12 Електрохімічні методи пасивації поверхні матеріалів
Цей процес використовується для створення плівок на поверхні деталей.
Найбільший інтерес представляє електрохімічне оксидування металів та напівпровідників. Оксидні плівки на алюмінії, магнії, титані, танталі, ніобії та їх сплавах можуть служити для антикорозійного захисту виробів, як діелектрики, для декоративної обробки, підвищення зносостійкості. На напівпровідникових матеріалах окисні плівки є ізоляційною маскою для процесів дифузії, діелектриком в конденсаторах і МДП-структурах.
Для отримання окисних плівок різних матеріалів існує низка методів - термічне окислення, напилення, електрохімічне окислення (анодування) та інші. Розглянемо анодування деяких матеріалів.
Анодне окислення - спосіб отримання тонких плівок оксидів перехідних металів
Електрохімічне (анодне) окислення - це процес отримання оксидних плівок на поверхні металів і напівпровідників при анодній поляризації в кисневмісних середовищах з іонною провідністю: в розчинах і розплавах електролітів, в плазмі газового розряду в кисні, а також у контакті з твердими електролітами. Порівняно з іншими способами одержання власних оксидів на поверхні металів (термічне, хімічне оксидування), електрохімічне (ЕХ) окиснення має низку переваг. Зокрема, анодне окислення є одним з найбільш зручних способів (а в деяких випадках, мабуть, і єдиним можливим способом) отримання тонких оксидних плівок у нерівноважних умовах з утворенням метастабільних структурних та хімічних фаз.
Механізм анодного окислення пов'язаний з перенесенням металу і кисню через оксидний шар, що росте, під дією електричного поля, що виникає в плівці при додатку.напруги та реакціями газоутворення на внутрішніх та зовнішніх межах оксиду. Теорія мікроскопічного механізму іонного переносу при анодному окисленні досить складна і становить модельних уявлень. Найбільш розробленими є моделі руху іонних дефектів та механізми типу "обміну місцями" та перемикання зв'язків. Опис процесу окислення ускладнюється наявністю меж метал-оксид та оксид-електроліт, складною гетерогенною будовою оксиду, а також можливістю перебігу побічних реакцій: розряду кисню та розчинення оксидної плівки. Тим не менш, кінетичні закономірності утворення анодних оксидних плівок та їх властивості для багатьох металів та напівпровідників досить добре вивчені та розглянуті у ряді оглядових робіт.
Методика і теорія процесу електрохімічного окислення найбільш детально розроблені для про вентильних металів: насамперед це Al, Ta, Nb, і навіть Ti, Zr, Hf, W, Bi, Sb. На цих металах можна отримати досить товсті (до 5000 Å), щільні, однорідні оксидні плівки, що мають хороші антикорозійні властивості та високий електроопір.
Слід зазначити, що з практичної погляду основою метою вивчення анодного окислення завжди було визначення умов отримання АОП, які мають високоякісними діелектричними властивостями, т.к. головною сферою застосування цих плівок (зокрема - Ta2O5, Nb2O5, Al2O3) є виробництво оксидно-напівпровідникових та оксидно-електролітичних конденсаторів. Для оксидів, що є хорошими електронними провідниками, завдання отримання їх методом анодного окислення ускладнюється тим, що достатня напруженість поля досягається лише в шарах завтовшки кілька нанометрів. Подальше зростання оксидної плівки припиняється, на анодіпочинається виділення кисню чи розчинення металу. Нагадаємо, що найважливішою особливістю взаємодії металів перехідних груп із киснем є змінна валентність, пов'язана із існуванням незаповненої d-оболонки. Внаслідок цього при анодному окисненні цих металів можливе утворення шарів оксидів різного складу. Як правило, АОП складається здебільшого з оксиду вищої валентності (наприклад - Ta2O5, Nb2O5, TiO2), а на кордоні з металом існують шари оксидів нижчої валентності. Склад і товщина таких шарів визначаються умовами окиснення, що дозволяє в деяких випадках модифікувати спосіб анодного окиснення для формування товстих шарів нижчих оксидів перехідних металів. Типова схема анодного окислення наведена нарис
Мал.Схема анодного окислення. 1. Блок живлення. 2. Амперметр 3. Вольтметр. 4. Двокоординатний самописець (комп'ютер). 5. Електрохімічний осередок. 6. Анод (окислюваний метал). 7. Катод (нікель, нержавіюча сталь). 8. Протиелектрод (Pt дріт у скляному капілярі).