при комнатной температуре. Для анодирования использовалась двухэлектродная электрохимическая ячейка с танталовым катодом. Кинетические зависимости роста Ua(t) и ja(t) регистрировались электронным самописцем «ЭРБИЙ-7115», сопряженным с компьютером. Подробно методика анодирования описана в работе [3]. Согласно [9], для получения насыщенного кислородом слоя на поверхности ниобия необходимо провести вакуумный отжиг при определенных параметрах заранее анодированного в барьерообразующем электролите образца. Показано, что в результате вакуумного отжига может происходить полное растворение барьерной плёнки в металлической подложке с формированием насыщенного кислородом поверхностного слоя. В соответствии с вышеизложенным, на первой стадии выполнялось формирование барьерной (плотной) АОП в водном растворе 10 % H 2 SO 4 . Далее анодированные образцы отжигались в вакуумной печи при Т = 450 оС в течение 30 мин, что должно было способствовать полному уходу кислорода из оксидной пленки в металлическую подложку с образованием насыщенного кислородом поверхностного слоя [9]. На заключительной стадии отожженные образцы анодировались в электролите 10 % H 2 SO 4 + 1 % HF. Условия обработки образцов на разных стадиях представлены в таблице. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022. Т. 13, № 1. С. 271-277. Transactions of the to la Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 271-277. Характеристики образцов № стадии Условия 1 Анодирование в 10 % H 2 SO 4 при ja = 1 мА / см2до Ua = 80 В, T = 21 °C. Выдержка 40 мин 2 Отжиг в вакууме (10-4мм рт. ст.), T = 450 °C, 30 мин 3 Анодирование в 10 % H 2 SO 4 + 1 % HF при Ua = 70 В. На начальной стадии скорость подъема напряжения 100 мВ / с. Продолжительность 2 ч, T = 20 °С Морфология поверхности образцов изучалась методом АСМ в режиме полуконтактной микроскопии на воздухе. Для АСМ-исследований использовался сканирующий зондовый микроскоп «Солвер Некст» (ЗАО «НТ МДТ»), размер области сканирования изменялся в диапазоне от 4 до 400 мкм2. Параллельно после каждой стадии выполнялась оценка емкости АОП для частоты /=1000 Гц в электролитической ячейке с платиновым противоэлектродом в водном растворе 1М H 2 SO 4 с помощью измерителя иммитанса Е7-20. На рисунке 1 представлены зависимости напряжения от времени Ua(t), зарегистрированные на первой стадии анодирования в 10 % H 2 SO 4 (см. табл. 1). Видно, что для МК (001) и МК (111) в условиях постоянства плотности тока в начале процесса наблюдается линейный рост напряжения. Во второй части процесса (при постоянном значении напряжения) наблюдается спад тока до значений порядка (60-80) мкА / см2, что свидетельствует о формировании АОП барьерного типа. Сравнение зависимостей Ua(t) для гальваностатической части процесса анодирования (см. рис. 1) показывает, что скорость роста напряжения для образцов с разной кристаллографической ориентировкой имеет достаточно близкие значения: (dUa / dt )001 ~ 7 В / мин, (dUa / dt)m ~ 8 В / мин. Оценка толщины барьерных АОП, сформированных после первой стадии анодирования © Чубиева Е. С., Яковлева Н. М., Степанова К. В., Кокатев А. Н., 2022 272