Għażla ta 'trab tal-metall sinterizzat: Għażliet ta' Titanju, Nikil u Stainless Steel

Il-kundizzjonijiet operattivi jiddefinixxu materjali fundamentali. Is-sistemi tal-elettroliżi tal-ilma PEM jiġġeneraw kundizzjonijiet korrużivi b'temperaturi għoljin u pH aċiduż. L-istabbiltà kimika tal-materjali tat-trab tal-metall sinterizzat għandha titjieb. Minħabba r-reżistenza elettrokimika tiegħu, it-trab tat-titanju huwa l-aħjar substrat għal dawn l-għanijiet. Anke f'ċirkostanzi severi aċidużi u ossidanti li jkissru metalli oħra, is-sustanza żżomm l-istruttura tagħha.

Is-sistemi ta' filtrazzjoni tal-gass industrijali b'temperatura għolja-jeħtieġu trabijiet ta' sinterizzazzjoni u temperatura-stabbli. Materjali bbażati fuq in-nikil-jistgħu jiffunzjonaw fit-tnaqqis ta' atmosferi sa 800 grad, u jagħmluhom xierqa għall-ipproċessar kimiku. Is-sinterizzazzjoni tat-trab tiddependi fuq il-forma tal-partiċelli. Filwaqt li l-partiċelli tondi jiffurmaw mudelli tal-pori saħansitra, il-partiċelli irregolari joħolqu strutturi aktar stretti u b'saħħithom.

L-ammont ta 'ossiġnu fit-trab tal-metall għandu effett kbir kemm fuq kemm imexxu tajjeb l-elettriku kif ukoll kemm jirreżistu l-korrużjoni. Trab tat-titanju b'inqas minn 0.15% ossiġnu jżomm il-konduttività naturali tal-materjal, li hija proprjetà importanti għall-użi elettriċi. Meta l-livelli ta 'ossiġnu jkunu għoljin, jiffurmaw saffi ta' ossidu protettivi li jwaqqfu lill-elettroni milli jiċċaqilqu, u dan jagħmel is-sistema inqas effiċjenti b'mod ġenerali. Uċuħ ta' trab ta' purità għolja-inaqqsu d-difetti kkawżati minn impuritajiet li jistgħu jikkawżaw il-bidu tal-korrużjoni.

Trabijiet li jissodisfaw rekwiżiti stretti ta 'purità huma meħtieġa għall-partijiet tal-elettrolizzatur PEM. It-tossini tat-traċċa bħall-karbonju, is-silikon u l-ħadid għandhom jibqgħu taħt il-100 parti għal kull miljun (ppm) biex iżommu l-katalizzaturi milli jiġu avvelenati u l-membrani milli jkissru malajr wisq. Il-metodu użat biex isir it-trab-atomizzazzjoni tal-gass, hydride-dehydride, jew plażma spheroidization-tiddetermina l-livell ta 'ndafa li jista' jintlaħaq u l-uniformità tad-daqs tal-partiċelli.

L-istruttura bażika tal-pori ta 'trab tal-metall sinterizzatelementi tal-filtru huwa stabbilit mid-distribuzzjoni tad-daqs tal-partiċelli tat-trab. Trabijiet fini li huma 5 sa 20 mikrometru fid-daqs jagħmlu strutturi densi b'pori li huma inqas minn mikrometru 1 fid-daqs, li huma tajbin għal filtrazzjoni ta 'preċiżjoni. Partijiet ta 'trab oħxon li huma 40 sa 80 mikrometru fid-daqs jagħmlu strutturi miftuħa li jħallu ħafna fluwidu jgħaddi minnhom. Strutturi tal-gradjent li jgħaqqdu l-filtrazzjoni tal-wiċċ b'kapaċità ta 'tagħbija fil-fond jistgħu jsiru billi jitħalltu bir-reqqa partijiet ta' daqs-differenti.

Matul il-proċess tas-sinterizzazzjoni, id-diffużjoni tal-istat solidu-iżżomm il-partiċelli tat-trab flimkien billi toħloq rabtiet metallurġiċi fil-punti fejn imissu. Ir-rati tas-sinterizzazzjoni huma mibdula skond id-daqs tal-partiċelli. Partiċelli iżgħar għandhom aktar enerġija tal-wiċċ u distanzi ta 'diffużjoni iqsar, li jippermettulhom jiġu pproċessati f'temperaturi aktar baxxi. Billi jkunu jafu dawn il-konnessjonijiet, il-produtturi jistgħu jsibu l-aħjar ċikli termali biex jilħqu l-għanijiet tal-porożità tagħhom filwaqt li jżommu l-forma tal-materjal u l-karatteristiċi mekkaniċi.

It-trab tat-titanju huwa reżistenti ħafna għal aċidi ossidanti, soluzzjonijiet ta 'klorur, u midja alkalina. Is-sustanza toħloq film ta 'ossidu protettiv waħedha, u tiffissa lilha nnifisha meta ssir il-ħsara. Dan iżommha stabbli matul iż-żmien f'ambjenti ħarxa. It-titanju huwa l-aħjar metall għal filtri tal-metall poruż sinterizzat fil-produzzjoni tal-klor-alkali, sistemi ta 'desalinizzazzjoni, u tagħmir għall-ġenerazzjoni tal-idroġenu minħabba din il-proprjetà.

Trabijiet tal-metall ibbażati fuq in-nikil u-nikil huma aktar reżistenti għal kundizzjonijiet ta' tnaqqis u soluzzjonijiet aċidużi. Il-kapaċità tan-nikil li jirreżisti l-fraġilità tal-idroġenu tagħmilha utli f'sitwazzjonijiet fejn il-gass tal-idroġenu huwa preżenti f'temperaturi għoljin. Trabijiet magħmula mill-istainless steel, speċjalment dawk bil-molibdenu, huma reżistenti għas-sadid f'firxa wiesgħa ta 'livelli ta' pH. Il-preżenza tal-kromju tagħmel saff passiv fuq il-wiċċ, iżda ma taħdimx tajjeb f'sitwazzjonijiet rikki tal-klorur-jew meta t-temperatura tkun għolja.

Kemm huma b'saħħithom l-istrutturi jiddependi mill-għamla tat-trab-, kemm il-partiċelli jeħlu flimkien, u kemm hemm toqob fl-istruttura. Fl-istess livell ta 'porożità, il-partijiet ta' l-istainless steel sinterizzat normalment ikollhom saħħiet tat-tensjoni ogħla minn partijiet tat-titanju ta 'l-istess daqs. B'30% porożità, it-trab tal-istainless steel tat-Tip 316L jista 'jintuża biex jagħmel strutturi b'qawwiet tat-tensjoni ogħla minn 200 MPa. Dawn l-istrutturi jistgħu jintużaw f'użi differenzjali ta'-pressjoni għolja.

Elementi sinterizzati tat-titanju jċedu ftit mis-saħħa assoluta tagħhom bi skambju biex ikunu eħfef u inqas probabbli li jissaddu. Is-saħħa tal-materjal-għal-proporzjon tad-densità tagħmilha utli meta l-piż huwa fattur importanti fid-disinn tas-sistema. Materjali bbażati fuq in-nikil-għandhom proprjetajiet mekkaniċi medji iżda jżommu s-saħħa tagħhom sew f'temperaturi għoljin. L-għażla tolqot taħlita bejn livelli ta 'pressjoni, kundizzjonijiet ta' tagħbija ċikliku, u l-abbiltà ta 'partijiet fil-qrib biex jimmaniġġjaw espansjoni termali.

L-ispejjeż tal-materjal għandhom effett kbir fuq l-ispiża totali tas-sistema tal-filtru, speċjalment meta tintuża fuq skala kbira. It-trab tal-azzar li ma jsaddadx huwa l-aktar għażla kost-effettiva minħabba li għandu katina tal-provvista-stabbilita sew u gradi standard. L-ispejjeż tat-trab tan-nikil jinbidlu mal-prezzijiet ta 'komoditajiet oħra, iżda xorta huwa faċli li tinkiseb għall-użu kummerċjali. Minħabba li huwa diffiċli li tinkiseb u jeħtieġ li jiġi ċċekkjat bir-reqqa għall-kwalità, it-trab tat-titanju ta'-purità għolja jiswa ħafna.

L-istudju tal-ispiża taċ-ċiklu tal-ħajja-spiss huwa raġuni tajba biex tuża l-aħħar-hightrab tal-metall sinterizzatmaterjali f'sitwazzjonijiet iebsa. F'elettrolizzatur PEM, element ta 'filtru tat-titanju jista' jdum għal ħames snin mingħajr ma jkun meħtieġ li jiġi sostitwit. Il-filtri tal-istainless steel, min-naħa l-oħra, jeħtieġ li jiġu servis kull sena jew jieqfu jaħdmu wkoll wara l-istess ammont ta 'żmien. Il-matematika trid tqis l-ispiża tas-sostituzzjoni, iż-żmien li s-sistema tinżel, u kif it-telf tal-prestazzjoni jaffettwa l-effiċjenza ġenerali tal-proċess.

Għall-użi tal-enerġija tal-idroġenu li jużaw l-elettroliżi PEM, il-materjal bażi jeħtieġ li jkun trab tat-titanju ta'-purità għolja b'ossiġnu baxx. Anke ammonti żgħar ta 'prodotti ta' korrużjoni jistgħu jidħlu f'assemblaġġi ta 'elettrodi tal-membrana f'dawn is-sistemi, li jħaffef il-proċess ta' tqassim. Għall-aħjar kuntatt elettriku permezz tas-saff tat-trasport poruż, it-trab għandu jkun mill-inqas 99.7% pur u jkollu livell ta 'ossiġnu taħt 0.15%.

F'postijiet fejn il-kimiċi jiġu pproċessati, u hemm taħlita ta' aċidi, skrins ibbażati fuq it-titanju-jaħdmu tajjeb għaliex jistgħu jimmaniġġjaw kemm kundizzjonijiet ossidanti kif ukoll dawk li jnaqqsu. Materjali użati fil-produzzjoni farmaċewtika għandhom jilħqu l-istandards tal-bijokompatibilità u jkunu jistgħu jiġu sterilizzati kompletament mingħajr ma jitkissru. Għall-filtrazzjoni tal-ikel u x-xorb, għandek bżonn trabijiet tal-istainless steel li jissodisfaw l-istandards tal-FDA u għandhom uċuħ elettropolished li jżommu l-batterji milli jikbru.

Il-firxa tat-temperatura operattiva għandha titqies meta tagħżel il-materjal għall-element tal-filtru. It-titanju jibqa' strutturalment stabbli sa 300 grad f'ambjenti ossidanti qabel ma l-porożità tiġi affettwata minn ammonti kbar ta 'tkabbir ta' ossidu. Materjali bbażati fuq in-nikil-jistgħu jaħdmu f'temperaturi sa 800 grad f'ambjenti kkontrollati, li huwa tajjeb għall-ipproċessar taż-żejt mhux raffinat li jeħtieġ li jiffiltra gassijiet f'temperaturi għoljin.

Pressjonijiet differenti jpoġġu stress mekkaniku fuq oġġetti li huma dgħajfa. Biex tikseb is-saħħa kompressiva t-tajba mingħajr ma titlef il-permeabilità, il-gradi tat-trab u l-parametri tas-sinterizzazzjoni għandhom jintgħażlu bir-reqqa għal użi bi pressjonijiet 'il fuq minn 10 bar. Kemm materjal jaħdem tajjeb f'ċerti sitwazzjonijiet huwa bbażat fuq kif il-pori tiegħu huma daqs, kemm huma ħoxnin il-ħitan tiegħu, u kemm pressjoni jiflaħ.

It-titanju għandu konduttività elettrika ta 'madwar 2.4 miljun Siemens kull metru, li jgħin lill-elettroni jimxu malajr permezz ta' sistemi elettrolitiċi. Din il-kwalità hija importanti ħafna għall-kolletturi tal-kurrent fl-elettrolizzaturi, fejn it-telf tar-reżistenza għandu effett dirett fuq kemm tintuża tajjeb l-enerġija. Matul il-proċess tas-sinterizzazzjoni, trab tat-titanju ta '-ossiġnu baxx iżomm din il-konduttività, u jagħmel modi biex kemm l-elettroni kif ukoll il-joni jiċċaqilqu.

Il-konduttività ta 'l-istainless steel hija madwar l-istess, iżda tista' titħammeġ f'kundizzjonijiet elettrolitiċi. Meta l-ħadid jinħall f'potenziali anodiċi, ivvelena s-saffi tal-katalist u jbaxxi l-prestazzjoni tal-membrana maż-żmien. In-nikil huwa konduttur tajjeb u elettrokimikament stabbli f'ambjenti alkalini, iżda jissaddad malajr f'settings PEM aċidużi. L-għażla tal-materjal għandha taqbel mal-kimika u l-potenzjal operattiv tas-sistema.

Biex iżomm l-ossiġnu milli jidħol fit-trab tat-titanju waqt l-ipproċessar tas-sħana, jeħtieġ li jiġi sinterizzat f'vakwu jew f'atmosfera newtrali. Skont id-daqs tal-partiċelli u d-densità li tkun trid, it-temperaturi tas-sinterizzazzjoni huma ġeneralment bejn 1100 grad u 1250 grad. Minħabba li l-materjal għandu punt ta 'tidwib għoli, jeħtieġ tagħmir speċjali tal-forn li jista' jżomm it-temperatura kkontrollata b'mod preċiż fuq ċikli termali twal.

F'temperaturi bejn 1000 grad u 1150 grad, idroġenu jew atmosferi tal-ammonja maħlula jaħdmu tajjeb għas-sinterizzazzjoni tat-trab tal-istainless steel. Fin-negozju tal-metallurġija tat-trab, l-ipproċessar huwa prattika normali, b'parametri stabbiliti u teknoloġija li hija faċilment disponibbli. Biex iżżomm il-materjali bbażati fuq in-nikil-ossidazzjoni u biex tiġi evitata-sinterizzazzjoni żejda, li teħles mill-porożità, il-punt tan-nida fl-atmosfera jeħtieġ li jiġi kkontrollat ​​bir-reqqa.

Mill-ħidma fil-qasam, nafu li titanjutrab tal-metall sinterizzatelementi tal-filtru fl-elettrolizzaturi PEM jibqgħu jaħdmu tajjeb għal aktar minn 40,000 siegħa bi ftit tibdil. Materjali oħra ma jistgħux jifilħu għall-għeluq tat-toqba, l-erożjoni mekkanika u l-attakk kimiku, iżda dan il-materjal jista '. It-tindif ta 'spiss b'soluzzjonijiet ta' aċidu dgħajjef iġib lura l-permeabilità oriġinali mingħajr ma jweġġa 'l-istruttura tas-sottostrat.

Partijiet ta 'l-istainless steel li jintużaw f'ambjenti industrijali inqas ħorox normalment idumu bejn 10,000 u 20,000 siegħa qabel ma jeħtieġu li jiġu sostitwiti. Il-korrużjoni tbiddel il-forma tal-pori maż-żmien u żżid il-kontaminazzjoni għall-flussi tal-proċess. Il-filtri bbażati fuq in-nikil-idumu aktar fis-sistemi alkalini, iżda jeħtieġ li jiġu ċċekkjati għall-fraġilità tal-idroġenu meta jintużaw b'idroġenu ta'-pressjoni għolja.

Biex tagħmel element ta 'filtru tajjeb, għandek bżonn tibda bi speċifikazzjonijiet dettaljati tat-trab li jiddeskrivu d-distribuzzjoni tad-daqs tal-partiċelli, il-forma, l-għamla kimika u l-proprjetajiet tal-fluss. Il-firxa tad-daqs tal-partiċelli taffettwa d-daqsijiet tal-pori li jistgħu jsiru. Pereżempju, strutturi b'dijametri tal-pori medjani ta '20-40 mikrometru huma magħmula minn distribuzzjoni bimodali li tinkludi partijiet ta' 10 mikrometru u 50 mikrometru. Distribuzzjonijiet usa' jagħmlu strutturi strutturati b'permeabilità aħjar, filwaqt li distribuzzjonijiet dojoq jagħmlu netwerks regolari tal-pori.

Il-forma tat-trab taffettwa kemm jippakkja b'mod dens u kif sinterizzat. Meta l-atomizzazzjoni tal-gass tintuża biex tagħmel partiċelli, il-partiċelli b'forma ta' sfera-għandhom proprjetajiet ta 'fluss kbir u kompatt uniformi, filwaqt li l-partiċelli irregolari joħolqu interlocking mekkaniku li jżid is-saħħa tal-materjal aħdar qabel ma sinterizza. Il-kimika tal-wiċċ tbiddel ir-rata li biha jseħħ is-sinterizzazzjoni.

Regoli stretti ta 'kontroll tal-kwalità tat-trab huma meħtieġa biex jiġi żgurat li l-elementi tal-filtru kollha jkunu l-istess minn lott ta' produzzjoni għal ieħor. Id-diffrazzjoni tal-lejżer tintuża biex tkejjel id-daqs tal-partiċelli ta 'kull lott ta' trab biex tiżgura li l-fatturi tad-distribuzzjoni jibqgħu fil-meded aċċettabbli. L-ispettroskopija tal-plażma akkoppjata b'mod induttiv tintuża għall-analiżi kimika biex tikkonferma l-kompożizzjoni elementali u ssib ammonti żgħar ta 'kontaminanti li jistgħu jaffettwaw il-prestazzjoni.

L-ittestjar tar-rata tal-fluss permezz ta 'toqob standard jiċċekkja kif it-trab jiġi mmaniġġjat, li jaffettwa kemm id-die hija mimlija u kompatta b'mod uniformi. Il-kejl tad-densità apparenti u d-densità tal-vit jagħtina punt tat-tluq biex insemmu l-pressjoni tal-kompattazzjoni. Biex tiżgura li d-densità ħadra, ir-rispons tas-sinterizzazzjoni u l-kwalitajiet tal-parti lesti huma l-istess f'eluf ta 'unitajiet ta' produzzjoni, il-proprjetajiet tat-trab għandhom jinżammu f'tolleranzi stretti.

Formulazzjonijiet ta 'trab apposta li jtejbu ċerti karatteristiċi ta' prestazzjoni huma ta 'għajnuna għal użi eżiġenti. Saffi differenti ta 'trab b'partiċelli ta' daqs-differenti huma użati fi strutturi gradjent biex jiffiltraw il-wiċċ u jsostnu l-istruttura. Is-saffi ta' trab-fin fuq nett jagħtu rati ta' żamma preċiżi, u s-saffi ta' trab-oħxon fil-qiegħ jagħtu qawwa u saħansitra distribuzzjoni tal-fluwidu.

It-tibdil ta 'ċerti kwalitajiet ta' liga jagħmilhom aħjar. Pereżempju, iż-żieda tal-molibdenu mat-trab tan-nikil tagħmilha inqas probabbli li sadid f'ambjenti aċidużi, u ż-żieda tal-kromju mat-titanju tagħmel ligi aktar b'saħħithom li jibbies permezz tal-preċipitazzjoni. Dawn il-bidliet fil-formulazzjoni jeħtieġu ħafna ttestjar biex jiġi żgurat li jaħdmu fil-kundizzjonijiet it-tajba għall-applikazzjoni f'termini ta 'mġieba tas-sinterizzazzjoni, proprjetajiet mekkaniċi, u stabbiltà fit-tul-.