A Model for the Formation of Niobium Structures by anodization

Abstract

The fluoride use for anodizing electrolytes has been primarily responsible for the formation of nanoporous oxides at valve metals, except aluminum, since it causes a dissolution process. This study presents the formation of an oxide model according to the following anodizing parameters: 100 V, 12.73 mA/cm², room temperature and the niobium samples anodized in niobium oxalate and oxalic acid electrolytes without and with the addition of HF for 5, 30 and 60 min. The anodized samples were analyzed morphologically by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), atomic force microscopy (AFM) and the hydrophobicity of the samples was assessed by the sessile drop method. The presence of fluor in the niobium oxalate electrolyte formed oxides with lower a dissolution and a low hydrophobicity compared to the one formed in oxalic acid was attributed to the incorporation of niobium and oxalate ions. Thereby, the model proposed in this paper showed that during anodization the migration of the fluoride ion into the oxide occurs at high speed, which results in the formation of microcones, leading to the formation of discrete layers of porous oxide.

Anodização porosa de nióbio com adição de glicerina

“…Depois que o potencial atingiu 100V o processo passou a ser potenciostático com monitoramento da densidade de corrente. Neste caso, o aumento de espessura do óxido está limitado pelo potencial aplicado, e o óxido funciona como uma resistência dificultando a passagem de corrente elétrica [26]. O eletrólito de anodização foi uma solução de 0,3 mol.L -1 de ácido oxálico, com adições de 2,24 % e 1 % HF, e 1 % em volume de glicerina.…”

“…Bianchin e pesquisadores [26] verificaram que a taxa de crescimento de óxidos formados nas mesmas con-dições usando cátodo de platina foi 1,32 vezes maior (3,47 V/s) do que as amostras deste trabalho, o que pode estar associado a menor eficiência catódica do aço inoxidável em comparação à platina, devido à película protetora do aço inoxidável formada espontaneamente ao ar [27]. Durante a anodização da amostra AO-30, após o potencial estabilizar em 100V e a densidade de corrente diminuir, observou-se a formação de uma película escura na superfície do aço inoxidável.…”

“…Como a intensidade de formação nesse óxido foi maior do que aquele formado sem a presença de HF, o que ficou evidenciado pela densidade de corrente medida, supõem-se que esse comportamento seja devido à migração do íon fluoreto através do óxido, formando uma camada porosa [24]. Esse comportamento não foi verificado por Bianchin [26] na anodização feita com cátodo de platina, em que o potencial se manteve constante até 100 V. Além disso, as amostras anodizadas com cátodo de platina apresentaram potencial 3,27 vezes maior (2,36 V/s) do que as anodizadas com cátodo de aço inoxidável, o que pode estar associado à dissolução química do cátodo de aço inoxidável no eletrólito contendo HF.…”

“…Nas amostras anodizadas em 2,24 % HF, os transientes de densidade de corrente apresentaram comportamento semelhante, com valor constante até o potencial atingir 100 V. Depois disso ocorreram oscilações da densidade de corrente, até 300 segundos, no valor de 12 a 7 mA.cm -2 , atingindo valor aproximado de 13 mA.cm -2 ao final do processo (1800 segundos). Bianchin et al [26] também observaram comportamento semelhante em seus estudos, em que a densidade de corrente obtida até 300 segundos foi de 3,82 mA.cm -2 , chegando a 12,10 mA.cm -2 em 1800 segundos. Os autores descrevem a formação da camada barreira (com a diminuição da densidade de corrente) e o subsequente crescimento da camada exterior nanoporosa (com aumento da densidade de corrente) e sua estabilização.…”

“…Os autores descrevem a formação da camada barreira (com a diminuição da densidade de corrente) e o subsequente crescimento da camada exterior nanoporosa (com aumento da densidade de corrente) e sua estabilização. Porém, nos experimentos realizados por Bianchin et al [26] não se observaram oscilações da densidade de corrente, o que pode estar relacionado à elevada quantidade de HF no meio, fazendo com que o óxido apresente comportamento irregular devido à formação da camada porosa.…”