Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца
Разработаны новые составы и режимы для химического травления и пассивации поверхности высокочистых гранул Zn, Cd и Pb с использованием неводных растворов электролитов. Это позволило получить гранулы металлов с тонкими сплошными устойчивыми оксидными пленками, которые можно хранить в обычных условиях...
Saved in:
| Date: | 2017 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2017
|
| Series: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130100 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца / Л.А. Пироженко, С.С. Пояркова, А.П. Щербань, Ю.В. Горбенко, А.В. Рыбка // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 4-5. — С. 45-54. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130100 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1301002025-02-09T11:34:35Z Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца Пасивація поверхні високочистих гранульованих металів: кадмію, цинку, свинцю Surface passivation of high purity granular metals: zinc, cadmium, lead Пироженко, Л.А. Пояркова, С.С. Щербань, А.П. Горбенко, Ю.В. Рыбка, А.В. Материалы электроники Разработаны новые составы и режимы для химического травления и пассивации поверхности высокочистых гранул Zn, Cd и Pb с использованием неводных растворов электролитов. Это позволило получить гранулы металлов с тонкими сплошными устойчивыми оксидными пленками, которые можно хранить в обычных условиях на протяжении длительного времени без изменения состояния поверхности. Показана возможность применения смеси глицерина с ДМФА в качестве охлаждающей жидкости в процессе получения гранул свинца. Розроблено нові режими хімічного травлення і пасивації поверхні високочистих гранульованих Zn, Cd і Pb з використанням неводних розчинів електролітів. Це дозволило отримати гранули металів з тонкими суцільними стійкими оксидними плівками, які можна зберігати в звичайних умовах протягом тривалого часу без зміни стану поверхні. Показано можливість застосування суміші гліцерину з ДМФА як охолоджуючої рідини в процесі отримання гранул свинцю. For the high purity metals (99.9999%), such as zinc, cadmium, and lead, which are widely used as initial components in growing semiconductor and scintillation crystals (CdTe, CdZnTe, ZnSe, (Cd, Zn, Pb) WO4, (Cd, Zn, Pb) MoO4 et al.), it is very important to ensure reliable protection of the surface from oxidation and adsorption of impurities from the atmosphere. The specific features of surface passivation of high purity cadmium, lead and zinc are not sufficiently studied and require specific methodologies for further studies. The use of organic solutions in the schemes of chemical passivation of the investigated metals avoids hydrolysis of the obtained protective films. The use of organic solvents with pure cation and anion composition as the washing liquid prevents chemisorption of ions present in the conventionally used distilled water. This keeps the original purity of the granular metals. Novel compositions of etchants and etching scheme providing simultaneous polishing and passivation of high purity granular Zn, Cd and Pb are developed. Chemical passivation allows storing metals in the normal atmospheric conditions for more than half a year for Zn and Cd and up to 30 days for Pb without changing the state of the surface. The use of the glycerol-DMF solution in the processes for obtaining Pb granules provides self-passivation of metal surfaces and eliminates the additional chemical processing while maintaining the quality of corrosion protection. 2017 Article Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца / Л.А. Пироженко, С.С. Пояркова, А.П. Щербань, Ю.В. Горбенко, А.В. Рыбка // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 4-5. — С. 45-54. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2017.4-5.45 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130100 544.625.7; 621.794.4 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Материалы электроники Материалы электроники |
| spellingShingle |
Материалы электроники Материалы электроники Пироженко, Л.А. Пояркова, С.С. Щербань, А.П. Горбенко, Ю.В. Рыбка, А.В. Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Разработаны новые составы и режимы для химического травления и пассивации поверхности высокочистых гранул Zn, Cd и Pb с использованием неводных растворов электролитов. Это позволило получить гранулы металлов с тонкими сплошными устойчивыми оксидными пленками, которые можно хранить в обычных условиях на протяжении длительного времени без изменения состояния поверхности. Показана возможность применения смеси глицерина с ДМФА в качестве охлаждающей жидкости в процессе получения гранул свинца. |
| format |
Article |
| author |
Пироженко, Л.А. Пояркова, С.С. Щербань, А.П. Горбенко, Ю.В. Рыбка, А.В. |
| author_facet |
Пироженко, Л.А. Пояркова, С.С. Щербань, А.П. Горбенко, Ю.В. Рыбка, А.В. |
| author_sort |
Пироженко, Л.А. |
| title |
Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца |
| title_short |
Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца |
| title_full |
Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца |
| title_fullStr |
Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца |
| title_full_unstemmed |
Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца |
| title_sort |
пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Материалы электроники |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130100 |
| citation_txt |
Пассивация поверхности высокочистых гранулированных металлов: цинка, кадмия, свинца / Л.А. Пироженко, С.С. Пояркова, А.П. Щербань, Ю.В. Горбенко, А.В. Рыбка // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 4-5. — С. 45-54. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT piroženkola passivaciâpoverhnostivysokočistyhgranulirovannyhmetallovcinkakadmiâsvinca AT poârkovass passivaciâpoverhnostivysokočistyhgranulirovannyhmetallovcinkakadmiâsvinca AT ŝerbanʹap passivaciâpoverhnostivysokočistyhgranulirovannyhmetallovcinkakadmiâsvinca AT gorbenkoûv passivaciâpoverhnostivysokočistyhgranulirovannyhmetallovcinkakadmiâsvinca AT rybkaav passivaciâpoverhnostivysokočistyhgranulirovannyhmetallovcinkakadmiâsvinca AT piroženkola pasivacíâpoverhnívisokočistihgranulʹovanihmetalívkadmíûcinkusvincû AT poârkovass pasivacíâpoverhnívisokočistihgranulʹovanihmetalívkadmíûcinkusvincû AT ŝerbanʹap pasivacíâpoverhnívisokočistihgranulʹovanihmetalívkadmíûcinkusvincû AT gorbenkoûv pasivacíâpoverhnívisokočistihgranulʹovanihmetalívkadmíûcinkusvincû AT rybkaav pasivacíâpoverhnívisokočistihgranulʹovanihmetalívkadmíûcinkusvincû AT piroženkola surfacepassivationofhighpuritygranularmetalszinccadmiumlead AT poârkovass surfacepassivationofhighpuritygranularmetalszinccadmiumlead AT ŝerbanʹap surfacepassivationofhighpuritygranularmetalszinccadmiumlead AT gorbenkoûv surfacepassivationofhighpuritygranularmetalszinccadmiumlead AT rybkaav surfacepassivationofhighpuritygranularmetalszinccadmiumlead |
| first_indexed |
2025-11-25T21:51:14Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:51:14Z |
| _version_ |
1849800766374543360 |
| fulltext |
Òåõíîëîãиÿ и êîíñòðóиðîваíиå в эëåêòðîííîé аïïаðаòóðå, 2017, ¹ 4–5
45
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ 544.625.7; 621.794.4
Л. А. ПИРОЖЕНКО, С. С. ПОЯРКОВА, к. ф.-м. н. А. П. ЩЕРБАНЬ,
Ю. В. ГОРБЕНКО, к. ф.-м. н. А. В. РЫБКА
Óêðаиíа, Нациîíаëьíыé íаóчíыé цåíòð «Хаðьêîвñêиé физиêî-òåõíичåñêиé иíñòиòóò»
E-mail: shcherban@kipt.kharkov.ua
ПАССИВАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ВЫСОКОЧИСТЫХ
ГРАНÓЛИРОВАННЫХ МЕÒАЛЛОВ: ЦИНÊА,
КАДМИЯ, СВИНЦА
Металлы технической чистоты, которые по-
лучают для дальнейшего использования в раз-
личной форме (в виде чушек, стержней, фоль-
ãи, ëиñòîв, дðîби, ãðаíóë, ïîðîшêа и ò. д.), ïî-
êðыòы ñамîïаññивиðóющåé îêñидíîé ïëåíêîé.
Эта пленка в той или иной мере защищает ме-
талл от дальнейшего окисления и разрушения
при длительном хранении в условиях свободно-
го доступа воздуха, однако имеет свойство хе-
мосорбировать влагу, углекислый газ и актив-
íыå êîмïîíåíòы ñðåды õðаíåíиÿ. Äëÿ выñîêî-
чистых металлов, таких как цинк, кадмий, сви-
нец, используемых в качестве исходных компо-
нентов при выращивании полупроводниковых и
ñциíòиëëÿциîííыõ êðиñòаëëîв (CdTe, CdZnTe,
ZnSe, (Cd, Zn, Pb)WO4, (Cd, Zn, Pb)MoO4 и
дð.), îчåíь важíым ÿвëÿåòñÿ íадåжíîñòь за-
щиты их поверхности от окисления и сорбции
ïðимåñåé из аòмîñфåðы. Пîñêîëьêó ïðи ñиíòå-
зе материалов применение гранулированных ис-
ходных металлов позволяет достичь более рав-
номерного распределения компонентов шихты,
при выращивании монокристаллов с заданными
свойствами требуется предварительное измель-
чение крупноразмерных слитков высокочистых
êîмïîíåíòîв и îчиñòêа õимичåñêим òðавëåíиåм.
Комплексные процессы рафинирования и гра-
íóëиðîваíиÿ выñîêîчиñòыõ Cd, Zn и Pb быëи
разработаны в ННЦ ХФТИ [1], достигнутая чи-
ñòîòа êадмиÿ и циíêа ñîñòавëÿëа бîëåå 99,9999,
а ñвиíца — 99,9996 маñ. %.
Пðîцåññ ïîëóчåíиÿ ãðаíóë Zn, Cd и Pb ïðåд-
полагает быстрое изменение агрегатного состо-
ÿíиÿ маòåðиаëа из жидêîãî в òвåðдîå. Пðи за-
Разработаны новые составы и режимы для химического травления и пассивации поверхности вы-
сокочистых гранул Zn, Cd и Pb с использованием неводных растворов электролитов. Это позволи-
ло получить гранулы металлов с тонкими сплошными устойчивыми оксидными пленками, которые
можно хранить в обычных условиях на протяжении длительного времени без изменения состояния
поверхности. Показана возможность применения смеси глицерина с ДМФА в качестве охлаждаю-
щей жидкости в процессе получения гранул свинца.
Ключевые слова: химическая пассивация, оксидные пленки, высокочистые металлы, гранулы, кадмий,
цинк, свинец.
твердевании объем металлов уменьшается на
2—6%, вñëåдñòвиå чåãî в иõ ñòðóêòóðå, êаê ïðа-
виëî, ïîÿвëÿюòñÿ маêðî- и миêðîдåфåêòы, óвå-
личивающие вероятность разрушения металли-
чåñêîé ïîвåðõíîñòи вî вðåмÿ õðаíåíиÿ. Вî из-
бежание этого рекомендуется дополнительная
химическая обработка гранул, сочетающая по-
лирующее травление с процессом пассивации
[2, ñ. 29] и ïîзвîëÿющаÿ õðаíиòь ãðаíóëы бåз
ñïåциаëьíыõ мåð защиòы в îбычíыõ óñëîвиÿõ.
Химический метод пассивации заключается в
использовании растворов, состав которых анало-
гичен полирующим и которые обеспечивают ско-
рость образования защитной пленки в несколько
ðаз вышå ñêîðîñòи åå ðаñòвîðåíиÿ. Зачаñòóю в
качестве защитных выступают оксидные пленки
[3, ñ. 50]. Äëÿ ðаññмаòðиваåмыõ мåòаëëîв аêòив-
ными окислительными компонентами травящих
растворов могут быть азотная кислота, бихро-
мат калия, перекись водорода, бром, хлор, йод
и дð. Äëÿ îдíîðîдíîñòи òðавëåíиÿ íа ëюбîм
участке обрабатываемой поверхности исполь-
зóюòñÿ êаê «мÿãêиå» ðаñòвîðиòåëи, ãаðаíòиðó-
ющие невысокую скорость реакции и обеспечи-
вающие фиксируемый съем металла, так и бо-
ëåå аãðåññивíыå «быñòðыå». Äëÿ ïîëóчåíиÿ ïî-
лированной, гладкой поверхности время обра-
бîòêи в êîíцåíòðиðîваííыõ вîдíыõ «быñòðыõ»
травителях обычно ограничивается несколькими
ñåêóíдами. Äëÿ óëóчшåíиÿ êîíòðîëÿ ïðîцåññа
травления в раствор добавляется снижающий ак-
тивность реагентов органический растворитель
с низкой диэлектрической проницаемостью, для
усиления полирующего эффекта — компонент с
DOI: 10.15222/TKEA2017.4-5.45
Òåõíîëîãиÿ и êîíñòðóиðîваíиå в эëåêòðîííîé аïïаðаòóðå, 2017, ¹ 4–5
46
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
ISSN 2225-5818
ïîвышåííîé вÿзêîñòью. Пðи эòîм важíî, чòîбы
продукты реакции хорошо растворялись в этих
îðãаíичåñêиõ дîбавêаõ. Иñïîëьзîваíиå îðãаíи-
ческих растворителей для отмывки гранул по-
сле травления предотвращает процесс гидроли-
за ïðîдóêòîв îêиñëåíиÿ. Пðимåíåíиå бåзвîдíыõ
травящих растворов зачастую меняет направле-
ние реакции, происходящей на поверхности ме-
талла, и способствует образованию тонкого за-
щитного барьера, не содержащего окклюдиро-
ваííóю (ñêðыòóю) вîдó. Выдåðжêа ïаññивиðî-
ванных гранул в свежих порциях органическо-
го компонента без доступа воздуха способствует
ñîзðåваíию ïðîчíыõ защиòíыõ ñëîåв.
Поверхностная пленка должна быть макси-
мально тонкой, сплошной, прочной, пластичной,
обладать хорошей адгезией к металлу, коэффици-
енты термического расширения пленки и основ-
íîãî мåòаëëа дîëжíы быòь бëизêи мåждó ñîбîé.
Условие сплошности выполняется тогда, ког-
да молекулярный объем химического поверх-
ностного соединения больше объема металла,
изðаñõîдîваííîãî íа îбðазîваíиå îêñида. Эòî
соотношение известно как фактор Пиллинга—
Бедвордса, которое выражается следующим об-
ðазîм [3, ñ. 42]:
Vо/Vм = Мо rм/(nАмrо) > 1, (1)
îбъåм мîëÿ îêñида;
îбъåм мåòаëëа;
мîëÿðíаÿ маññа и ïëîòíîñòь îêñида;
число молей металла, вступающих в реак-
цию ïðи îбðазîваíии îдíîãî мîëÿ îêñида;
аòîмíаÿ маññа и ïëîòíîñòь мåòаëëа.
где Vо —
Vм —
Мо, rо—
n —
Ам, rм —
Сплошные и устойчивые пленки образуются
при Vо/Vм= 1,2—1,6. Пðи Vо/Vм < 1 пленки по-
лучаются не сплошными, при Vо >> Vм (более
чåм в 2,5 ðаза) зíачиòåëьíîå óвåëичåíиå îбъåма
оксида может привести к растрескиванию и от-
ñëаиваíию ñîздаííîé ïëåíêи. Раñчåòíыå зíачå-
ния соотношения объемов оксида и израсходо-
ваííîãî íа åãî îбðазîваíиå мåòаëëа дëÿ Pb, Zn
и Cd, при которых можно получить качествен-
ные пленки, представлены в табл. 1.
Таблица 1
Значения Vо/Vм, при которых обеспечивается
получение сплошных и устойчивых пленок
Металл Оксид Vо/Vм
Pb
PbO 1,28
PbO2 1,39
Pb2O 1,41
Cd
CdO 1,21
Cd2O 1,13
Zn ZnO 1,55
Для высокочистых кадмия, цинка и свинца
особенности пассивации поверхности изучены
недостаточно и требуют специфического подхо-
да и даëьíåéшиõ иññëåдîваíиé. Цåëью даííîé
работы является разработка оптимальных схем
пассивации гранул этих металлов для повыше-
íиÿ иõ óñòîéчивîñòи ê аòмîñфåðíîé êîððîзии.
Объекты и методика эксперимента
В качестве объектов исследования использо-
ваëи ãðаíóëы Cd и Zn чиñòîòîé 99,9999 маñ. %,
а Pb — 99,9996 маñ. %, ïîëóчåííыå êîмïëåêñ-
ным дистилляционным методом глубокого рафи-
нирования в вакууме [4—7] на специально раз-
ðабîòаííîм óñòðîéñòвå. Гðаíóëы êаïëåвидíîé
фîðмы диамåòðîм 3—5 мм и дëиíîé 4—6 мм ïî-
лучали путем прокапывания жидкого металла в
контейнер с охлаждающей жидкостью (дистил-
ëиðîваííîé вîдîé) òåмïåðаòóðîé 25—40°С [1].
Для приготовления травящих растворов ис-
пользовали дистиллированную и бидистилли-
рованную воду, кислоты и растворители квали-
фиêации «ч.д.а.» и «õ.ч.». Сîдåðжаíиå óêазаí-
ных компонентов выражалось в нормальности
(N) ëибî в îбъåмíыõ ïðîцåíòаõ.
Измерение размеров гранул для определения
толщины стравленной поверхности производи-
ëîñь ñ ïîмîщью миêðîмåòðа МÊЦ (5)-25-0,001.
Металлографический контроль состояния по-
верхности проводили с помощью микроскопов
МБС-9 и MTU253. Êачåñòвî ïîëóчåííыõ ïаñ-
сивирующих пленок контролировалось каждые
пять дней на протяжении двух месяцев и затем
îдиí ðаз в мåñÿц.
Оòмåòим, чòî дëÿ ñиíòåза ïîëóïðîвîд-
никовых монокристаллов наиболее прием-
лемыми являются тонкие невидимые плен-
ки толщиной от мономолекулярного слоя до
40 íм. Пðи ïðîвåðêå óñòîéчивîñòи ê аòмîñфåð-
ной коррозии оксидных пленок, созданных на
ãðаíóëаõ Cd, Zn и Pb, óчиòываëîñь, чòî цвåò
побежалости свидетельствует о том, что их тол-
щиíа дîñòиãаåò 40—500 íм, а видимîé ïëåíêа
ñòаíîвиòñÿ ïðи òîëщиíå ñвышå 500 íм [8—11].
Полученные результаты и их обсуждение
Zn
Цинк относится к группе металлов повышен-
ной термодинамической нестабильности, но при
этом обладает прекрасной коррозионной стой-
костью в воздушной атмосфере и в большин-
ñòвå åñòåñòвåííыõ вîдíыõ ñðåд. В ñóõîм вîз-
духе на поверхности цинка адсорбированный
слой кислорода быстро превращается в оксид
циíêа. Вëаãа, óãëåêиñëыé ãаз, õимичåñêиå ïðи-
меси в составе воздуха способствуют возникно-
вению малорастворимых карбонатов, гидрооки-
Òåõíîëîãиÿ и êîíñòðóиðîваíиå в эëåêòðîííîé аïïаðаòóðå, 2017, ¹ 4–5
47
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
ISSN 2225-5818
сей, сульфидов, упрочняющих образовавшуюся
пленку на поверхности металла даже на участ-
êаõ ñî ñòðóêòóðíыми дåфåêòами.
В процессе получения гранул расплавлен-
ные капли цинка контактируют с дистиллиро-
ванной водой, содержащей растворенный кис-
ëîðîд. Паññивиðóющиé ñëîé в эòîм ñëóчаå ñî-
держит кроме оксидов еще и малорастворимую
ãидðîîêиñь циíêа. Рåшающóю ðîëь в ñîздаíии
слоя играет чистота используемой воды, уро-
вåíь åå ðН и òåмïåðаòóðа. Пîñêîëьêó ïðиñóò-
ñòвиå ñëåдîв Cu, Sb, Mg, Ca мîжåò ïðивåñòи ê
адсорбции этих веществ оксидом цинка, в каче-
стве охлаждающей жидкости использовали све-
жåïðиãîòîвëåííóю бидиñòиëëиðîваííóю вîдó.
Êîððîзиîííаÿ óñòîéчивîñòь Zn ñиëьíî за-
виñиò îò òåмïåðаòóðы. В òåмïåðаòóðíîм иíòåð-
ваëå 65—70°С диñòиëëиðîваííаÿ вîда ñïîñîб-
ñòвóåò измåíåíию ïðиðîды защиòíîé ïëåíêи.
При более низкой температуре образовавшийся
в начальной стадии оксид цинка сохраняет при-
знаки студенистости с хорошей адгезией к по-
вåðõíîñòи ãðаíóë. Пðи òåмïåðаòóðå вîды îêîëî
70°С ñòðóêòóðа ïëåíêи ïðиîбðåòаåò зåðíиñòыé
кристаллический характер и адгезия ухудшает-
ñÿ [2, ñ. 217; 8, ñ. 166]. Пðи бîëåå выñîêîé òåм-
пературе в воде резко уменьшается содержание
êиñëîðîда, и ïðи 95°С и вышå îбðазóåòñÿ ïëîò-
íаÿ ïëåíêа ñ выñîêими защиòíыми ñвîéñòвами.
При необходимости длительного хранения
получаемых гранул цинка в нормальных усло-
виях возможна дополнительная их обработка,
обеспечивающая пассивацию с ничтожно малой
òîëщиíîé îêñидíîãî ñëîÿ.
Рекомендуемые реагенты, кроме традицион-
ных кислот для придания блеска, устойчивости
к коррозии и пластичности полученных защит-
íыõ ñëîåв, ñîдåðжаò ïîвåðõíîñòíî-аêòивíыå вå-
щества, ингибиторы травления и водораствори-
мые полимеры для увеличения вязкости раство-
ðîв [4, ñ. 384; 5, ñ. 432—437; 6, ñ. 88]. Сòîéêîñòь
цинка в атмосферных условиях значительно уве-
личивается в результате пассивирования в хро-
маòíыõ иëи иíыõ ðаñòвîðаõ. В ñвÿзи ñ эêîëîãи-
ческой опасностью хроматов разработаны пас-
сивирующие конверсионные покрытия на осно-
вå ñîåдиíåíиé ñ Al, Ni, Mo [12]. Одíаêî в ñëó-
чае металлов особой чистоты подобные составы
неприменимы, поскольку оксиды, образованные
на поверхности, содержат хемосорбированные
ñëåды êîмïîíåíòîв òðавиòåëÿ.
При пассивации поверхности высокочистых
металлов важным является как удаление суще-
ствующей загрязненной оксидной пленки, об-
разующейся при гранулировании, так и созда-
ние новой стабильной пассивирующей оксидной
пленки, обеспечивающей отсутствие загрязнения
êîмïîíåíòами òðавиòåëÿ.
Äëÿ Zn выñîêîé чиñòîòы ðåêîмåíдóåòñÿ îб-
работка в дымящейся азотной кислоте в тече-
íиå 5—10 ñ [13, ñ. 224]. В êачåñòвå иíãибиòî-
ра травления нами предложено использовать от-
мывочный раствор тиомочевины, что позволя-
ет быстро прекратить химическую реакцию на
поверхности и получить стабильную пассивную
ïëåíêó. Êîíåчíым эòаïîм ÿвëÿåòñÿ îòмыв îбðаз-
цîв в изîïðîïаíîëå дëÿ óдаëåíиÿ ñëåдîв вîды.
Обðабîòêа ãðаíóë Zn в бîëåå «мåдëåí-
íîм» ðаñòвîðå 10N HNO3 в диметилформамиде
(ДМФА) ãаðаíòиðóåò ïîÿвëåíиå зåðêаëьíî-
ïîëиðîваííîé ïаññивиðîваííîé ïîвåðõíîñòи.
При длительности травления от 20 до 40 с сгла-
живается мелкий рельеф поверхности и обе-
спечивается образование тонкого прозрачно-
го защитного слоя, устойчивого к потускнению
(вîздóшíîé êîððîзии) в òåчåíиå бîëåå 60 дíåé
(рис. 1). Бîëåå выñîêîå ñîдåðжаíиå ÄМФА в
растворе приводит к появлению зернистой струк-
туры при сохранении зеркального блеска гра-
нул (рис. 2).
Риñ. 1. Гðаíóëы циíêа бåз ïаññивиðóющåé ïëåíêи (1)
и с пленкой, химически нанесенной после гранули-
ðîваíиÿ (2)
Риñ. 2. Зåðíиñòаÿ ñòðóêòóðа ïîвåðõíîñòи
гранул цинка
Ранее хороший результат был получен нами
для полученного в инертной атмосфере ар-
ãîíа мîíîêðиñòаëëичåñêîãî Zn îñîбîé чиñòî-
ты при пассивации образцов в более «медлен-
íîм» бðîмвыдåëÿющåм òðавиòåëå íа îñíîвå
HNO3:HBr:ЭГ (эòиëåíãëиêîëь) (10:50:40) ñ îò-
Òåõíîëîãиÿ и êîíñòðóиðîваíиå в эëåêòðîííîé аïïаðаòóðå, 2017, ¹ 4–5
48
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
ISSN 2225-5818
Pb
Хорошая коррозионная стойкость свинца
при хранении в обычных условиях объясняет-
ся формированием на его поверхности сравни-
тельно толстых, прочно связанных с металлом
пленок, представляющих собой продукты кор-
ðîзии. Самîïðîизвîëьíî вîзíиêающиé защиò-
ный слой мало зависит от примесей в свинце и
îò ñòåïåíи åãî чиñòîòы. Иñêëючåíиå ñîñòавëÿюò
Zn и Bi, êîòîðыå óñêîðÿюò аòмîñфåðíóю êîððî-
зию ïðи õðаíåíии.
Обычно химическая пассивация свинца до-
стигается созданием на его поверхности защит-
ных пленок на основе малорастворимых со-
åдиíåíиé (PbSO4, Pb3(PO4)2, PbS, PbCrO4,
2Pb(OH)2•PbCO3 и ò. ï.), ïîзвîëÿющиõ ðаñ-
ширять возможности эксплуатации свинцовых
издåëиé в ðазëичíыõ óñëîвиÿõ.
Авòîðы [8, 14] иññëåдîваëи êачåñòвî ñîëåвîé
и îêñидíî-ãидðîêñидíîé ïаññивации Pb в завиñи-
мîñòи îò ðH ïðимåíÿåмыõ ðаñòвîðîв, êîíцåíòðа-
ции анионов, создающих нерастворимую плен-
ку, условий дегидратации и старения получен-
íыõ ñëîåв. Быëî îòмåчåíî ïîñòåïåííîå фазîвîå
превращение таких пленок в оксиды перемен-
íîãî ñîñòава. Одíаêî дëÿ выñîêîчиñòîãî ñвиí-
ца òаêîé ñïîñîб ïаññивации ïðимåíÿòь íåëьзÿ.
Использование воды в качестве охлаждающей
жидкости согласно предложенной в [1] схеме по-
лучения гранул свинца выдвигает определенные
òðåбîваíиÿ ê åå ñîñòавó, ïîñêîëьêó Pb êîððî-
дирует в дистиллированной воде в присутствии
êиñëîðîда и óãëåêиñëîãî ãаза. Пîвåðõíîñòь ãðа-
нул, не прошедших дополнительную обработку,
ïðаêòичåñêи ñðазó, в òåчåíиå двóõ-òðåõ чаñîв, ïî-
крывается черным бархатным налетом субокиси
Pb2O. Рåíòãåíîãðафичåñêиå иññëåдîваíиÿ ïîêа-
заëи, чòî эòî ñëîé òвåðдîãî ðаñòвîðа Pb в PbO.
В [15] иññëåдîваíы ïðîцåññы, ïðîòåêающиå
в íаíîðазмåðíîé ïëåíêå PbO, ïðи ðазëичíыõ
зíачåíиÿõ åå òîëщиíы (10—140 íм), иíòåíñив-
íîñòи и вðåмåíи вîздåéñòвиÿ ñвåòа. Пîêазаíî,
что оксид свинца, сформированный на поверх-
ности металла при облучении световыми волна-
ми различной длины, восстанавливается в те-
чåíиå 1—160 миí ñ îбðазîваíиåм íåñòåõиîмå-
òðичåñêиõ îêñидîв Pb—PbO. Óвåëичåíиå òîë-
щиíы ïëåíîê ñвышå 60 íм ïðивîдиò ê замåд-
ëåíию фîòîñòимóëиðîваííîãî вîññòаíîвëåíиÿ.
Цвет окисленной поверхности постепенно при-
îбðåòаåò жåëòîваòî-îðаíжåвыå îòòåíêи, õаðаê-
терные для оксидов свинца более высокой ва-
ëåíòíîñòи: PbO → Pb3O4 → PbO2.
С учетом сказанного выше была поставлена
задача создания на поверхности гранул высоко-
чистого свинца прочных беспористых изолирую-
мывêîé в ÄМФА. Сòабиëьíîñòь ïîëóчåííîé ïî-
верхности, независимо от механических дефек-
тов, сохранялась на протяжении четырех лет
õðаíåíиÿ в îбычíыõ óñëîвиÿõ. Òаêóю жå ñõå-
му обработки применяли и для гранулирован-
íîãî Zn. Вðåмÿ îбðабîòêи мîжåò ваðьиðîваòьñÿ
îò 20 дî 60 ñ в завиñимîñòи îò ñòåïåíи ðåëьåф-
íîñòи ãðаíóë.
Cd
В процессе получении гранул кадмия нужно
учитывать то, что его способность к самопассива-
ции íåвåëиêа. Защиòíыå ñвîéñòва ïëåíêи, ïðî-
извольно образующейся на поверхности гранул,
ñîõðаíÿюòñÿ вñåãî два-òðи дíÿ, а даëåå идåò åå
наращивание продуктами атмосферной корро-
зии в видå ãидðîêаðбîíаòîв.
В процессе исследования различных пассиви-
рующих составов для Cd были отобраны раство-
ðы íа îñíîвå HNO3 и H2O2. Äîбавêа îðãаíичå-
ских растворителей обеспечивает более стабиль-
íîå ïðîòåêаíиå ïðîцåññа ïаññивации. Äåéñòвиå
травителя не прекращается немедленно после
изъÿòиÿ îбðазца из ðаñòвîðа. Пðавиëьíыé вы-
бор растворов для отмывки обеспечивает устой-
чивîñòь îбðазîвавшåéñÿ ïаññивиðóющåé ïëåíêи.
Исследован процесс травления гранул Cd в
ðаñòвîðå 7N HNO3 в ацåòîíå. Иñïîëьзîваíиå ацå-
тона в качестве промывной жидкости обеспечива-
ет сохранение полученной блестящей полирован-
ной поверхности не более семи дней, а отмывка
после травления в ДМФА гарантирует устойчи-
вость блеска и сплошность полученной пленки в
òåчåíиå 70 дíåé и бîëåå. Аíаëîãичíыé ðåзóëьòаò
достигается при использовании более «медленно-
ãî» бðîмвыдåëÿющåãî òðавиòåëÿ H2O2:HBr:ЭГ
(6:54:40). Вðåмÿ òðавëåíиÿ мîжåò быòь óвåëи-
чåíî дî 60—90 ñ в завиñимîñòи îò ñòåïåíи дå-
фåêòíîñòи ïîвåðõíîñòи ãðаíóë.
На рис. 3 показано состояние поверхности
îбðазца-«ñвидåòåëÿ» (1) и ïаññивиðîваííыõ ãðа-
нул Cd в различных растворах (2, 3) ïîñëå õðа-
íåíиÿ в òåчåíиå 60 дíåé íа вîздóõå.
Риñ. 3. Гðаíóëы êадмиÿ бåз ïаññивации (1) и ïаññиви-
ðîваííыå в ðаñòвîðå 7N HNO3 в ацетоне (2) и в бðîм-
выделяющем травителе (3) ïîñëå 60 дíåé õðаíåíиÿ
Òåõíîëîãиÿ и êîíñòðóиðîваíиå в эëåêòðîííîé аïïаðаòóðå, 2017, ¹ 4–5
49
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
ISSN 2225-5818
щих пленок с повышенной стойкостью к атмос-
фåðíîé êîððîзии.
Наилучшими оксидными пассиваторами в
кислой среде являются сильные окислители в
ñîчåòаíии ñ мÿãêими ðаñòвîðиòåëÿми îêñидîв.
В êачåñòвå ïîëиðóющå-ïаññивиðóющåãî ðаñòвî-
ðа быë îïðîбîваí извåñòíыé «быñòðыé» òðави-
òåëь Óîðíåðа H2O2:HСООН ñ îòмывêîé в вîдå
[13, ñ. 203; 16, ñ. 92]. Пîñëå òðавëåíиÿ ïîвåðõ-
ность металла оставалась блестящей около одно-
ãî чаñа. Пðîдîëжиòåëьíîñòь òðавëåíиÿ ñîñòавëÿ-
ëа íåñêîëьêî ñåêóíд ïðи òðåõ-чåòыðåõêðаòíîм
îêóíаíии. Вмåñòî îбычíî ðåêîмåíдóåмîé дîïîë-
нительной обработки в растворах мыла, жир-
ных органических кислотах нами была приме-
нена отмывка с использованием концентриро-
ванной азотной кислоты для первого ополаски-
вания, при которой происходит пассивация очи-
щåííîé ïîëиðîваííîé ïîвåðõíîñòи Pb. Äëÿ ñî-
хранения пассивирующей пленки дальнейшая
отмывка водой исключается, а наилучший ре-
зультат достигается многократным ополаскива-
íиåм ãðаíóë в мåòаíîëå.
Применение такой схемы пассивирования по-
верхности слитков высокочистого археологиче-
ñêîãî ñвиíца [6] îбåñïåчиëî ñîõðаíåíиå ïîëи-
рованной поверхности, не тускнеющей в тече-
íиå чåòыðåõ ëåò.
Оñîбåííîñòью Pb ÿвëÿåòñÿ вîзмîжíîñòь
åãî взаимîдåéñòвиÿ ñ ãëицåðиíîм. В ðåзóëьòа-
те взаимодействия оксида свинца с безводным
ãëицåðиíîм вîзíиêаåò ñëîé ãëицåðаòа ñвиíца.
Схватывание такого гелеобразного соединения
происходит в течение 30—40 мин, а через не-
ñêîëьêî чаñîв îбðазóåòñÿ òвåðдыé ãазî- и вî-
донепроницаемый слой с высокой механиче-
ñêîé ïðîчíîñòью. Гëицåðиí ÿвëÿåòñÿ õîðîшим
ðаñòвîðиòåëåм мíîãиõ ñîåдиíåíиé ñвиíца. Еãî
присутствие в составе травителей создает сре-
ду повышенной вязкости, усиливает полирую-
щий, сглаживающий эффект, при этом проис-
ходит замедление скорости процесса травления,
что облегчает проведение контроля поверхно-
ñòи [16, ñ. 284].
Сëîжíыé òðавиòåëь íа îñíîвå HNO3, H2O2,
HСООН ñ дîбавêîé ãëицåðиíа (10:60:20:10)
позволяет получить полированную поверхность
ãðаíóë Pb, íå òóñêíåющóю в òåчåíиå ïðимåð-
íî 30 дíåé. Пðи иñïîëьзîваíии дëÿ óдаëåíиÿ
следов реактива с поверхности гранул инертно-
го апротонного растворителя ДМФА происхо-
дит слабое селективное травление, выявляющее
ïåðвичíóю ëиòóю ñòðóêòóðó ãðаíóë. Еñëи жå в
качестве первой промывочной жидкости исполь-
зуется смесь глицерина и ДМФА, зернистость
ñòðóêòóðы íå ïðîÿвëÿåòñÿ. Сëåдóåò îòмåòиòь,
что в отличие от ранее рекомендованных схем
травления с понижением температуры процесс
пассивации проводился при комнатной темпера-
туре, а продолжительность выдержки гранул в
ðаñòвîðå быëа бîëьшå в 2,5—3 ðаза. Чиñëî îбðа-
боток с промежуточной отмывкой в ДМФА мо-
жåò ñîñòавëÿòь 3—5 ðаз в завиñимîñòи îò ñëîж-
íîñòи óдаëÿåмîãî ðåëьåфа ïîвåðõíîñòи ãðаíóë.
На рис. 4 приведена фотография поверх-
íîñòåé îбðазца-ñвидåòåëÿ и ïîëиðîваííыõ-
пассивированных в разработанном травителе
ãðаíóë ïî иñòåчåíии 30 дíåé õðаíåíиÿ.
Риñ. 4. Гðаíóëы ñвиíца бåз ïаññивации (1)
и пассивированные (2, 3) ïîñëå 30 дíåé õðаíåíиÿ
Особенностью разработанного состава трави-
теля является его чувствительность к чистоте об-
ðабаòываåмîãî ñвиíца. Пðи îдиíаêîвыõ ðåжи-
мах обработки (состав травящей смеси, темпера-
òóðа, вðåмÿ òðавëåíиÿ, êðаòíîñòь îòмывêи) ñви-
íåц òåõíичåñêîé чиñòîòы (99,96%) и ñвиíåц ïî-
вышåííîé чиñòîòы (99,9996%) ðазëичаюòñÿ îò-
тенками и яркостью полученных пассивирующих
ïëåíîê. Миêðîãаëьваíичåñêиå ïîðы мåíåå чиñòî-
го свинца с примесными элементами вызывают
в поверхностном слое некоторую опалесценцию
прозрачного оксида уже на десятый день, при
хранении около 20 дней он приобретает желто-
ваòыé îòòåíîê. Выñîêîчиñòыé ñвиíåц îñòаåòñÿ
ñåðåбðиñòî-ñåðым в òåчåíиå ïðимåðíî 30 дíåé,
а более продолжительная выдержка на воздухе
приводит к уменьшению степени прозрачности
îêñидíîãî ñëîÿ.
Проведенные исследования также показа-
ли возможность получения неокисляющихся
ïðи õðаíåíии бîëåå 50 дíåé ãðаíóë ñвиíца ïðи
использовании раствора глицерина с ДМФА
(r = 1,17) в êачåñòвå îõëаждающåé жидêîñòи.
Специфическое взаимодействие свинца с глице-
рином способствует самопассивации гранул в мо-
мент их получения и позволяет отказаться от до-
полнительной химической обработки с сохране-
íиåм êачåñòва аíòиêîððîзиîííîé защиòы. Быëи
подобраны оптимальные соотношения глицери-
Òåõíîëîãиÿ и êîíñòðóиðîваíиå в эëåêòðîííîé аïïаðаòóðå, 2017, ¹ 4–5
50
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
ISSN 2225-5818
на и ДМФА в растворе, температурные и отмы-
вочные режимы одновременной обработки боль-
шиõ êîëичåñòв ãðаíóë ñвиíца.
Выводы
В результате проведенных исследований было
предложено использовать органические раство-
ров для химической пассивации высокочистых
ãðаíóëиðîваííыõ Zn, Cd и Pb, чòî ïîзвîëÿ-
ет исключить гидролиз получаемых защитных
ïëåíîê. Пðимåíåíиå чиñòыõ ïî êаòиîííîмó и
анионному составу органических растворителей
в качестве промывной жидкости предотвраща-
ет хемосорбцию ионов, присутствующих в при-
меняемой традиционно дистиллированной воде,
что сохраняет исходную чистоту гранулирован-
íыõ мåòаëëîв.
Разработанные составы травителей и режимы
травления обеспечивают одновременное поли-
рование и пассивацию поверхности высокочи-
ñòыõ ãðаíóë Zn, Cd и Pb. Выðавíиваíиå íåîд-
нородностей рельефа поверхности гранул в со-
четании с глубокой очисткой и отмывкой в ор-
ганических растворителях способствует форми-
рованию тонких и пластичных защитных слоев
îêñидîв, óñòîéчивыõ ê аòмîñфåðíîé êîððîзии.
Химическая пассивация позволяет в обычных
условиях и без специальных мер защиты хра-
íиòь бîëåå ïîëóãîда ãðаíóëы Zn и Cd и îêîëî
îдíîãî мåñÿца ãðаíóëы Pb бåз измåíåíиÿ ñîñòî-
ÿíиÿ иõ ïîвåðõíîñòи. Пðимåíåíиå ñмåñи ãëицå-
рина с диметилформамидом в качестве охлаж-
дающей жидкости в процессах получения гра-
íóë Pb îбåñïåчиваåò ñамîïаññивацию ïîвåðõ-
ности металла, что позволяет исключить допол-
нительную пассивацию с сохранением качества
êîððîзиîííîé защиòы.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ
1. Щåðбаíь А.П., Êîвòóí Г.П., Гîðбåíêî Ю.В. и дð.
Пîëóчåíиå выñîêîчиñòыõ ãðаíóëиðîваííыõ мåòаëëîв: êад-
миÿ, циíêа, ñвиíца // Òåõíîëîãиÿ и êîíñòðóиðîваíиå в
эëåêòðîííîé аïïаðаòóðå.— 2017.— ¹1—2.— С. 55—60.
http://dx.doi.org/10.15222/ÒÊЭА2017.1-2.55
2. Сåмåíîва И.В., Фëîðиаíîвич Г.М., Хîðîшиëîв А.В.
Êîððîзиÿ и защиòа îò êîððîзии.—Мîñêва: Физмаòëиò,2006.
3. Òîмашîв Н.Ä., Чåðíîва Г.П. Òåîðиÿ êîððîзии и
êîððîзиîííîñòîéêиå êîíñòðóêциîííыå ñïëавы.— Мîñêва:
Мåòаëëóðãиÿ 1986.
4. Щåðбаíь А.П. Пîëóчåíиå выñîêîчиñòыõ мåòаëëîв
для производства низкофоновых сцинтилляционных детек-
òîðîв ðåдêиõ ñîбыòиé // Вîïðîñы аòîмíîé íаóêи и òåõ-
íиêи. Сåðиÿ: Ваêóóм, чиñòыå маòåðиаëы, ñвåðõïðîвîдíи-
êи.— 2011.— ¹ 6 (19).— С. 3—10.
5. Kovtun G.P., Shcherban A.P., Danevich F.A. et al.
Production of radiopure natural and isotopically enriched
cadmium and zinc for low background scintillators //
Functional materials.— 2011.— Vol. 18, N 1.— P. 121—127.
6. Бîéêî Р.С., Виðич В.Ä., Äаíåвич Ф.А. и дð. Гëóбîêаÿ
îчиñòêа аðõåîëîãичåñêîãî ñвиíца // Нåîðãаíичåñêиå ма-
òåðиаëы.— 2011.— Ò. 47, ¹ 6.— С. 722—726.
7. Паò. 94547 Óêðаїíи. Пðиñòðіé дëÿ ðафіíóваííÿ
мåòаëів диñòиëÿцією ó ваêóóмі / Г.П. Êîвòóí, О.П.
Щåðбаíь, Ä.О. Сîëîïіõіí.— 2011.— Бюë. ¹ 9.
8. Шðаåð Л.Л. Êîððîзиÿ: Сïðавîчíиê.— Мîñêва:
Мåòаëëóðãиÿ, 1981.
9. Саíãваë Ê. Òðавëåíиå êðиñòаëëîв.— Мîñêва: Миð,
1990.
10. Гаëьваíîòåõíиêа. Сïðавîчíиê / Пîд ðåд. А.М.
Гиíбåðãа и дð.— Мîñêва: Мåòаëëóðãиÿ, 1987.
11. Лиïêиí Я.Н., Бåðшадñêаÿ Ò.М. Химичåñêîå ïîëи-
ðîваíиå мåòаëëîв.— Мîñêва: Машиíîñòðîåíиå, 1988.
12. Аíóфðиåв Н.Г. Эëåêòðîõимичåñêаÿ îцåíêа защиò-
íîé ñïîñîбíîñòи êîíвåðñиîííыõ ïîêðыòиé íа циíêå //
Êîððîзиÿ: маòåðиаëы, защиòа.— 2010.— ¹ 11.— С. 32—37.
13. Смиòëз Ê. Äж. Мåòаëëы: Сïðавîчíиê.— Мîñêва:
Мåòаëëóðãиÿ, 1980.
14. Эêиëиê В.В., Òиõîмиðîва Ê.С., Бåðåжíаÿ А.Г.
Анодное растворение и пассивация свинца в растворах суль-
фаòа íаòðиÿ // Физиêîõимиÿ ïîвåðõíîñòи и защиòа маòå-
ðиаëîв.— 2011.— Ò. 47, ¹ 3.— С. 302—310.
15. Сóðîвîé Э.П., Биí С.И., Бîðиñîва Н.В.
Восстановление наноразмерных слоев оксида свинца под
дåéñòвиåм ñвåòа // Êîððîзиÿ: маòåðиаëы, защиòа.—
2009.— ¹ 11.— С. 1—5.
16. Бåêêåðò М., Êëåмм Х. Сïîñîбы мåòаëëîãðафичåñêî-
ãî òðавëåíиÿ: Сïðавîчíиê.— Мîñêва: Мåòаëëóðãиÿ, 1988.
Дата поступления рукописи
в редакцию 20.07 2017 г.
Л. О. ПИРОЖЕНКО, С. С. ПОЯРКОВА, О. П. ЩЕРБАНЬ, Ю. В. ГОРБЕНКО, О. В. РИБКА
Óêðаїíа, Націîíаëьíиé íаóêîвиé цåíòð «Хаðêівñьêиé фізиêî-òåõíічíиé іíñòиòóò»,
E-mail: rybka@kipt.kharkov.ua
ПАСИВАЦІЯ ПОВЕРХНІ ВИСОÊОЧИСÒИХ ГРАНÓЛЬОВАНИХ МЕÒАЛІВ:
ÊАÄМІЮ, ЦИНÊÓ, СВИНЦЮ
Розроблено нові режими хімічного травлення і пасивації поверхні високочистих гранульованих Zn, Cd і
Pb з використанням неводних розчинів електролітів. Це дозволило отримати гранули металів з тонки-
ми суцільними стійкими оксидними плівками, які можна зберігати в звичайних умовах протягом три-
валого часу без зміни стану поверхні. Показано можливість застосування суміші гліцерину з ДМФА як
охолоджуючої рідини в процесі отримання гранул свинцю.
Ключові слова: хімічна пасивація, оксидні плівки, метали високої чистоти, гранули, кадмій, цинк, свинець.
Òåõíîëîãиÿ и êîíñòðóиðîваíиå в эëåêòðîííîé аïïаðаòóðå, 2017, ¹ 4–5
51
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
ISSN 2225-5818
L. A. PIROZHENKO, S. S. POYARKOVA,
A. P. SHCHERBAN, Yu.V. GORBENKO, A.V. RYBKA
Ukraine, National Science Center «Kharkiv Institute of Physics and Technology»
E-mail: rybka@kipt.kharkov.ua
SURFACE PASSIVATION OF HIGH PURITY GRANULAR METALS: ZINC,
CADMIUM, LEAD
For the high purity metals (99.9999%), such as zinc, cadmium, and lead, which are widely used as initial
components in growing semiconductor and scintillation crystals (CdTe, CdZnTe, ZnSe, (Cd, Zn, Pb) WO4,
(Cd, Zn, Pb) MoO4 et al.), it is very important to ensure reliable protection of the surface from oxidation
and adsorption of impurities from the atmosphere. The specific features of surface passivation of high purity
cadmium, lead and zinc are not sufficiently studied and require specific methodologies for further studies. The
use of organic solutions in the schemes of chemical passivation of the investigated metals avoids hydrolysis
of the obtained protective films. The use of organic solvents with pure cation and anion composition as the
washing liquid prevents chemisorption of ions present in the conventionally used distilled water. This keeps
the original purity of the granular metals.
Novel compositions of etchants and etching scheme providing simultaneous polishing and passivation of high
purity granular Zn, Cd and Pb are developed. Chemical passivation allows storing metals in the normal
atmospheric conditions for more than half a year for Zn and Cd and up to 30 days for Pb without changing the
state of the surface. The use of the glycerol-DMF solution in the processes for obtaining Pb granules provides
self-passivation of metal surfaces and eliminates the additional chemical processing while maintaining the
quality of corrosion protection.
Keywords: chemical passivation, oxide films, high-purity metals, granules, cadmium, zinc, lead.
DOI: 10.15222/TKEA2017.4-5.45
UDC 544.625.7; 621.794.4
REFERENCES
1. Shcherban A.P., Kovtun G.P., Gorbenko Y.V.,
Solopikhin D.A., Virich V.D., Pirozhenko L.A. Production
of high purity granular metals cadmium, zinc and lead.
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature,
2017, no. 1-2, pp. 55-60. http://dx.doi.org/10.15222/
ÒÊЭА2017.1-2.55 (Rus)
2. Semyonov I.V., Florianovich G.M., Khoroshilov A. V.
Korroziya I zashchita ot korrozii [Corrosion and corrosion
protection]. Moscow, FIZMATLIT, 2006, 376 p. (Rus)
3. Tomashov N.D., Chernova G.P. Teoriya korrozii I
korrozionnostoykiye konstruktsionniye splavy [Theory of
corrosion and corrosion-resistant structural alloys]. Moscow,
Metallurgiya, 1986, 359 p. (Rus)
4. Shcherban A.P. [Obtaining high purity metals for low
background scintillating detectors of rare events]. Problems of
atomic science and technology. Ser. Vacuum, Pure Materials,
Superconductors, 2011, no. 6 (19), pp. 3-10. ( Rus)
5. Kovtun G.P., Shcherban A.P., Danevich F.A.,
Virich V.D., Zelenskaja V.I., Boiko R.S., Danevich F.A.,
Kudovbenko V.M., Nagorny S.S. Production of radiopure
natural and isotopically enriched cadmium and zinc for low
background scintillators. Functional materials, 2011, vol. 18,
no. 1, pp. 121-127.
6. Boiko R.S., F.A. Danevich, G.P. Kovtun , Dovbush
T.I., Kovtun G.P., Nagornyi S.S., Nisi S., Samchuk A.I.,
Solopikhin D.A., Shcherban’ A.P. Ultrapurification of
archaeological lead. Inorganic Materials, 2011, Vol. 47,
no. 6, pp. 645-648.
7. Kovtun G.P., Shcherban A.P., Solopikhin D.A. Prystriy
dlya raphinuvannya metaliv dystylyatsiyeyu u vakuumi [A
device for refining metals by distillation in a vacuum]. Patent
Ukraine, no 94547, Bul. 9, 2011. (Ukr)
8. Shraer L.L. Korroziya: Spravochnik [Corrosion:
Reference book]. Moscow, Metallurgiya, 1981, 632 p. (Rus).
9. Sangval K. Travleniye kristallov [Etching of crystals].
Moscow, Mir, 1990, 492 p. (Rus).
10. Galvanotekhnika: Spravochnik [Electroplating.
Reference book]. Ed. by A.M. Ginberg et al. Moscow,
Metallurgiya, 1987, 735 p. (Rus)
11. Lipkin Ya. N., Bershadskaya T. M. Khimicheskoye
polirovaniye metallov [Chemical polishing of metals].
Moscow, Машиíîñòðîåíиå, 1990, 112 p. (Rus).
12. Anufriev N.G. [Electrochemical evaluation of the
protective ability of conversion coatings on zinc]. Korroziya:
Materialy, Zashchita, 2011, no. 11, pp. 32-37. (Rus).
13. Smitls K. J. Metally: Spravochnik [Metals. Reference
book]. Moscow, Metallurgiya, 1990, 447 p. (Rus)
14. Ekilik V. V., Tikhomirova K. S., Berezhnaya A. G.
Anodic dissolution and passivation of lead in sodium sulfate
solutions. Protection of Metals and Physical Chemistry of
Surfaces, vol. 47, no. 3, 354. https://doi.org/10.1134/
S207020511103004X
15. Surovoi E.P., Bin S.V., Borisova N.V. Reduction of
nanosize lead oxide layers under light action. Korroziya:
Materialy, Zashchita, 2009, no. 11, pp. 1-5. (Rus)
16. Bekkert M., Klemm Kh. Sposoby metallograficheskogo
travleniya: Spravochnik [Methods of metallographic etching:
Reference book]. Moscow, Metallurgiya, 1990, 400 p. (Rus)
|