Файл: Кочергин, С. М. Образование текстур при электрокристаллизации металлов учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 34
Скачиваний: 0
С. М. КОЧЕРГИН, А. В. ЛЕОНТЬЕВ
ОБРАЗОВАНИЕ ТЕКСТУР ПРИ ЭЛЕКТРОКРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛОВ
Допущено Министерством высшего
исреднего специального образования СССР
вкачестве учебного пособия
для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Технология электрохимических производств»
Москва
«МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974
С. |
Образование текстур |
при |
электрокристаллизации |
металлов. |
||
М. К о ч е р г и и, А'. |
В. |
Л е о н т ь е в . |
М., «Металлургия», 1974. |
|||
с. 184. |
|
|
|
|
|
|
тур |
Приведены сведения о процессе образования н характере текс |
|||||
электролитически |
осажденных металлов и сплавов; |
описаны |
||||
методы рентгеиоструктурного и |
электронографнческого |
определе |
||||
ния |
текстур; рассмотрены |
зависимости |
ориентации кристаллов от |
|||
состава электролита, плотности тока, температуры и других пара метров, изложены современные представления о формировании тек стур металлов и их роли в электродных процессах.
Предназначена в качестве учебного пособия для студентов ву зов, изучающих технологию электрохимических производств. Может быть полезна аспирантам и научно-техническим работникам, зани мающимся проблемой строения электроосажденных металлов. Ил. 69. Табл. 34. Список лит.: 19 иазв.
©Издательство «Металлургия», 1974.
31104—071
5—74
К 040(01)—74
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие |
Закономерности.............................................................................................. |
роста |
кристаллов |
при |
электро |
5 |
||||||||
Г л а в а |
I. |
9 |
||||||||||||
|
|
кристаллизации |
металлов |
.......................................... |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Общие сведения о теории кристаллизации |
. . |
9 |
||||||||||
|
|
Основные положения |
теории |
электро-кристалли |
12 |
|||||||||
|
|
зации м еталлов............................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Рост кристаллов и перенапряжение |
..................... |
|
|
15 |
||||||||
|
|
Рост |
единичного кристалла — н и т и ....................... |
|
|
|
19 |
|||||||
|
|
Рост кристаллов при электролизе. Микроскопиче |
22 |
|||||||||||
|
|
ские |
наблюдения. Спиральный |
р о с т |
..................... |
|
|
|||||||
Г л а в а |
II. |
Общие сведения |
о текстуре металлов и рентге |
|
||||||||||
|
|
нографический метод исследования текстур эле |
29 |
|||||||||||
|
|
ктролитических осадков |
металлов |
.......................... |
|
|
|
|||||||
|
|
Типы |
т ек ст у р |
............................................................... |
метод |
исследования |
тек |
29 |
||||||
|
|
Рентгенографический |
38 |
|||||||||||
|
|
стур |
электролитических |
осадков |
металлов |
. . |
||||||||
|
|
Конструкция камер для получения рентгено |
45 |
|||||||||||
|
|
грамм веществ, |
имеющих |
т ек ст у р у |
..................... |
|
• |
|||||||
|
|
Методы |
расчета |
т ек ст у р ........................................... |
|
текстуры |
по |
52 |
||||||
|
|
Пример |
-аналитического |
расчета- |
59 |
|||||||||
|
|
рентгенограмме электроосаждеинон |
меди. . |
. |
||||||||||
|
|
Графоаналитические методы определения индек |
62 |
|||||||||||
|
|
сов оси текстуры .................................................... |
|
|
|
|
|
|
: |
|||||
|
|
Основы |
расчета |
текстур |
по электронограммвм . |
70 |
||||||||
|
|
Другие возможные методы анализа текстур |
. . |
73 |
||||||||||
Г л а в а |
III. Зависимость текстуры электроосажденных метал |
74 |
||||||||||||
|
|
лов от условий электролиза ..................................... |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Общая классификация текстур электроосажден |
|
|||||||||||
|
|
ных |
металлов |
. . . . |
- .............................. |
|
|
|
|
|
77 |
|||
|
|
Влияние |
-структуры осн о в ы ............................... |
|
|
|
|
. |
79 |
|||||
|
|
Влияние состава электролита -и доба-вок. . |
80 |
|||||||||||
|
|
Влияние плотности тока и поляризации электро |
84 |
|||||||||||
|
|
да ....................................................................................... |
|
температуры |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Влияние |
|
|
|
|
|
|
87 |
|||||
|
|
Влияние толщины о с а д к а ..................................... |
перемешивания и |
88 |
||||||||||
|
|
Влияние |
переменного |
тока, |
|
|||||||||
|
|
мапнитного поля -на процесс образования |
тек |
89 |
||||||||||
|
|
стуры ................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Влияние ультразвукового -п о л я ......................... |
|
|
|
|
93 |
|||||||
|
|
Связь текстуры с -размерами зерна электролити |
94 |
|||||||||||
|
|
ческих ооадков |
металлов |
.......................................... |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Связь совершенства текстуры и блеска электро |
95 |
|||||||||||
|
|
литических осадков металлов |
................................... |
|
|
|
|
|||||||
Г л а в а |
IV. О механизме |
образования |
текстуры |
в |
электро |
97 |
||||||||
|
|
осажденных |
м етал л ах .......................................... |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Историческая сп р ав к а .......................................... |
|
|
|
|
|
|
97 |
|||||
|
|
Внутренние напряжения в осадках я образование |
99 |
|||||||||||
|
|
текстуры. Текстуры деформации..................... |
|
|
|
|
||||||||
а* Зак. 503 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
Рост кристаллов и образование текстуры роста |
106 |
|||||||
|
Работа |
образования |
двумерных |
зародышей и |
|
||||
|
ориентированный |
рост'Кристаллов |
.......................... |
111 |
|
||||
|
Связь работы образования |
двумерных |
зароды |
|
|||||
|
шей кристаллографических |
гранен |
кубической, |
|
|||||
|
тетрагональной и гексагональной решеток с пе |
|
|||||||
|
ресыщением и перенапряжением. Возникновение |
117 |
|||||||
|
тексту-ры........................................................................... |
|
|
|
|
|
|||
Г л а в а |
V. Характеристика |
текстуры |
электролитических |
122 |
|||||
|
осадков |
металлов |
......................................................... |
|
|
|
|
||
|
Ц и н к .................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
122 |
|
Х р о м .................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
128 |
|
Ж е л е з о ............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
130 |
|
|
К о б а л ь т ............................................................................ |
|
|
|
|
|
|
135 |
|
|
Н и к ел ь .............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
137 |
|
|
М е д ь ......................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
141 |
|
С ер еб р о ............................................................................ |
|
|
|
|
|
|
152 |
|
|
О л о в о |
................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
157 |
|
С в и н ец .............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
163 |
|
|
С у р ь м а .............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
166 |
|
|
В и см у т .............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
167 |
|
|
К а д м и й ........................................ |
|
|
|
|
|
|
168 |
|
|
С е л е н ....................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
169 |
|
М арганец ................................................................................ |
|
|
|
|
|
169 |
||
|
Результаты электронографнческнх |
исследований |
170 |
||||||
|
текстур электроосажденных металлов . . . . |
||||||||
|
Текстуры |
некоторых |
электролитических |
сплавов |
172 |
||||
|
Текстуры |
других |
м еталлов............................................. |
|
|
176 |
|||
Г л а в а |
VI. Текстура |
металлов и электродные |
процессы . . |
176 |
|||||
|
Влияние текстуры осаждаемого металла на ка |
176- |
|||||||
|
тодные |
процессы ......................................................... |
|
|
|
|
|||
|
Влиячше текстуры анода на процессы растворе |
181 |
|||||||
|
ния и |
окисления................................................... |
|
|
|
. |
|||
Список рекомендуемой литературы .................................................. |
|
|
|
183 |
|||||
• Г » '
ПРЕДИСЛОВИЕ
Значение текстуры металла становится очевид ным при исследовании самых различных процессов. В настоящее время установлено, что в зависимости ■от характера ориентации зерен поликристаллические тела в значительной степени отличаются одно от другого по своим свойствам. Кроме различий в таких физико-механических свойствах, как твер дость, электропроводность, магнитная проницае мость, смачиваемость, блеск, сопротивление тре нию и др., они отличаются также по своей хими ческой активности, каталитическому действию, ско рости растворения, 'величине поверхностной энергии, характеру фото- и термоэлектронной эмиссии. Одна и та же реакция протекает на различных кристал лических поверхностях одного и того же вещества с различной скоростью. Отчетливо выявлено влияние ориентации кристаллитов на качество металличес ких пленок, полученных электролитическим путем, показана зависимость процессов электрополировкп и анодного оксидирования от текстуры металлов. Установлено, что термоэлектронные свойства чисто го вольфрама различны для каждого кристаллогра фического направления и отличаются по работе выхода на несколько десятых электронвольт. Мно го интересных характеристик получено при изуче нии магнитных и электрических свойетв металлов, имеющих текстуру. Очень часто текстура использу ется для повышения технологических или эксплуа тационных характеристик металлов. В то же время нередки случаи, когда текстуру приходится устра нять специальной обработкой, чтобы добиться ста тистической изотропности свойств поликристалли-
ческих металлов.
Изучение текстуры металлов, полученных элект ролитическим путем,— большая и еще мало иссле дованная область. Советским ученым принадлежат
5
заслуги в открытии многочисленных закономерно стей при электрокристаллизации металлов. За пос ледние годы наука обогатилась значительным коли чеством монографий и учебников в области теоре тической и прикладной электрохимии. Однако во всех этих трудах мы находим лишь весьма краткое описание закономерностей ориентации кристалли тов и электроосажденных металлах; приводимые в
них данные о текстуре электролитических осадков не могут считаться достаточными ни с теоретичес
кой, ни с производственной точки зрения.
В связи с большими требованиями, предъявляе мыми современной техникой к свойствам поверхно сти, за последние годы усилилась работа по изуче нию воздействия электрохимических факторов на свойства металлических покрытий. В первую оче редь это потребовало разрешения вопроса о связи поверхностных свойств со строением покрытия. Основные данные о текстуре получены с помощью рентгенографического и, в меньшей степени, элект ронографического методов.
Следует, однако, сказать, что эксперименталь ные результаты этих работ оказались весьма про тиворечивыми. Строгого соответствия между усло виями осаждения (составом электролита, электри ческим режимом, температурой и т. д.) и типом тек стуры, а также ее совершенством установить не удалось. Мало освещенным оставался и вопрос о механизме возникновения текстуры.
Так как книга является учебным пособием, то в ней приводится лишь краткий список литературы. Более подробный список, включающий восемьдесят два названия, помещен в ранее изданной книге С. М. Кочергина «Текстура электроосажденных ме таллов». М., Металлургиздат, 1960.
В отборе, анализе и компоновке материалов, во шедших в книгу, большую помощь оказала группа
Сотрудников лаборатории строения поверхностных слоев Института физической химии АН СССР. Сотрудникам лаборатории докт. хим. наук Ю. М. ПолукарО’Ву, каид. хим. наук В. П. Моисееву и особенно ее руководителю профессору I\. М. Гор буновой авторы выражают глубокую признатель ность.
В книге излагаются общие сведения о текстуре металлов, разбираются основные понятия и опреде ления; описывается методика рентгеиоструктурного анализа текстур. Освещаются теоретические сведе ния о процессе образования текстуры при электрокристаллизации металлов. Подробно анализируется зависимость ориентации кристаллитов от природы поверхности катода, состава и кислотности электро лита, добавок, плотности тока, температуры, катод ной поляризации. Устанавливается связь текстуры с величиной зерна осадков, их толщиной, формой электродов. Приводятся данные о методах получения текстур многих металлов. Описываются условия электролиза при получении текстур. Последняя гла ва посвящена определению роли текстур в эле ктродных процессах.
|
|
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ |
|||
|
|
d — межплоскостные расстояния |
|
||
а, |
Ь, |
X— длина волны рентгеновских лучей |
|||
с — трансляции |
(параметры кристаллической ре |
||||
а, |
(3, |
шетки) |
|
(параметры кристаллической ре |
|
у — осевые углы |
|||||
(h, |
k, |
шетки) |
кристаллографических |
плоскостей |
|
l) — индексы |
|||||
[ft, |
k, |
/ ] — индексы |
кристаллографических |
направлений |
|
[«, v, w] — кристаллографические индексы |
осей текстур |
||||
|
|
0 — брэгговский угол отражения |
|
||
р — угол между перпендикуляром к плоскости об разца и осью текстуры
Е — электрический потенциал ср — углы на рентгенограмме [л — химический потенциал
k — константа Больцмана R — газовая постоянная
RK— радиус рентгеновской камеры К — константа
Т— температура по шкале Кельвина
а— поверхностная энергия
/ — сила тока |
|
|
|
|
1— плотность тока |
|
|
|
|
1) — перенапряжение |
|
|
|
|
т — время |
|
кристаллического |
зародыша |
|
у — краевая энергия |
||||
W — работа |
образования двумерного |
кристалли |
||
ческого зародыша |
|
между соседними ато- |
||
1[ц — работа |
разрыва связей |
|||
_ мами |
|
|
|
|
Ф — среднее |
значение |
работы отрыва |
атома от |
|
атомного ряда |
|
(баллы или угловые |
||
Б — совершенство текстуры |
||||
градусы) |
|
|
|
|
pH — водородный показатель |
|
|
||