Abstract

The stress variations during polarization of iron thin film electrode in pH 8.4 borate buffer solution have been measured by a cantilever bending method to investigate the correlation between stress evolution and electrochemical reaction of the iron electrode. The stress variations toward compressive direction during active dissolution of iron result from the relaxation of the residual tensile stress due to the decrease in thickness of the iron electrode. The stress variations toward tensile direction in the pre-passive region are brought by the anodic deposition of ferrous ions once dissolved into solution. The successive potential steps for each interval of 1 h in the passive region between 0.20 and 0.90 V induce the stress variations toward compressive direction at potentials more positive than 0.30 V in connection with the growth of the inner (barrier) layer in the passive film. The electrostriction stress in the inner layer of the passive film formed on iron at 0.90 V has been estimated from the stress relaxation in the cathodic potential sweep after 1-h passivation at 0.90 V. In addition, the stress variations toward compressive direction during cathodic reduction of the passive film are attributed to the volume expansion due to the formation of iron (II) hydroxide at the intermediate step of the cathodic reduction at pH 8.4. Furthermore, the rapid stress variations toward compressive direction during hydrogen evolution at potentials more negative than 0.52 V are caused by the volume expansion in near the surface region of the iron thin film electrode due to hydrogen adsorption or absorption.

中文翻译：

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pH 8.4硼酸盐缓冲溶液中铁薄膜电极极化过程中的应力变化

摘要

通过悬臂弯曲法测量了铁薄膜电极在pH 8.4硼酸盐缓冲溶液中极化过程中的应力变化，以研究应力演化与铁电极电化学反应之间的关系。在铁的有效溶解过程中，应力向压缩方向的变化是由于铁电极厚度的减小导致残余拉伸应力的松弛所致。一旦溶解在溶液中，亚铁离子的阳极沉积会导致预钝化区域中应力向拉伸方向变化。在0.20和0.90 V之间的被动区域中，每间隔1 h的连续电势阶跃会在大于0的电势下导致应力向压缩方向变化。30 V与无源薄膜中内部（阻挡层）的生长有关。根据在0.90 V钝化1 h后在阴极电势扫描中的应力松弛估计出在0.90 V的铁上形成的钝化膜内层中的电致伸缩应力。此外，在阴极还原过程中，应力向压缩方向变化钝化膜的大部分归因于由于在pH 8.4的阴极还原的中间步骤形成氢氧化铁（II）而引起的体积膨胀。此外，由于氢吸附或吸收，在铁薄膜电极的表面区域附近的体积膨胀，导致在氢析出时在比0.52V更负的电位下向压缩方向的急剧的应力变化。根据在0.90 V钝化1 h后在阴极电势扫描中的应力松弛估计出在0.90 V的铁上形成的钝化膜内层中的电致伸缩应力。此外，在阴极还原过程中，应力向压缩方向变化钝化膜的大部分是由于在pH 8.4的阴极还原的中间步骤形成氢氧化铁（II）而引起的体积膨胀。此外，由于氢吸附或吸收，在铁薄膜电极的表面区域附近的体积膨胀，导致在氢析出时在比0.52V更负的电位下向压缩方向的急剧的应力变化。根据在0.90 V钝化1 h后在阴极电势扫描中的应力松弛估计出在0.90 V的铁上形成的钝化膜内层中的电致伸缩应力。此外，在阴极还原过程中，应力向压缩方向变化钝化膜的大部分是由于在pH 8.4的阴极还原的中间步骤形成氢氧化铁（II）而引起的体积膨胀。此外，由于氢吸附或吸收，在铁薄膜电极的表面区域附近的体积膨胀，导致在氢析出时在比0.52V更负的电位下向压缩方向的急剧的应力变化。根据在0.90 V钝化1 h后在阴极电势扫描中的应力松弛估算出90V。此外，在钝化膜的阴极还原过程中，应力向压缩方向的变化归因于由于形成了在pH 8.4进行阴极还原的中间步骤中，生成氢氧化铁（II）。此外，由于氢吸附或吸收，在铁薄膜电极的表面区域附近的体积膨胀，导致在氢析出时在比0.52V更负的电位下向压缩方向的急剧的应力变化。根据在0.90 V钝化1 h后在阴极电势扫描中的应力松弛估算出90V。此外，在钝化膜的阴极还原过程中，应力向压缩方向的变化归因于由于形成了在pH 8.4进行阴极还原的中间步骤中，氢氧化铁（II）。此外，由于氢吸附或吸收，在铁薄膜电极的表面区域附近的体积膨胀，导致在氢析出时在比0.52V更负的电位下向压缩方向的急剧的应力变化。钝化膜在阴极还原过程中朝向压缩方向的应力变化归因于在pH 8.4的阴极还原过程的中间步骤形成氢氧化铁（II）引起的体积膨胀。此外，由于氢吸附或吸收，在铁薄膜电极的表面区域附近的体积膨胀，导致在氢析出时在比0.52V更负的电位下向压缩方向的急剧的应力变化。钝化膜在阴极还原过程中朝向压缩方向的应力变化归因于在pH 8.4的阴极还原过程的中间步骤形成氢氧化铁（II）引起的体积膨胀。此外，由于氢吸附或吸收，在铁薄膜电极的表面区域附近的体积膨胀，导致在氢析出时在比0.52V更负的电位下向压缩方向的急剧的应力变化。