Дослідження впливу бутанолу на анодну поведінку міді у розчинах фосфатної кислоти

Darja Sil'chenko1,GannaReznichenko2, OlenaMaksimenko1, Hanna Pancheva1, Evgeniia Mykhailova3, Oleksiy Pylypenko4
Affiliation: 
1National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute” 2Kyrpychova St., Kharkiv61002, Ukraine 2National University of Civil Defence of Ukraine 94Chernyshevska St.,Kharkiv61023, Ukraine 3Simon Kuznets Kharkiv National University of Economics 9АNaukyAve., Kharkiv61166, Ukraine 4O.M.BeketovNationalUniversityofUrbanEconomyinKharkiv, 17 MarshalBazhanovSt.,Kharkiv 61002, Ukraine opilipenko1984@gmail.com
DOI: 
https://doi.org/10.23939/chcht16.01.103
AttachmentSize
PDF icon full_text.pdf748 KB
Abstract: 
Досліджена анодна поведінка міді у електролітах на основі фосфатної кислоти і бутанолу. Аналіз одержаних поляризаційних залежностей дозволив встановити ділянки знаходження міді у активному і пасивному стані та суміщеного протікання процесів розчинення міді і виділення кисню. Встановлено, що бутиловий спирт є інгібітором електродних процесів на міді і сприяє різкому зниженню густин струму у діапазоні потенціалів аноду до початку виділення кисню. Додавання бутанолу обумовлює зникнення осциляцій струму, які присутні на поляризаційних залежностях у розчинах фосфатної кислоти. За співвідношення C4H9OН:H3PO4 = 1:3 пасивація міді у фосфатно-бутанольних електролітах супроводжується появою чіткого піку, який розділяє зони активного і пасивного стану. При подальшому збільшенні співвідношення спирт:кислота пік поступово зменшується. Значення виходів за струмом ВС розчинення міді залежать від анодної густини струму ja і складу електроліту. Збільшенняjaприводить до зниження ВС; аналогічний вплив має підвищення вмісту С4Н9ОН. Найбільші значення ВС спостерігаються в діапазоні ja= 0,5–2 А∙dm¬–2, що відповідають знаходженню міді у активному стані. Отримані залежності швидкості розчинення міді дозволили встановити, що зі збільшеннямja до 20 А∙dm¬–2 цей параметр також збільшується. Якість оброблення міді залежить від густини струму і складу електроліту. У розчинах зі співвідношенням С4H9OН:H3PO4 = 2:1 якість оброблення незадовільна, поверхня неблискуча і має сліди після шліфування. Якісна обробка спостерігається у електролітах зі співвідношенням С4H9OН:H3PO4 = 1:2 і нижче. Полірування у таких розчинах дає можливість отримати блискучу поверхню міді зі згладженим рельєфом і відсутністю слідів шліфування
References: 

[1]Yang,G.;Wang,B.;Tawfiq,K.; Wei, H.; Zhou, S.; Chen, G. ElectropolishingofSurfaces: TheoryandApplications.Surf. Eng. 2017, 33, 149-166.http://dx.doi.org/10.1080/02670844.2016.1198452
[2]Abdel-Fattah,T.M.;Loftis,J.D. ComparisonoftheElectrochemicalPolishingofCopperandAluminuminAcidandAcid-freeMedia.ECSTrans.2009, 25, 327-334.https://doi.org/10.1149/1.3203970
[3]Chatterjee, B.Science and Industry of Electropolishing.Galvanotechnik2015, 71, 71-93.
[4]Rotty,C.;Mandroyan,A.;Doche,M.-L.;Hihn, J.-Y.Electropolishing of CuZn Brasses and 316L Stainless Steels: Influence of Alloy Composition or PReparation Process (ALM vs. Standard Method).Surf.Coat. Techn. 2016, 307, 125-135. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.08.076
[5] Wu, D.; Kang, R.; Guo, J.; Liu, Z.; Wan, C.;Jin, Z.On theReactionMechanismof a HydroxyethylideneDiphosphonicAcid-BasedElectrolyteforElectrochemicalMechanicalPolishingofCopper.Electrochem. Commun. 2019, 103, 48-54. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.05.001
[6]Rokicki, R.;Hryniewicz, T.Enhanced Oxidation–Dissolution Theory of Electropolishing.Trans. Inst. Met. Finish. 2012, 90, 188-196. https://doi.org/10.1179/0020296712Z.00000000031
[7] Li, D.; Li, N.; Xia, G.;Zheng, Z.; , Wang, J.; Xiao, N.;Zhai, W.; Wu, G. An in-situ Study of Copper Electropolishing in Phosphoric AcidSolution.Int. J. Electrochem. Sci. 2013, 8, 1041-1046.
[8]Smirnova, O.;Pilipenko, A.;Pancheva, H.;Smirnova, O.;Pilipenko, A.;Pancheva, H.;Zhelavskyi, A.;Rutkovska, K.Study of Anode ProcessesDuringDevelopment of the New ComplexThiocarbamide­CitrateCopper PlatingElectrolyte.EEJET2018, 1, 47-51. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.123852
[9]Jacquet, P.A.On the Anodic Behavior of Copper in Aqueous Solutions of Orthophosphoric Acid.Trans. Electrochem Soc.1936,69, 629-656. https://doi.org/10.1149/1.3498234
[10] Patil, Y.;Dulange, S.R. A Review on Electropolishing Process and its Affecting Parameters International.IJARSE2014, 3, 246-252.
[11]Elmalah,N.M.; AbdElhaliem, S.M.; Ahmed, A.M.;Ghozy, S.M.Effect of Some Organic Aldehydes on the Electropolishing of Copper in Phosphoric Acid.Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 7720-7739.
[12]L,i D.; Li, N.; Xia, G.;Xiao N.; Zheng, Z.;Zhai, W.; Wu, G. Effect of Sodium Dodecyl Sulfate on Copper Anodic Dissolution in Phosphoric Acid Solution.Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 9271-9277.
[13]Huo, J.; Solanki, R.; McAndrew, J.ElectrochemicalPolishingofCopperforMicroelectronicApplications.Surf. Eng.2003, 19, 11-16. https://doi.org/10.1179/026708402225010047
[14] Ahmed, A.M.;Abd El-Haleem, S.M.; Saleh, M.G.A.;Abdel-Rahman,A.A.-H. Cooper Electropolishing in the Presence of Purine Derivatives.Asian J. Chem.2013, 25, 1512-1520.
[15] Taha, A.A.; Ahmed, A.M.; Abdel Rahman, H.H.;Abouzeid, F.M. The Effect of Surfactants on the Electropolishing Behavior of Copper in Orthophosphoric Acid.Appl. Surf. Sci.2013, 277, 155-166. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.04.017
[16]Batouti, M.E.; Ahmed, A.-M.M:Study of Electrochemical Behavior of Copper in Presenceof Dicarboxylic and Tricarboxylic Acids.Rev. Roum. Chim.2015, 60, 1047-1058.
[17] Liu S.-H., Shieh J.-M, Chen C.;Hensen, K.; Cheng, S.-S. Roles of Additives in Damascene Copper Electropolishing.J. Electrochem. Soc.2006, 153, C428-C433. https://doi.org/10.1149/1.2193348
[18] Mounir, F.;Issami El, S.;Bazz,iLh.;Salghi,R.;Bammou, L.;Bazzi, L.;Chihab Eddine, A.;Jbara, O.Copper Corrosion Behavior in Phosphoric AcidContaining Chloride and its Inhibition by Artemisia Oil.IJRRAS2012, 13, 574-587.
[19]Pircher, E.;Martínez, M.R.;Hansal, S.;Hansal, W.Electropolishing of Copper Alloys in Phosphoric Acid Solutions with Alcohols.Plating Surf. Finishing2003, 90, 74-79.
[20] Taha A.A.;Sallam S.A.; Ahmed A.M. Corrosion of Copper in Phosphoric Acid‐Ethanol Mixture.Anti-Corros.Method. M.1994, 41, 10-16. https://doi.org/10.1108/eb007342
[21] Attia, A.A.;Elmelegy, E.M.;Batouti, M.E.; Ahmed, A.-M.M. Studying Copper Electropolishing Inhibition in Presence ofSomeOrganicAlcohols.Port. Electrochim. Acta2016, 34, 105-118. https://doi.org/10.4152/pea.201602105
[22] Zhao, J.;Kunieda, M.; Yang, G.;Yuan, X.-M. Effects of Electrolyte Formulas on Electrochemical Polish Planarization of Pure Copper.Key Eng. Mat.2010, 447-448, 159-163.
[23]Awad, A.M.;Ghany, N.A.A.;Dahy, T.M. Removal of Tarnishing and Roughness of Copper Surface by Electropolishing Treatment.Appl. Surf. Sci.2010, 256, 4370. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.02.033
[24] Abdel-Haleem, S.M.; Ahmed, A.M.;Shadad, M.I.Kinetic Study of Anodic Corrosion of Copper in Phosphoric Acid and Effects of Some Phenols Derivatives.Asian J. Chem.2013, 25, 9693-9700. https://doi.org/10.14233/ajchem.2013.15132
[25] Du, B.; Suni, I.I. Mechanistic Studies of Cu Electropolishing in Phosphoric Acid ElectrolytesюJ. Electrochem. Soc.2004, 151, C375-C378. https://doi.org/10.1149/1.1740783
[26]Silchenko, D.;Pilipenko, A.;Pancheva, H.;Khrystych, O.;Chyrkina, M.; Semenov, E.Establishing the Patterns in Anode Behavior of Copper in Phosphoric Acid Solutions when Adding Alcohols.EEJET2018, 4, 35-41. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140554
[27] Ding,L.; Wu, P.; Cheng, J.; Niu, Y.; Song, Z.; Kong, X. Electrochemical Oscillations during Electro-oxidation of Copper Anode in Phosphoric Acid Solution.Electrochemistry (Tokyo)2019,87, 14-19. https://doi.org/10.5796/electrochemistry.18-00002
[28]Demeev, B.B.;Dauletbay, A.;Nauryzbaiev, M.K. The Effect of Organic Surface-Active Additives Upon theKinetics of Electrodeposition of Ultrafine Copper Powder.Chem. Eng. Trans.2016, 47, 211-216. https://doi.org/10.3303/CET1647036
[29]Kwon, G.D.; Kim, Y.W.; Moyen, E.;Keum, D.H.;Lee, Y.H.;Baik, S.;Pribat, D. ControlledElectropolishing of Copper Foils atElevatedTemperature.Appl. Surf. Sci.2014, 307, 731-735. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.04.144
[30]Elmalah, N.M.;Elhaliem, S.M.A.; Ahmed A.M.;Ghozy S.M.Effect of Some Organic Aldehydes on the Electropolishing of Copper in Phosphoric Acid.Int. J. Electrochem. Sci.2012, 7, 7720-7739.
[31] Li, D.; Li, N.; Xia, G.; Zheng, Z.; Wang, J.; Xiao, N.;Zhai, W.; Wu, G.An in-situ Study of Copper Electropolishing in Phosphoric Acid Solution.Int. J. Electrochem. Sci. 2013, 8, 1041-1046.
[32]Smirnova, O.;Brovin, A.;Pilipenko, A.;Zhelavska, Yu.Studying the Kinetics of Electrode Reactions on Copper, Silver and Gold in Acid Thiourea-Citrate Electrolytes.Mater.Today Proceed.2019, 6, 141-149. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.10.087
[33]Sincheskul, A.;Pancheva, H.;Loboichenko, V.; Avina, S.;Khrystych, O.; Pilipenko, A.Design of the Modified Oxide-Nickel Electrode withImprovedElectricalCharacteristics.EEJET2017, 5, 23-28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.112264
[34] Ahmed, A.-M.M.;Batouti, M.E.;Khelil, S.M.S.Electropolishing of Metallic Surfaces and the FactorsInfluencing on the LimitingCurrent.Port. Electrochim. Acta2015, 33, 105-110. https://doi.org/10.4152/pea.201502105