بررسی رشد دندریتی در حسگرهای خوردگی و روشهای کنترل آن

STUDENT

DEGREE

YEAR

Galvanic corrosion sensors commonly used for monitoring of atmospheric corrosion. Newly developed thin film sensor consists of two copper electrodes mounted on a polymeric or composite substrate. Two copper electrodes act as a cathode and anode. This sensor is a type of electrical circuits. One of the problems with these corrosion sensors is dendrite formation around cathode which creates a short circuit between the electrodes and the sensor is no longer usable. Dendrite formation is due to the moisture adsorption and anodic dissolution. Dendritic growth has been a known process in failure of microelectronic devices. In this research samples were prepared to evaluation of this phenomena corrosion sensors by using potentiodynamic polarization, potentiostatic and cyclic Voltammetry tests and scanning electron microscopy. Important parameters are the amount of potential difference applied, electric field between two electrodes, existence of sharp edges(surface roughness) and the rate of copper dissolution (affected by pH and contaminations). It is recognized that surface properties of substrate such as texture and morphology has an important role on the rate of nucleation in electrodeposition process. According to the similarity of dendritic growth to electrodeposition, the effect of electrodeposition of copper on cathode electrode from acidic sulfate bath investigated in this research. Direct current without additive and with KCl addition and also pulsed current were used for electrodeposition. In DC plating process with increasing current density deposits become coarser and evolution of (220) observed. By using 5×10 -4 mol/lit KCl additive intensity of (222) planes at current density of 5 mA/cm 2 and (111) planes at current density of 50 mA/cm 2 increased. In the higher amount of KCl (9×10 -4 mol/lit) preferential texture of deposits were (220). By using pulsed current, (5 mA/cm 2 ) deposit has a random orientation. In high pick current densities at pulsed electrodeposition, excessive growth of planes observed in SEM images that led to increase in surface roughness. KCl addition led to formation of smooth deposits that has a very low specific electrical resistance. Dendritic growth behavior of coated samples evaluated by using electrochemical techniques. In was observed that using KCl additive and pulsed electrodeposition at low current densities results in increase of short circuit time bye three to five times. Because of coarser morphology, samples coated at high current densities have not a higher short circuit time than uncoated sample. Morphology and texture of deposits have a main role in short circuit time. The effect of morphology is much higher than texture. These effects related to the decrease in surface energy. Evolutiom of random orientation has a positive effect on increasing the short circuit time, while increasing of (222) and

حسگرهای گالوانیکی خوردگی برای پایش خوردگی اتمسفری استفاده می‌شوند. در یکی از این حسگرها که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است، از دو الکترود مس که بر روی زیرلایه کامپوزیتی یا پلیمری قرار گرفته اند، به عنوان آند و کاتد استفاده می‌شود. این حسگرها نوعی از مدارهای الکترونیکی هستند. تحت شرایط کاری با جذب رطوبت محیط و اثر آلودگی‌ها، دندریت‌های مس بر روی سطح کاتد تشکیل شده، رشد یافته و به سطح آند می‌رسند و سبب اتصال کوتاه می‌شوند. و در نتیجه این حسگر کارایی خود را پس از مدتی از دست می‌دهد. چنین مکانیزم اتصال کوتاه در انواع مدارهای الکترونیکی نیز به وفور مشاهده شده است. در این تحقیق با ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی (الکترودهایی به عرض ?m250 و فاصله ?m 500) پارامترهای مؤثر بر این پدیده بوسیله آزمون‌های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، پتانسیواستات، ولتامتری سیکلی و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. میزان اختلاف پتانسیل اعمالی، تمرکز میدان الکتریکی در لبه‌های تیز و نرخ انحلال مس (وابسته به pH و میزان آلودگی‌های محیط) از عوامل تأثیر گذار در رشد دندریتی و اتصال کوتاه در حسگرهای خوردگی هستند. در ادامه بررسی روش‌های افزایش زمان اتصال کوتاه صورت گرفت. خواص سطحی زیرلایه (از مورفولوژی و زبری) در حین فرایند رسوب دهی الکتریکی بر نحوه جوانه زنی مؤثر است. با توجه به مشابهت رشد دندریتی در حسگرهای خوردگی با رسوب دهی الکتریکی، اثر پوشش دهی سطح کاتد به روش رسوب دهی الکتریکی در محلول سولفات مس/ اسید سولفوریک با استفاده از جریان مستقیم (با افزودنی KCl و بدون افزودنی) و جریان پالسی بررسی شد. در روش جریان مستقیم بدون افزودنی با افزایش دانسیته جریان پوشش دهی مورفولوژی ناهموارتر شده، زبری و شدت نسبی صفحات (220) اندکی افزایش یافت. با استفاده از افزودنی KCl به میزان mol/lit 4- 10×5 شدت صفحات کریستالی در دانسیته جریان‌های 5 و mA/cm 2 50 حالت نزدیک به راندم پیدا کرد. در غلظت بالاتر KCl (mol/lit 4- 10×9) بافت نسبی همواره (220) بود و شدت آن افزایش پیدا کرد. در روش استفاده از جریان پالسی افزایش شدت نسبی صفحات (200) و (311) در به ترتیب دو دانسیته جریان پیک 5 و mA/cm 2 20 مشاهده شد که سبب ایجاد حالت راندم شد. در دانسیته جریان‌های بالای پوشش دهی به روش پالسی رشد افراطی برخی دانه‌ها دیده شد. پوشش‌های ایجاد شده با استفاده از افزودنی KCl در دانسیته جریان پایین مورفولوژی بسیار مناسب و کمترین مقاومت ویژه الکتریکی را داشتند. ارزیابی رفتار رشد دندریتی نمونه‌های پوشش داده شده نشان داد که پوشش‌های ایجاد شده در دانسیته جریان‌های پایین با استفاده از افزودنی KCl و جریان پالسی سبب سه تا پنج برابر شدن زمان اتصال کوتاه می‌شوند. پوشش‌های ایجاد شده در دانسیته جریان‌های بالا به علت مورفولوژی نسبتاً نامناسب تأثیر قابل توجهی در افزایش زمان اتصال کوتاه نداشته و در برخی موارد سبب کاهش شدید زمان اتصال کوتاه شدند. مورفولوژی پوشش‌ها عامل تأثیر گذار در افزایش زمان اتصال کوتاه است. زمانی که مورفولوژی صافی ایجاد می‌شود، اثرات شدت صفحات کریستالی نیز مشاهده می‌شود. اثر شدت صفحات کریستالی (111) و (200) مربوط به کاهش انرژی سطحی با کاهش اندیس صفحات است. ایجاد پوشش صاف با زبری کم وکاهش انرژی سطحی سبب افزایش نرخ جوانه زنی می‌شود. با تشکیل جوانه‌های زیاد از رشد افراطی دندریت‌ها جلوگیری شده و تعداد دندریت‌ها افزایش می‌یابد.