Катодная обработка свинцового электрода в растворе соли висмута

УДК 621

О.Н. Щербинина, Н.Г. Медведева

КАТОДНАЯ ОБРАБОТКА СВИНЦОВОГО ЭЛЕКТРОДА В РАСТВОРЕ СОЛИ ВИСМУТА

Была исследована возможность модифицирования поверхности свинцового электрода в растворе соли висмута различной концентрации методом электрохимического катодного внедрения. Процесс проводили в потенциостатическом режиме в интервале потенциалов от -0,35 до -0,6 В. Время обработки составило 30 минут. В результате эксперимента на поверхности свинца был получен твердый раствор сложного стехиометрического состава: Pb2O3; Bi12 PbO20h

O.N. Scherbinina, N.G. Medvedeva LEAD ELECTRODE MODIFICATION IN A BISMUTH SALT SOLUTION

With the help of the method of electrochemical cathode intercalation the authors research the possibility of modification of lead electrode surface in a bismuth salt solution of various concentrations. The process was carried out in a potential static regime, the range of the potentials was from -0,35 to -0,6 V. The time of treatment was 30 minutes. As a result of the experiment a solid solution of complex stoichiometric composition (Pb2O3; Bi12 PbO20) was obtained on lead surface.

Известно, что метод электрохимического катодного внедрения позволяет модифицировать поверхность металла, в результате чего могут образовываться интерметаллические соединения или твердые растворы внедряющегося металла с металлом электрода. Образующиеся интерметаллиды могут повысить жаростойкость материала, придать ему магнитные, каталитические, полупроводниковые, сверхпроводниковые свойства [1, 2].

Методика эксперимента

Рабочим электродом служила свинцовая пластина, поверхность которой перед опытом подвергалась механической полировке, промывке в бидистиллированной воде и сушке в боксе в сухой воздушной атмосфере при комнатной температуре. Для проведения электрохимических исследований использовали потенциостат П-5848 в сочетании с самопишущим потенциометром КСП-4 для регистрации изменения тока и потенциала во времени на исследуемом электроде. Катодную обработку свинца проводили в растворе Bi(NO3)3*5H2O в потенциостатическом режиме в интервале потенциалов от -0,35 до -

0,6 В (относительно водного хлорсеребряного электрода сравнения).

Противоэлектродом служил титан. Электроды помещались в трехэлектродную ячейку. Время опыта составляло 30 минут. После опыта образец промывался в бидистиллированной воде.

Результаты и их обсуждение

Анализ — кривых (рис.1) позволил сделать предположение, что при катодной обработке свинца в растворе соли висмута происходит образование твердого раствора [3].

Рис. 1. Потенциостатические кривые внедрения висмута в свинцовый электрод из 0,2н раствора Bi(NO3)3*5H2O при 20°С при потенциалах, В:

1 - -0,35; 2 - -0,4; 3 - -0,45; 4 - -0,5; 5 - -0,55; 6 - -0,6

Максимальная скорость процесса достигается при Екп = -0,55 В. Это подтверждено рассчитанными значениями диффузионно-кинетических параметров твердого раствора (см. таблицу). Однако анализ хронопотенциограмм (рис. 2) указывает на то, что наиболее стабильная во времени фаза формируется при потенциалах -0,4 В и -0,5 В.

Концентрация раствора оказывает существенное влияние на скорость формирования твердого раствора на поверхности свинца. Скорость возрастает прямо пропорционально увеличению концентрации (рис. 3).

Рентгенофазовый анализ образцов позволил установить, что на поверхности свинца формируется твердый раствор сложного стехиометрического состава. Присутствуют фазы оксида свинца с тетрагональной и орторомбической кристаллической решеткой, РЬ203, РЬ304, оксиды висмута Ы203 и фаза состава Ы12РЬО20.

Диффузионные параметры твердого раствора висмута в свинце, образующегося на начальном этапе внедрения висмута в свинцовый катод из 0,2н раствора Ві(М03)3*5Н20 при 20°С

Потенциал, В С0^0*105

-0,35 4,5

-0,4 0,64

-0,45 0,53

-0,5 6,6

-0,55 19,8

-0,6 10,1

Рис. 2. Бестоковые хронопотенциограммы катодной обработки свинцового электрода в растворе В^03)3*5Н20 конц. 0,2н при потенциалах, В:

1 - -0,35; 2 - -0,4; 3 - -0,45; 4 - -0,5; 5 - -0,55; 6 - -0,6

f, мин

Рис. 3. Потенциостатические кривые внедрения висмута в свинцовый электрод при потенциале 0,4 В из раствора В^03)3*5Н20 при 20°С концентраций, н:

1 - 0,2; 2 - 0,3; 3 - 0,4; 4 - 0,5; 5 - 0,6

Таким образом, в результате исследований была установлена принципиальная возможность модифицирования поверхности свинца в растворе соли висмута методом электрохимического катодного внедрения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Файфер С.И. О перспективах применения высокотемпературных сверхпроводников в изделиях электронной техники / С.И. Файфер, В.Б. Семенова // Электронная техника. 1989. Серия 6. Материалы. Вып. 2(239). С. 3-9.

2. Кабанов Б.Н. Электрохимическое внедрение элементов в электроды / Б.Н. Кабанов, И.Г. Кисилева, И.И. Астахов // Электрохимия. 1972. Вып. 7. С. 955-971.

3. Электровыделение висмута на меди из водных растворов нитрата висмута /

О.Н. Щербинина, Н.Г. Медведева, И.С. Панга, С.С. Попова // Проблемы

трибоэлектрохимии: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. С. 250.

Щербинина Оксана Николаевна -

кандидат химических наук,

докторант кафедры «Технология электрохимических производств», доцент кафедры «Машины и аппараты химических производств»

Энгельсского технологического института

Саратовского государственного технического университета

Медведева Наталья Григорьевна -

магистрант кафедры «Технология электрохимических производств»

Энгельсского технологического института

Саратовского государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 14.11.06, принята к опубликованию 5.12.06