Моделирование массопереноса при анодном растворении вертикального цилиндрического вольфрамового электрода в условиях естественной конвекции раствора электролита

Волгин В.М., Любимов В.В., Гнидина И.В., Давыдов А.Д., Кабанова Т.Б.

Тульский государственный университет, Тула

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва 

Анодное растворение вольфрама в щелочных растворах широко используется в процессах электрохимического полирования и электрохимической размерной обработки. Особенно много опубликованных работ посвящено изготовлению зондов для сканирующих зондовых микроскопов и электродов-инструментов для электрохимической микро- и нанообработки.

При анодном растворении вольфрама в щелочных растворах при небольших поляризациях на поляризационных кривых имеет тафелевский участок. При более высоких анодных потенциалах скорость растворения вольфрама контролируется массопереносом в приэлектродном слое и наблюдается предельный ток. Из экспериментов с вольфрамовым дисковым электродом был сделан вывод, что этот диффузионный предельный ток связан со скоростью доставки гидроксил ионов, которые участвуют в растворении. Диффузионные предельные токи, рассчитанные по выведенному для этого случая аналитическому уравнению [1], хорошо согласуются с экспериментальными данными. В расчетах коэффициент диффузии ионов OH был принят равным коэффициенту диффузии для бесконечно разбавленного раствора. Механизм миграции массообмена игнорировался.

Целью данной работы является анализ массопереноса при анодном растворении вольфрама в щелочных растворах в условиях естественной конвекции раствора электролита, являющегося практически важным процессом и характерным примером анодного растворения металла с образованием стабильного комплекса этого металла с анионом. Другими случаями таких систем являются анодное растворение молибдена, рения, цинка, алюминия в щелочных растворах с образованием молибдата, перрената, цинката и алюмината.

В работе выполнено численное решение задачи с учетом концентрационных зависимостей коэффициентов ионной диффузии и вязкости и плотности раствора, в частности, в присутствии индифферентного электролита. Учет таких зависимостей может существенно изменить результаты решения задач массопереноса. Показано, что миграция несколько снижает предельный ток растворения вольфрама в щелочных растворах. Добавление фонового электролита снижает эффект миграции, что, однако, не приводит к увеличению предельной плотности тока в связи с увеличением вязкости раствора и уменьшением коэффициентов диффузии. Результаты численного решения хорошо согласуются с экспериментальными данными; различия в результатах в пределах 5-8%.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 16-03-00786.

Литература

1. Давыдов А.Д., Крылов В.С., Энгельгард Г.Р. Электрохимия. 1980. Т. 16. С. 163-167.