ФІЗИЧНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО ОКИСНЕННЯ КОМПОЗИЦІЙНОЇ КЕРАМІКИ 

Анотація

Досліджено поляризаційні залежності електрохімічного окиснення (ЕХО) компактних керамічних зразків на основі ZrB₂ складів, % (мас.): ZrB₂; 77 ZrB₂–23 SiC; 70 ZrB₂–20 SiC–10 AlN; 60 ZrB₂–20 SiC–20 (Al₂O₃–ZrO₂), — у 3%-вому розчині NaCl, що імітує морську воду. Компактні керамічні зразки пористістю 3–5% отримано методом гарячого пресування. В якості основних параметрів ЕХО розглядаються струм провідності i, струм корозії і_кор (значення i, при якому зменшується di/dE за рахунок відволікання частини іонів кисню на окиснення матеріалу) і анодний потенціал Е_а, при якому руйнується захисна оксидна плівка (i >  0). На основі аналізу експериментальних даних запропоновано двостадійну модель процесу ЕХО. На першій стадії (Е < Е_а, і = 0) на робочій поверхні формується оксидна плівка, захисна функція якої тим вище, чим більше її термодинамічна стабільність. Друга стадія ЕХО (Е > Е_а, і > 0) включає два етапи зміни струму провідності, носіями якого є негативні іони кисню. Перший етап характеризується лавиноподібним збільшенням струму при Е = Е_а аж до максимального i = і_кор, при якому зменшується швидкість зміни струму з ростом потенціалу аноду (di/dE). При вищих значеннях і_кор (другий етап) темп наростання і_кор з підвищенням Е зменшується внаслідок взаємодії кисню з досліджуваним матеріалом, тобто за рахунок окиснення. Чим вище максимальна величина і_кор, тим більше стійкість матеріалу до окиснення. Згідно запропонованої моделі, найбільші значення Е_а та і_кор в умовах ЕХО матеріалів системи ZrB₂–SiC забезпечуються добавкою AlN, за участю якої в складі захисної плівки утворюється термодинамічно стійкий муліт. Оксидна добавка Al₂O₃–ZrO₂ збільшує стійкість матеріалу до окиснення (високі значення i_кор), але не змінює склад зовнішньої плівки з боросилікатного скла. Це пояснює близькі значення анодного потенціалу матеріалів 77 ZrB₂ + 23 SiC (Е_а = 0,1 В) та 60 ZrB₂ + + 20 SiC + 20 (68 Al₂O₃–32 ZrO₂) (Е_а = 0 В).