-Virga ta' l-Anodu tat-Titanju ta' Purità Għolja: Kif Taħdem il-Modifikazzjoni tas-Sustrat

Is-sottostrati tat-titanju ta'-purità għolja huma differenti minn alternattivi ta' grad-kummerċjali minħabba li fihom fihom 99.7% jew aktar ta' titanju. Dan il-livell ta 'purità għandu effett dirett fuq kemm xi ħaġa tirreżisti l-korrużjoni f'ambjenti elettrolitiċi ħarxa b'livelli ta' joni tal-klorur 'il fuq minn 3000 ppm. It-titanju ta 'purità għolja-għandu struttura kristallina b'limiti uniformi tal-qamħ li jxerrdu l-istress elettriku b'mod uniformi fuq il-wiċċ tas-sottostrat. Meta l-livelli kurrenti jolqtu 1000–3000 A/m² matul il-produzzjoni tal-ipoklorit tas-sodju, din l-uniformità twaqqaf hotspots milli jiffurmaw, li inkella jagħmlu ħsara lill-elettrodu. Ittestjar magħmul f'faċilitajiet li jaħdmu l-ħin kollu juri li s-sottostrati tat-titanju ta 'Grad 1 iżommu l-forma tagħhom f'0.02 mm ta' varjazzjoni wara 50,000 siegħa ta 'użu, filwaqt li alternattivi ta' Grad 2 jitilfu l-forma tagħhom fi żmien 0.15 mm ta 'varjazzjoni.

Għall-ewwel, l-anodi tal-grafita jidhru qishom valur tajjeb, iżda jkissru malajr f'kundizzjonijiet ta'-evoluzzjoni tal-kloru fit-tul. Minħabba li l-grafita hija poruża, il-joni tal-klorur jistgħu jgħaddu minnha u jikkawżaw bidliet fid-daqs li jkissru l-istruttura tal-elettrodu wara 2000 sa 4000 siegħa ta 'użu. Il-passivazzjoni hija mod differenti li l-istainless steel jista 'jinkisser. Minħabba li għandu kromju fih biex jipproteġi kontra s-sadid, l-istainless steel jifforma saffi ta 'ossidu protettivi meta jiġi f'kuntatt ma' soluzzjonijiet ta 'ipoklorit. Dan jgħolli l-vultaġġ taċ-ċellula b'0.8 sa 1.5V u jwaqqaf is-sistema milli taħdem. L-elettrodi bbażati fuq ir-ram u l-ħadid-jkissru maż-żmien. Ir-ram jagħti jonji li jniġġsu l-ilma mnaddaf, li jista 'jikkawża problemi ta' konformità għall-użi tal-ilma tax-xorb. Il-ħadid jossidizza kontinwament, u jagħmel il-ħama li jeħtieġ li titnaddaf mis-sistema ta 'spiss. It-titanju huwa l-uniku metall li jista 'jintuża għal klorinazzjoni elettrolitika kontinwa minħabba li huwa newtrali f'kundizzjonijiet alkalini u konduttiv meta jiġi applikat il-vultaġġ.

Il-wisa' tas-sottostrat taffettwa s-saħħa mekkanika u r-reżistenza tas-sħana. Vireg minn 6 sa 25 mm għandhom proprjetajiet li jvarjaw ta 'kurrent u trasferiment tas-sħana. Substrati eħxen jistgħu jsostnu livelli ogħla ta 'kurrent mingħajr ma jenfasizzaw is-sistema termali. Disinji eħxen materjal ta 'skart u ma jaħdmux aħjar. Il-ħxuna ottimali tibbilanċja ebusija mekkanika, konduttività termali, u ekonomija materjali skond l-applikazzjoni. L-ispeċifikazzjonijiet tal-ħruxija tal-wiċċ huma wkoll importanti. Substrati ideali għall-kisi tat-twaħħil għandhom ħruxija medja ta '0.8 sa 1.6 μm. Il-kisi ma jistax jeħel ma 'uċuħ lixxi minħabba li m'għandhomx siti ta' twaħħil mekkaniku, iżda uċuħ mhux maħduma jipproduċu żoni ta 'konċentrazzjoni ta' stress li jinduċu xquq. Biex tinkiseb din il-firxa ta' ħruxija, l-ibblastjar jew l-inċiżjoni kkontrollati għandhom jimmodifikaw it-topografija tal-wiċċ mingħajr ma jintroduċu impuritajiet jew effetti ta' twebbis tax-xogħol-li jagħmlu l-kisja li ġejja twaħħal aktar bil-mod.

Is-saff tal-ossidu passiv fuq l-uċuħ tat-titanju għandu jitneħħa qabel ma jinbidel is-sottostrat. Dan il-kisi oħxon TiO2 jipproteġi f'kundizzjonijiet normali iżda jiżola, u jipprevjeni l-adeżjoni tal-kisi. Inċiżjoni kimika tneħħi l-ossidu u roughens il-wiċċ bl-użu ta 'operazzjonijiet ta' aċidu kkontrollati. It-teknika żżid l-erja tal-wiċċ użabbli b'35-60%, u tippermetti l-ert mekkaniku u l-attività elettrokimika. F'temperaturi regolati, l-inċiżjoni tal-aċidu ossaliku toħloq ħofor żgħar u uniformi fuq is-sottostrat. Dan il-proċess joħloq toqob ta' 2–5 mikrometri biex jipprovdi bażi tridimensjonali għas-saff ta' kisi li ġej. Wara l-proċedura ta 'inċiżjoni xierqa, ir-reżistenza tal-kuntatt tal-wiċċ tonqos minn 0.12 Ω·cm² għal 0.03 Ω·cm². It-tnaqqis tar-reżistenza tal-kuntatt inaqqas il-vultaġġ taċ-ċelluli u l-użu tal-enerġija.

Iċ-ċikli tat-temperatura kkontrollata jimmodifikaw l-istruttura kristallina interna tas-sottostrat tat-titanju, u jtejbu l-proprjetajiet mekkaniċi u elettrokimiċi. L-uċuħ jissaħħnu għal 650-750 grad f'ambjent ikkontrollat ​​u jitkessħu progressivament biex jimmodifikaw id-distribuzzjoni tal-pressjoni tal-manifattura. Minħabba l-espansjoni termali differenzjali meta t-temperatura tal-elettrodu tvarja waqt il-funzjonament, dan it-tnaqqis tal-istress jipprevjeni t-telf tal-kisi. Il-konfini tal-qamħ tas-sottostrat sħiħ huma rranġati bi trattament bis-sħana. Forom tal-qamħ imxerred b'mod uniformi d-densità tal-kurrent imxerred, jipprevjenu sħana żejda u deterjorazzjoni tal-kisi. Iċ-ċikli termali ottimizzati jagħmlu s-sottostrati 40% aktar reżistenti għall-għeja-taħt sitwazzjonijiet ta' tagħbija ċiklika bħal impjant tat-trattament tal-ilma jibda-iwaqqaf l-operat. Wara dan it-trattament, il- titanju anodu virgadijametri huma aktar stabbli, u l-koeffiċjenti ta 'espansjoni jistgħu jiġu antiċipati. Dan iżomm il-kisi intatt fit-temperaturi kollha tax-xogħol.

L-enerġija tal-wiċċ titla 'minn madwar 35 sa 40 dynes/ċm għal bejn 60 u 72 dynes/cm meta jintużaw metodi ta' tindif tal-plażma u skariku tal-korona. Din l-enerġija tal-wiċċ ogħla tagħmilha aktar faċli għall-kisi tas-soluzzjonijiet tal-prekursur biex jixxarrab, li tiżgura li l-kisja tkun mgħottija b'mod uniformi mingħajr ebda effett ta 'dewetting jew tixrid li jbiddel il-ħxuna tal-kisja. Studju tal-ispettroskopija tal-fotoelettroni tar-raġġi X {-raġġi X juri aktar twaħħil tal-pont Ti{-O{-Ru fl-interface bejn il-bażi u l-kisi. Dan jagħmel l-irbit fil--molekulari possibbli li l-ankraġġ mekkaniku waħdu ma jistax jagħmel. Dan il-mekkaniżmu ta 'twaħħil kimiku jispjega għaliex sottostrati modifikati sew iżommu l-kisja mwaħħla anke wara 70,000 siegħa ta' użu, filwaqt li sottostrati mhux modifikati jibdew jiddelaminaw wara 15,000 sa 20,000 siegħa ta 'użu fl-istess kundizzjonijiet.

L-ibblastjar tal-grit ikkontrollat ​​joħloq il-forma tal-wiċċ essenzjali għall-adeżjoni tal-kisi. L-ossidu tal-aluminju jew il-midja tal-karbur tas-silikon f'4-6 bar tipproduċi wiċċ omoġenju mingħajr impuritajiet. L-angolu tal-blast, id-daqs tal-midja, u t-tul tal-espożizzjoni għandhom ikunu korretti. Anke angolu minuri tal-blast jew bidliet fil-pressjoni ta '15-il grad jew 10 psi jistgħu jinduċu profili tal-wiċċ irregolari u falliment prematur tal-kisi. Trattament mekkaniku avvanzat, shot peening, iżid pressjonijiet kompressivi għas-saff ta 'fuq tas-sottostrat. Il-metodu juża partiċelli ċirkolari f'veloċitajiet regolati biex jgħawġu t-titanju għal 100 sa 250 mikrometru, u jagħmilha aktar flessibbli. Dan is-saff ta 'stress kompressiv jibbilanċja l-istress tat-tensjoni kkawżati mill-applikazzjoni tal-kisi u l-bidla fit-temperatura, u jipprevjeni ksur fl-interface tal-kisi tal-bażi-. Substrati peened kif suppost jirreżistu forzi tad-delaminazzjoni li jqattgħu l-kisi matul il-proċessi ta 'evoluzzjoni tal-kloru.

Il-proċessi kimiċi li jseħħu fi stadji jħejju l-uċuħ għall-aqwa twaħħil tal-kisi. L-użu ta 'soluzzjonijiet alkalini jew solventi organiċi għat-tneħħija tax-xaħam jeħles mill-iskart industrijali u l-kontaminanti organiċi. Jekk ma tneħħix kompletament il-grass, tħalli warajha saffi ċkejkna ta 'kontaminazzjoni li jwaqqfu l-bażi u l-kisi milli jgħaqqdu kimikament. Wara dan, it-tindif tal-aċidu jeħles mis-sadid u l-iskala tal-mitħna filwaqt li jwaqqaf l-assorbiment tal-idroġenu, li jista 'jdgħajjef il-materjal tal-bażi tat-titanju.

It-trattamenti ta 'attivazzjoni jżidu saffi irqaq ta' ossidu li jgħinu lis-sottostrat tat-titanju u l-kisi funzjonali jeħel flimkien. Ossidazzjoni kkontrollata f'ċerta temperatura u pressjoni ta' l-arja tagħmel saffi ta' TiO₂ ta' rutile-fażi li huma eżattament ħoxnin minn 50 sa 200 nanometru. Dan is-saff fin-nofs huwa kimikament kompatibbli kemm mas-sottostrat tat-titanju kif ukoll mal-kisi tal-ossidu tal-metall imħallat. Joħloq interface gradat li jnaqqas il-konċentrazzjoni tal-istress u jżid is-saħħa tal-adeżjoni.

Tekniki ta 'kejl avvanzati jiżguraw il-virga ta ' l-anodu tat-titanjubidla materjali tissodisfa l-kriterji. Il-profilometrija tal-wiċċ tiżgura li l-valuri Ra jkunu fil-medda ta '0.8 sa 1.6 μm billi tkejjel il-fatturi tal-wiċċ. L-angolu tal-kuntatt ikejjel l-enerġija tal-wiċċ. Il-wiċċ huwa niedja biżżejjed għall-kisi f'valuri taħt l-20 grad. Karatteristiċi mikrostrutturali fil-mikroskopija elettronika tal-iskannjar jiżvelaw tniġġis, inċiżjoni irregolari, u attivazzjoni tal-wiċċ inadegwata.

L-ittestjar tal-adeżjoni jista' jkun perikoluż jew mhux-distruttiv. L-ittestjar -pull off jkejjel il-forza meħtieġa biex jitneħħew il-kisi tat-test mill-bażijiet. Ogħla minn 15 MPa hija multa għal uċuħ mibdula. Il-kampjuni ġew miksija f'żewġ temperaturi estremi waqt l-ittestjar ta 'xokk termali. Snin ta 'stress termali realistiku ġew replikati f'perjodu iqsar. Dawn it-testijiet ta' ċertifikazzjoni rigorużi jindikaw li sottostrat huwa lest għal użu fit-tul-fil-post.

Fl-anodu, il-kloru jittrasforma permezz ta' bosta fażijiet ta' proċessi kumplessi. Il-joni tal-klorur mis-soluzzjoni tal-melħ huma ossidizzati fuq il-wiċċ tal-elettrodu, u joħolqu joni tal-kloru u ipoklorit maħlul. Il-barriera tal-enerġija tal-attivazzjoni ta 'din ir-reazzjoni hija sensittiva għall-karatteristiċi tal-wiċċ tal-elettrodu. L-attività katalitika tiddependi fuq is-sottostrat u l-kisi.

Pjanċi tat-titanju ta 'purità għolja-jipprovdu kanali kostanti ta' trasferiment ta 'elettroni għal fluss ta' kurrent uniformi fuq il-wiċċ ta 'l-elettrodu. Din l-uniformità tipprevjeni l-iffullar mill-iżvilupp tal-kloru f'postijiet limitati. Il-pH u l-istress tas-saff f'ċerti postijiet jonqsu. L-istat ta 'ossidazzjoni kostanti tat-titanju jżomm il-karatteristiċi ta' l-elettrodu konsistenti, b'differenza metalli reattivi li joħolqu saffi ta 'ossidu li jinbidlu li jaffettwaw l-elettrokimika.

Is-sottostrat imexxi l-elettriku u jappoġġja l-kisi katalitiku. Meta l-bażi tiġi modifikata għall-aħjar kundizzjonijiet tal-wiċċ, is-saffi tal-ossidu tar-rutenju-iridju jeħlu u huma l-aktar densi. L-elettroliti għandhom problemi biex jilħqu l-interfaces tas-sottostrat permezz ta 'kisi oħxon. Dan jipprevjeni l-passivazzjoni, li żżid il-vultaġġ taċ-ċellula u tnaqqas l-effiċjenza.

Nuqqas ta 'preparazzjoni tas-sottostrat, kontaminazzjoni minn tindif mhux xieraq, jew konċentrazzjonijiet ta' stress minn proċessar mhux ikkontrollat ​​jipproduċu żoni dgħajfa fil-kisi. Microcracking, delamination, u korrużjoni lokalizzata jirriżultaw minn dawn il-ħsarat. Elettrodi effettivi fuq sottostrati modifikati jżommu vultaġġi taċ-ċelluli taħt 4.5V f'densità ta 'kurrent ta' 2000 A/m² fl-iskjeramenti tal-post. Preparazzjoni fqira tas-sottostrat tikkawża li l-vultaġġ tal-elettrodu jikber għal 5.5-6.5V wara 12-18-il xahar, u jikkawża t-tqassim tal-kisi u l-effiċjenza tal-evoluzzjoni tal-kloru tonqos.

Fil-formazzjoni tal-klorin elettrokimiku, l-ammont ta 'enerġija użata hija direttament relatata mal-vultaġġ taċ-ċellula. Madwar 12 sa 15 fil-mija inqas enerġija tintuża għal kull waqgħa ta '0.5V fil-vultaġġ operattiv, li jiffranka ħafna flus matul il-ħajja tal-elettrodu. Substrati tat-titanju li ġew mibdula sew jagħtu 0.3 sa 0.5V inqas vultaġġ minn għażliet li ma ġewx ippreparati kif suppost. Dan jiffranka 7 sa 12% enerġija, li żżid sa eluf ta 'dollari fis-sena fl-installazzjonijiet tan-negozju. Il-virga ta ' l-anodu tat-titanjubl-aħjar bidla tas-sottostrat iżomm il-proprjetajiet elettrokimiċi stabbli tiegħu, li jwaqqaf il-bidla fil-vultaġġ li jiġri b'elettrodi foqra. Faċilitajiet li jużaw teknoloġija avvanzata ta 'modifika tas-sottostrat jgħidu li jużaw 3.2 sa 3.8 kWh ta' enerġija għal kull kilogramma ta 'klorin, filwaqt li sistemi b'elettrodi standard jużaw 4.5 sa 6 kWh. Dan il-benefiċċju tal-effiċjenza jikber matul il-ħajja utli ta '8–10 snin tal-elettrodu, li jagħti qligħ fuq l-investiment permezz ta' spejjeż tal-elettriku aktar baxxi li huma ħafna ogħla mill-ispiża żejda tal-bidla sew tas-sottostrat.

Il-proċess jibda bi stokk ta' tubi tat-titanju ta'-purità għolja li jissodisfa r-rekwiżiti tal-ASTM B348 Grad 1. Ċertifikazzjoni tal-materjal tiċċekkja l-għamla kimika-, billi tagħti attenzjoni speċjali lill-elementi interstizjali bħall-ossiġnu, nitroġenu u karbonju li jaffettwaw kemm il-materjal huwa flessibbli u kemm jirreżisti l-korrużjoni. Il-materja prima titkejjel biex tiżgura li tkun dritta f'0.5 mm kull metru u li l-wisa 'dejjem tkun l-istess, f'medda ta' 0.1 mm. Id-dimensjonijiet finali tal-virga huma stabbiliti matul l-ewwel passi tal-magni, li jipproteġi wkoll il-wiċċ. Għodod li jaqtgħu u rati ta 'għalf ikkontrollati jintużaw fil-proċessi tat-tqattigħ biex iżommu l-ebusija tax-xogħol u l-ħsara fil-wiċċ għall-minimu. Qabel ma tinbidel il-wiċċ, isiru operazzjonijiet bħall-kamini, it-tħaffir għall-immuntar tal-ħardwer, u l-irfinar dimensjonali. Dan għaliex joħolqu tagħbijiet mekkaniċi u bidliet fil-wiċċ li jeħtieġ li jiġu ffissati minn trattamenti aktar tard.

L-istadji tat-trattament tal-wiċċ huma mwettqa fuq vireg lesti. L-ewwel, uża soluzzjonijiet alkalini sħan biex telimina kwalunkwe żejt u grass. L-aġitazzjoni ultrasonika tneħħi l-fluwidi tal-magni u l-immaniġġjar tar-residwi. Il-pickling bl-aċidu jelimina saffi ta' ossidu bl-użu ta'-aċidi b'konċentrazzjoni kkontrollata f'temperaturi partikolari u perjodi ta' immersjoni wara t-tneħħija tax-xaħam. L-ingredjenti tas-soluzzjoni tal-pickling u l-parametri tal-proċess jiddeterminaw il-kwalitajiet tal-wiċċ, u għalhekk għandhom jiġu regolati biex jissodisfaw ir-rekwiżiti. Wara li jiġu mnaddfin, sottostrati jgħaddu minn proċessar tas-sħana, attivazzjoni kimika, jew trattamenti mekkaniċi, skont id-disinn tal-elettrodu. Kull terapija ssegwi metodi ppruvati bi standards ta 'kwalità u parametri mmonitorjati. Ħasil ​​bir-reqqa jneħħi l-kontaminanti tal-proċess li jistgħu jidħlu fi proċeduri ta’ trattament sussegwenti. Wara l-modifika tal-wiċċ, is-sottostrat jilħaq jew jaqbeż il-kriterji tal-ħruxija, l-indafa u l-enerġija tal-wiċċ u jista 'jkun miksi.

Metodi ta 'dekompożizzjoni termali jintużaw biex japplikaw kisjiet ta' ossidu tal-metall imħallat li fihom komposti ta 'rutenju u iridju. Fuq is-sottostrati lesti, soluzzjonijiet prekursuri b'melħ tal-metall maħlul huma brush, sprejjati, jew dipped biex jagħmlu folji likwidi rqaq li jkopru l-uċuħ attivi kollha. L-uċuħ koperti huma mnixxfa f'temperaturi kkontrollati biex jeħles mis-solventi mingħajr ma jitkissru l-komposti tal-metall.

Meta l-prekursuri mnixxfa jiġu sparati f'temperaturi għoljin, jinbidlu f'kisjiet ta 'ossidu li jmexxu l-elettriku. L-isparar isir fi fran speċjali li jistgħu jikkontrollaw b'mod preċiż it-temperatura u l-għamla-tal-arja ta' ġewwa. Il-kisja ssir eħxen maż-żmien billi tgħaddi minn diversi rawnds ta 'applikazzjoni, tnixxif u ħruq. Kull saff huwa biss 1 sa 3 mikrometri ħxuna. L-akkumulazzjoni gradwali tagħmel kisjiet li huma densi u saħansitra, mingħajr l-istress cracking li jiġri b'applikazzjoni waħda ħoxna. Is-saff finali tal-kisi huwa ġeneralment bejn 8 u 15-il mikrometru, li jagħti biżżejjed attività katalitika u protezzjoni kontra l-korrużjoni mingħajr ma tuża wisq metall prezzjuż.

Qabel ma jintbagħtu, elettrodi lesti jgħaddu minn ħafna testijiet. L-ispezzjoni viżwali ssib difetti fil-kisi, il-verifika tad-dimensjonijiet tiżgura li jissodisfaw ir-rekwiżiti, u l-ittestjar elettriku jiċċekkja r-reżistenza tal-kisi u l-konduttività tas-sottostrat. L-ittestjar tal-ħajja aċċellerat f'kundizzjonijiet tax-xogħol simulati jista 'jbassar kemm xi ħaġa se taħdem tajjeb fil-qasam. L-istandards ta 'aċċettazzjoni huma bbażati fuq kemm huwa stabbli l-vultaġġ u kemm il-kisja twaħħal wara l-istess numru ta' sigħat ta 'użu.

L-ittestjar elettrokimiku f'soluzzjonijiet ta 'elettroliti standard jiċċekkja kemm il-kloru jiġi rilaxxat, il-vultaġġ taċ-ċellula f'ċerti livelli kurrenti, u l-attività elettrokimika tal-kisi. Dan il-kejl jagħtina punt tat-tluq għat-tqabbil tal-prestazzjoni fil-qasam, li jħallina nsibu kwalunkwe differenzi fil-manifattura malajr. Elettrodi biss li jissodisfaw l-istandards kollha ta 'prestazzjoni huma finalment ippakkjati u mibgħuta. Dan jiżgura li l-klijenti jiksbu oġġetti li jistgħu jaħdmu kif imwiegħed u jdumu kemm imwiegħed.