Электроды по титану: Сварка титана электродом — Ручная дуговая сварка — ММA

alexxlab

Содержание

Электроды титановые — цена за 1 кг

  • Электроды титановые оптом

    от 559 000 за тн

    Россия

    Купить

  • Промо

    Размер 2

    от 2 300 ₽ RUB за кг

    +7 (800) 555-91-54 Звонок по России бесплатный, +7 (343) 288-77-15

    • ✓ В наличии
    • Заказать
  • metalloprokat.ru\/tsvetmet_metiz\/elektrodi_tsvetmet\/electrod-titan\/"}»>

  • Промо

    Размер 4

    от 4 600 ₽ RUB за кг

    Электроды титановые это сварочные материалы, выполненные в виде стержня из титана высокого качества. Электроды титановые активно используются для подвода тока к изделию из металла для сварки.

    7 (499) 450-39-91, +7(800) 600-43-65

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Промо

    Размер 6

    1 725 000 ₽ RUB за тн

    Электроды титановые металлический стержень из электропроводного материала, предназначенный для подвода тока к свариваемому изделию.

    7 (800) 500-73-02 доб. Звонок по России бесплатный, +7-343-304-61-03 доб. Екатеринбург

    • ✓ В наличии
    • Заказать
  • metalloprokat.ru\/tsvetmet_metiz\/elektrodi_tsvetmet\/electrod-titan\/"}»>

  • Размер 2

    17 ₽ RUB за кг

    +7 499 322 12 21

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Размер 3

    2 500 ₽ RUB за кг

    Лайф-Мед (Лайф-Мет, Лайф Металл)

    Казань

    +7 (843) 590-22-92, 590-23-01, 249-10-42

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Промо

    Оптом, в розницу

    1 200 ₽ RUB за кг

    Компания ООО М-ЧЕЛ занимается продажей Черного, Нержавеющего и Цветного проката, а также Трубопроводной арматурой. На наших складах храниться порядка 50000 типоразмеров продукции.

    Компания М-ЧЕЛ

    Челябинск

    +7 (351) 223-80-99

    • ✓ В наличии
    • Заказать
  • metalloprokat.ru\/tsvetmet_metiz\/elektrodi_tsvetmet\/electrod-titan\/"}»>

  • Промо

    Размер 1.6

    4 735 ₽ RUB за кг

    Купить электрод титановый для сварки 1,6 мм СП2В в Екатеринбурге по цене производителя ООО «Снабтехмет».

    +7 (343) 339-47-65

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Размер 2

    цена договорная

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Промо

    Размер 2

    1 955 ₽ RUB за кг

    Электроды титановые ВТ1-00 — это металлический или неметаллический стержень из электропроводного материала, предназначенный для подвода тока к свариваемому изделию.

    ПО Трубное решение

    Новосибирск

    8 (800) 500-69-53

    • ✓ В наличии
    • Заказать
  • metalloprokat.ru\/tsvetmet_metiz\/elektrodi_tsvetmet\/electrod-titan\/"}»>

  • Промо

    Размер 10

    2 340 000 ₽ RUB за тн

    Электрод титановый 10 ВТ1-0 с доставкой в любую точку Екатеринбурга и других городов от НПК «Специальная металлургия».

    НПК Специальная металлургия

    Екатеринбург

    +7 (343) 288-53-42, +7 (800) 500-17-53

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Промо

    Размер 6

    цена договорная

    +7 (800) 555-91-54 Звонок по России бесплатный, +7 (343) 288-77-15

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Промо

    Размер 8

    от 1 725 ₽ RUB за кг

    Электроды титановые это сварочные материалы, выполненные в виде стержня из титана высокого качества. Электроды титановые активно используются для подвода тока к изделию из металла для сварки.

    7 (499) 450-39-91, +7(800) 600-43-65

    • ✓ В наличии
    • Заказать
  • metalloprokat.ru\/tsvetmet_metiz\/elektrodi_tsvetmet\/electrod-titan\/"}»>

  • Промо

    Размер 4

    3 574 284 ₽ RUB за тн

    Электроды титановые металлический стержень из электропроводного материала, предназначенный для подвода тока к свариваемому изделию.

    7 (800) 500-73-02 доб. Звонок по России бесплатный, +7-343-304-61-03 доб. Екатеринбург

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Размер 3

    17 ₽ RUB за кг

    +7 499 322 12 21

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Размер 2

    2 500 ₽ RUB за кг

    Лайф-Мед (Лайф-Мет, Лайф Металл)

    Казань

    +7 (843) 590-22-92, 590-23-01, 249-10-42

    • ✓ В наличии
    • Заказать
  • metalloprokat.ru\/tsvetmet_metiz\/elektrodi_tsvetmet\/electrod-titan\/"}»>

  • Промо

    Размер 10

    2 321 ₽ RUB за кг

    Купить электрод титановый для сварки 10 мм ВТ1-0 в Екатеринбурге по цене производителя ООО «Снабтехмет».

    +7 (343) 339-47-65

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Промо

    Размер 4

    4 025 ₽ RUB за кг

    Электроды титановые 7М — это металлический или неметаллический стержень из электропроводного материала, предназначенный для подвода тока к свариваемому изделию.

    ПО Трубное решение

    Новосибирск

    8 (800) 500-69-53

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Промо

    Размер 2

    559 000 ₽ RUB за тн

    Электрод титановый 2 ВТ1-00 с доставкой в любую точку Екатеринбурга и других городов от НПК «Специальная металлургия».

    НПК Специальная металлургия

    Екатеринбург

    +7 (343) 288-53-42, +7 (800) 500-17-53

    • ✓ В наличии
    • Заказать
  • metalloprokat.ru\/tsvetmet_metiz\/elektrodi_tsvetmet\/electrod-titan\/"}»>

  • Промо

    Оптом, в розницу

    1 090 ₽ RUB за кг

    Сварочный электрод представляет собой неметаллический или металлический стержень, выполненный из проводящего материала и предназначенный для подведения электрического тока к свариваемому изделию.

    +7 (800) 555-91-54 Звонок по России бесплатный, +7 (343) 288-77-15

    • ✓ В наличии
    • Заказать

  • Промо

    Размер 3

    от 4 025 ₽ RUB за кг

    Электроды титановые это сварочные материалы, выполненные в виде стержня из титана высокого качества. Электроды титановые активно используются для подвода тока к изделию из металла для сварки.

    7 (499) 450-39-91, +7(800) 600-43-65

    • ✓ В наличии
    • Заказать

Не нашли что искали?

  • У нас есть еще 17 компаний, которые торгуют электродами титановыми .
  • Отправьте заявку на электроды титановые , мы найдем вам поставщика.

Сварка титана

Титан отличается высокой прочностью (267–337 МПа) при плотности 4,5 г/см3 и температуре до 450–500°С, высокой устойчивостью к коррозии во многих агрессивных средах. Сплавы титана с примесями легирующих элементов (алюминия, хрома, марганца, ванадия, олова и др.) обладают еще большей прочностью (до 1000–1400 МПа) при достаточной пластичности и широко применяются в качестве конструкционного материала для судо- и машиностроения, авиационной и ракетной техники, приборостроения, химического машиностроения, а также в других отраслях промышленности.

Титан имеет одну из двух основных стабильных фаз (аллотропических модификаций), характеризующихся строением кристаллической решетки:

  • α-титан с гексагональной кристаллической решеткой (мелкозернистой структурой) при температуре до 882°С;
  • β-титан с объемно центрированной кристаллической решеткой (крупнозернистой структурой) при температуре выше 882°С.

При температуре 882°С у титана изменяется структура кристаллической решетки с одной на другую (происходит полиморфное превращение).

Ряд легирующих элементов и примесей, называемых α-стабилизаторами (алюминий, азот, олово, кислород и др.), увеличивают температуру полиморфного превращения титана и, таким образом, стабилизируют α-фазу и расширяют область α-титана. Легирующие элементы, называемые β-стабилизаторами (хром, молибден, ванадий, марганец), способствуют сохранению β-титана при уменьшении температуры.

К α-сплавам относятся технический титан ВТ1, а также сплавы ВТ5 и ВТ5-1. Они пластичны, термообработкой не упрочняются и обладают хорошей свариваемостью.

К двухфазным α+β-сплавам относятся сплавы ОТ4, ВТ3, ВТ4, ВТ6, ВТ8, ВТ14. Двухфазные сплавы с малым количеством β-стабилизаторов (например, сплавы ОТ4) термически не упрочняются и хорошо свариваются, а сплавы, где β-структура может сохраняться при охлаждении до комнатной температуры (например, сплавы ВТ6 и ВТ14), термически упрочняются и свариваются хуже. За счет термической обработки (закалки и искусственного старения) их прочность может быть доведена до 1400 МПа при удовлетворительной пластичности.

Сплавы с β-фазой, например, ВТ15, упрочняются термической обработкой и свариваются хуже. Они склонны к росту зерен и возникновению холодных трещин.

Трудности при сварке титана и способы решения

Основные трудности при сварке титана обусловлены его высокой химической активностью по отношению к газам (кислороду, азоту, водороду) при нагреве и расплавлении.

При комнатной температуре титан взаимодействует с кислородом, стабилизирующим α-фазу, по реакции Ti+O2 = TiO2 с образованием поверхностного слоя с большой твердостью – альфинированного слоя, – который предохраняет титан от дальнейшего окисления. При нагреве до температуры 350°С и выше титан активно поглощает кислород, образуя различные окислы (от Ti6O до TiO2) с высокими твердостью, прочностью и низкой пластичностью. По мере окисления оксидная пленка меняет окраску от желто-золотистой до темно-фиолетовой, переходящей в белую. Эти цвета в околошовной зоне характеризуют качество защиты металла при сварке.

При температуре выше 500°С титан активно взаимодействует с азотом с образованием нитридов, повышающих твердость и прочность металла, но снижающих его пластичность. Перед сваркой следует полностью удалять поверхностный слой титана, насыщенный повышенным количеством кислорода (альфинированный слой) и азота, поскольку при попадании частиц данного слоя в сварной шов металл становится хрупким, появляются холодные трещины. Допустимое содержание азота в титане составляет до 0,05%, кислорода – до 0,15%.

Водород даже в небольшом количестве значительно ухудшает свойства титана. Он активно поглощается титаном при температуре 200–400°С. С повышением температуры водород начинает выделяться из титана и сгорает. При более низких температурах содержание водорода также снижается, однако гидриды титана TiH2 способствуют образованию пор и замедленному разрушению титана – возникновению холодных трещин спустя длительное время после сварки. Допустимое содержание водорода в титане составляет до 0,01%.

Тщательная защита от насыщения металла газами требуется не только для расплавленного металла, но также для участков твердого металла с температурой 400°С и выше. Как правило, это обеспечивается за счет использования флюсов, металлических и флюсовых подкладок, специальных защитных газовых подушек. О надежной защите свидетельствует блестящая поверхность металла после сварки, о плохой защите – желто-голубая окраска, серые налеты.

Сварка титана и его сплавов выполняется присадочным металлом, близким по составу к основному металлу, например, проволокой ВТ1-00. Обычно перед сваркой проволока подвергается вакуумному (диффузионному) отжигу для удаления водорода. Кромки подготавливают механическим путем, плазменной или газокислородной резкой с последующим удалением насыщенного газами металла кромок механической обработкой. Поверхности кромок и прилегающего основного металла, а также сварочной проволоки тщательно очищают травлением или механическим путем.

Титан обладает низкой теплопроводностью, в связи с чем стыковые швы, получаемые при сварке плавящимся электродом в среде аргона, имеют характерную конусовидную форму с глубоким проплавлением. Поэтому для некоторых конструкций требуется наложение дополнительных швов по краям основного шва (галтельных швов) или сварка в среде гелия для получения более широкого шва.

Основные способы сварки титана и его сплавов:

  • дуговая сварка в среде инертных газов неплавящимся и плавящимся электродом;
  • дуговая сварка под флюсом;
  • электрошлаковая сварка;
  • электронно-лучевая сварка;
  • контактная сварка.

Дуговая сварка титана в среде инертных газов

Дуговая сварка титана в среде инертных газов может выполняться неплавящимся иттрированным или лантанированным вольфрамовым электродом (ручная или механизированная сварка) и плавящимся электродом (полуавтоматическая или автоматическая сварка). В качестве инертных газов применяют аргон высшего сорта, гелий высокой чистоты или смеси аргона с гелием.

Защита металла в процессе сварки может осуществляться следующими способами:

  • на воздухе с подачей инертного газа из сопел со специальными удлиненными насадками (до 50 см) для увеличения зоны защиты и подачей газа с обратной стороны сварного шва через специальные подкладки;
  • на воздухе с помощью местных камер-насадок, защищающих зону сварки и часть свариваемого узла; при этом обратная сторона шва может быть защищена за счет подачи газа через подкладки;
  • путем помещения всего свариваемого узла в герметичную камеру с контролируемой атмосферой.

В герметичную камеру с контролируемой атмосферой также помещают сварочную оснастку, горелку и наполняют инертным газом. Она может иметь иллюминаторы или прозрачную оболочку и встроенные рукавицы для сварщика. Для крупных ответственных изделий используют камеры большого размера, оборудованные необходимыми устройствами и предназначенные для работы внутри них сварщиков в скафандрах.

Наибольшей популярностью пользуется сварка титана вольфрамовым электродом на воздухе. Ее выполняют на обычных установках для автоматической аргонодуговой сварки неплавящимся электродом на постоянном токе прямой полярности. На сварочной горелке закрепляется специальная насадка для защиты инертным газом от воздуха участков металла с температурой 250–300°С и выше. Размеры этих участков, как правило, определяются расчетами по формулам распространения тепла в металлах при сварке. Наилучшая защита достигается при помещении в насадку сетчато-пористого материала для обеспечения ламинарного потока инертного газа. Обратную сторону шва защищают с применением специальных насадок и подкладок.

Аргонная сварка вольфрамовым электродом титановых деталей толщиной 0,5–1,5 мм выполняется встык без зазора и без подачи присадочного прутка, а толщиной более 1,5 мм – с подачей присадочного материала. Проволоку предварительно подвергают вакуумному отжигу в течение 4 ч при температуре 900–1000°С. При зачистке поверхностей кромок свариваемых деталей и прилегающего металла, а также проволоки необходимо снять альфированный слой, насыщенный кислородом.

Таблица. Рекомендуемые режимы аргонной сварки титановых листов вольфрамовым электродом (скорость подачи аргона через горелку 13–18 л/мин, с обратной стороны сварного шва – 2–2,5 л/мин)

Толщина металла (мм)Диаметр (мм)Сила тока (А)Скорость сварки (м/ч)
вольфрамового электродаприсадочной проволоки
0,3–0,71,6–4055
0,8–1,21,6–60–8040–50
1,5–2,02,02,0–2,580–12035–40
2,5–3,53,02,0–2,5150–20035–40

Ручная аргонная сварка вольфрамовым электродом выполняется «углом вперед» на короткой дуге без колебательных движений сварочной горелки. Между электродом и присадочным материалом поддерживается угол в 90°. При обрыве дуги, а также после окончания сварки необходимо подавать аргон до тех пор, пока температура металла не станет ниже 400°С.

При аргонодуговой сварке титана толщиной свыше 4 мм обычно используется V-образная, X-образная или рюмкообразная разделка кромок. Для повышения производительности сварки вольфрамовым электродом применяются следующие способы:

  • сварка погруженной дугой;
  • сварка сквозным проплавлением;
  • импульсно-дуговая сварка;
  • сварка по флюсу;
  • сварка присадочной порошковой проволокой;
  • сварка в щелевую разделку;
  • сварка с магнитным перемешиванием сварочной ванны
  • и др.

Сварка погруженной дугой (когда конец электрода размещен ниже поверхности свариваемого металла) на больших токах позволяет сваривать за один проход без разделки кромок титан и его сплавы толщиной до 15 мм. При сварке сквозным проплавлением возможно сваривать за один проход титан и его сплавы толщиной 12 мм.

С помощью импульсно-дуговой сварки (когда подача тока в зону дуги осуществляется кратковременными импульсами) можно в более широком диапазоне изменять размеры шва, уменьшать уровень остаточных напряжений, снижать деформации сварных конструкций, уменьшать зону термического влияния, а также уменьшать размеры кристаллитов и пористость в сварном шве.

При сварке по флюсу-пасте типа АН-ТА, наносимому тонким слоем на поверхность кромок свариваемых деталей, на меньших токах можно сваривать без разделки кромок металл толщиной до 12 мм. Данная технология позволяет увеличить глубину проплавления, снизить деформации сварных конструкций, изменять форму провара, уменьшить зону термического влияния, снизить вероятность образования пор и прожогов. Такими же преимуществами обладает и сварка порошковой проволокой с флюсом в качестве наполнителя.

При сварке с магнитным перемешиванием металла сварочной ванны с помощью внешнего магнитного поля уменьшаются химическая неоднородность и пористость металла шва. При сварке в щелевую разделку (по узкому зазору) снижается расход дорогих и дефицитных материалов и увеличивается производительность.

Сварка плавящимся электродом (проволокой) выполнятся при толщине титана и его сплавов свыше 3 мм в нижнем положении на постоянном токе обратной полярности на режимах, которые обеспечивают мелкокапельный перенос электродного металла.

Таблица. Режимы сварки титана и его сплавов плавящимся электродом (проволокой) в инертных газах

Диаметр электрода (мм)Сварочный ток (А)Напряжение дуги (В)Толщина стыковых соединений, свариваемых без разделки кромок (мм)Скорость сварки (м/ч)Вылет электрода (мм)Расход газа (л/мин)
в аргоне
0,6–0,8150–25022–244–830–4010–1420–30
1,0–1,2280–32024–285–1030–4017–2025–35
1,6–2,0340–52030–348–1220–2520–2535–45
3,0480–75032–3414–3418–2230–3540–50
4,0680–98032–3616–3616–1835–4050–60
5,0780–120034–3816–3614–1640–4550–60
в гелии
0,6–0,8150–25028–324–630–4010–1430–40
1,0–1,2280–32032–364–830–4017–2035–45
1,6–2,0340–52038–405–1020–2520–2570–90
3,0480–75042–4810–2818–2230–3580–100
4,0680–98046–5012–3216–1840–50100–120
5,0780–120046–5212–3214–1645–55100–120

Для уменьшения пористости и увеличения ширины сварного шва применяют смесь аргона с гелием (обычно 20% аргона и 80% гелия) или чистый гелий.

Для повышения производительности сварки титана и его сплавов плавящимся электродом в среде инертных газов используют предварительный подогрев проволоки проходящим током и импульсно-дуговую сварку (позволяющую, например, в полуавтоматическом режиме при уменьшении погонной энергии сварки в 2–2,5 раза увеличить производительность в 2–3 раза), а также сварку в щелевую разделку (позволяющую сократить расход дорогих материалов).

Дуговая сварка титана под флюсом

Титан и его сплавы можно сваривать под бескислородными флюсами АНТ-1, АНТ-3 при толщине металла 2,5–8 мм и АНТ-7 для металла большей толщины. Перед сваркой флюс прокаливается при температуре 200–400 °С, чтобы содержание влаги в нем не превышало 0,05% по массе. Сварка выполняется на стандартном оборудовании на постоянном токе обратной полярности.

Получаемые сварные соединения не уступают по прочности и пластичности основному металлу и имеют более мелкозернистую структуру, чем при сварке в инертных газах. Данный способ экономически эффективен для металла толщиной более 6–8 мм.

Таблица. Режимы сварки титана и его сплавов плавящимся электродом (проволокой) под флюсом АНТ-1 (скорость сварки составляет 50 м/ч)

Толщина металла (мм)Диаметр электродной проволоки (мм)Сила тока (А)Напряжение (В)Скорость подачи сварочной проволоки (м/ч)
односторонняя сварка на остающейся подкладке
2–2,52190–22034–36167–175
4–4,52300–32034–38221–239
4–53310–34030–3295–111
двусторонняя сварка
83310–37030–32135–140
103340–36030–32150–155
123350–40030–32160–165
153390–42030–32175–180

Электрошлаковая сварка титана

При электрошлаковой сварке титана и его сплавов применяют пластинчатые электроды того же состава, что и свариваемый металл, толщиной 8–12 мм и шириной, равной толщине свариваемой детали. Используются тугоплавкие флюсы АНТ-2, АНТ-4, АНТ-6, которые необходимо предварительно прокалить при температуре 200–400 °С, чтобы содержание влаги во флюсе не превышало 0,05% по массе. Для защиты остывающего металла и шлаковой ванны от воздуха в зазор между водоохлаждаемыми ползунами и деталью подается аргон из расчета 5–12 л/мин при толщине металла 30–120 мм.

Получаемые сварные соединения по свойствам близки к основному металлу и имеют крупнокристаллическую структуру. Электрошлаковая сварка эффективна для титановых деталей толщиной свыше 40 мм.

Таблица. Режимы электрошлаковой сварки титановых поковок пластинчатым электродом с применением флюса АНТ-2 (напряжение составляет 16–18 В)

Толщина металла (мм)Толщина пластинчатого электрода (мм)Зазор (мм)Сила тока (А)
30–508–1023–251200–1600
50–808–1023–251600–2000
80–10010–1224–262000–2400
100–12010–1224–262400–2800

Электронно-лучевая сварка титана

Электронно-лучевая сварка титана и его сплавов обеспечивает мелкозернистую структуру сварного шва и надежную защиту металла от газов. Она используется для толщин до 160 мм. В ряде случаев для предотвращения появления пор и несплошностей применяется сварка с горизонтальным размещением луча.

Титановые электроды для сварки

Легкие и прочные титановые сплавы находят широкое применение благодаря стойкости к коррозии, прочности. Сварка титана усложняется химической активностью горячего металла, он одновременно реагирует с компонентами воздуха: кислородом, азотом, водородом, образуя непластичные соединения, ухудшающие качество шва.

Особенности сварки титана и его сплавов

При работе шов необходимо защищать с обеих сторон. Защитным флюсом покрывают зону прогрева около ванны расплава. Важно правильно подготовить кромки. Долго их не прогревают, титан начинает реагировать с водородом при 250°С. Чтобы сваривать в домашних условиях детали из титана, необходимо контролировать температуру, при 400°С титановый сплав способен воспламениться при доступе кислорода.

Для защиты титана в рабочей зоне используют:

  • металлические накладки;
  • флюсовые составы;
  • газовые подушки, их создают с помощью насадочных камер.

При соединении труб делают заглушки, заполняют участок защитной атмосферой. Сплавы ВТ1–ВТ5 варить легче, шов получается плотным. При работе со сплавами ВТ15–ВТ22 применяют метод отжига швов для повышения их прочности.

Технология сварки

Подготовка состоит из зачистки кромок, окислы снимают на расстоянии до 2 см от кромки, и обезжиривания (нужно протирать титан в перчатках, чтобы от пальцев не оставалось следов). Затем металл протравливают горячей смесью (60°С) соляной кислоты (в 650 мл растворяют 350 мл) и фторида натрия (50 г). Состав наносится на 10 минут.

Для сварки титана и его сплавов используют:

  • холодный метод;
  • дуговой с использованием электродов;
  • контактный;
  • лучевой.
  • Рассмотрим их подробней.

Ручная дуговая сварка

Используют тугоплавкий электрод на основе вольфрама (с итрированной или лантановой обмазкой). Его необходимо заточить под углом 45°. Сила тока удерживается на уровне 90–100 ампер. Тонкие изделия до 1,5 мм соединяют встык без присадки, остальные – с подачей прутка. Присадку по составу выбирают под сплав, перед работой ее отжигают в вакууме – удаляют водород. В герметичной упаковке она сохраняет свои свойства до 5 суток.

Максимальный ток при работе с 4 мм деталями – 140 А, 10 мм – до 200 А.

Аргонодуговая сварка титановых сплавов автоматом или полуавтоматом плавящимися электродами эффективна при использовании насадок, локализующих защитную атмосферу в нужной зоне. При ручной сварке титана аргоном:

  • нужен ток постоянной полярности напряжением от 10 до 15В;
  • электрод направляется вперед под углом;
  • скорость образования шва – не меньше 2–2,5 мм/сек;
  • присадка подается перпендикулярно;
  • шов формируется на короткой дуге точными движениями;
  • до охлаждения шов обдувается аргоном.

Расход инертного газа в минуту с внешней стороны 5–8 л, с обратной поверхности стыка достаточно 2 л/мин.

Электрошлаковая сварка

Применяется для толстостенных и кованых деталей из титановых сплавов, легированных алюминием и оловом. Рабочие параметры тока (варьируются в зависимости от толщины детали):

  • сила от 250 до 330А;
  • напряжение — 24-38В.

Такую нагрузку способен обеспечить мощный трансформатор. На металл наносят флюс марки АН–Т2, при разогреве он образует шлаковую ванну. Инертная атмосфера снижает риск самовозгорания металла, в аргоне стык находится до полного остывания. Расход защитного газа до 8 л/мин. Шов получается за счет использования пластинчатых титановых электродов сечением 12х60 мм или круглыми 8 мм. Прочность такого соединения значительно ниже, чем у титана, теряется до 2/3 пластичности.

Контактная сварка

Варить титан токоподающими электродами, образующими дугу внутри металла, можно несколькими способами:

  1. Встык соединяют элементы с площадью сечения от 150 до 104мм2. Сила постоянно тока от 1,5 до 50А, максимальный вылет электродов – 20 см.
  2. Точечно, способ применим для соединения титанового сплава внахлест. Получается прочный, но не герметичный шов. В зависимости от толщины листов сила сжатия электродов – от 1,9 до 6,8 кН; диаметр точки от 4 до 8 мм; импульсный ток от 7 до 12 кА.
  3. Роликовый – непрерывный ряд овальных точек, образующих шов. Электроды-ролики катятся по поверхности, проваривают металл до 3 мм.
  4. Конденсаторный способ схож с роликовым, импульс формируется в конденсаторной батарее, достигает 2100 в. Дуга прожигает титан до 1,5 мм толщиной, оксиды, ухудшающие соединение, испаряются.

Электронно-лучевая сварка

Мелкозернистый шов на титане до 160 мм создается мощным лучом. Пользоваться электронно-лучевой сваркой титана удобно при монтаже воздуховодов для отходящих газов. Этим способом соединяют стальные и титановые сплавы с образованием прочных соединений.

Контроль качества

Процесс сварки титановых сплавов регламентирован госстандартом ИСО 5817-2009. В зависимости от легирующих добавок прочность соединения составляет от 60 до 80% прочности сплава. Оксидная пленка видна сразу, цвет зависит от степени окисления титана:

  • желтая – среднее качество соединения, прочность удовлетворительная;
  • коричневый или фиолетовый – шов непрочный, нарушена технология.

Пористость возникает при контакте с водородом, если скорость подачи аргона низкая.

Свариваемость

При нагреве до температуры 350°С и выше титан активно поглощает кислород, образуя различные окислы с высокими твердостью, прочностью и низкой пластичностью. По мере окисления оксидная пленка меняет окраску от желто-золотистой до темно-фиолетовой, переходящей в белую. Эти цвета в околошовной зоне характеризуют качество защиты титана при сварке.

При температуре выше 500°С титан активно взаимодействует с азотом с образованием нитридов, повышающих твердость и прочность металла, но снижающих его пластичность.

Что касается водорода (водород образуется в результате разложения воды на водород и кислород под воздействием высокой температуры дуги), то под его влиянием, с титаном происходит очень вредное явление, называемое водородным охрупчиванием. Химическая природа этого процесса состоит в образовании в остывающем и холодном металле, содержащем растворенный водород, гидридов титана, повышающих хрупкость металла и вызывающих возникновение в нем трещин. На практике это приводит к тому, что спустя некоторое время после сварки (иногда довольно продолжительное) приваренная деталь, не имевшая, казалось бы, никаких дефектов, просто отваливается – сама по себе или после легкого удара.

Рост зерна, имеющий место при высоких температурах, также отрицательно сказывается на прочности титана. Ему способствует низкая теплопроводность титана, увеличивающая время пребывания шва и околошовного металла в зоне высоких температур. Чтобы снизить рост зерна, сварку необходимо выполнять при минимально возможной погонной энергии.

Кроме всего перечисленного, титан имеет высокую температуру плавления (1660°С), поэтому при сварке требуется мощный, концентрированный источник теплоты.

И все же основная проблема сварки титановых сплавов – это надежная защита металла, нагреваемого выше 300-400°C, от водорода, кислорода и азота, содержащихся в воздухе.

Способы сварки титана

В быту применяется практически только один способ – сварка титана неплавящимся электродом (метод TIG) с местной защитой зоны сварки инертным газом и накладками.

Необходимое оборудование и материалы

  • сварочный аппарат, поддерживающий режим TIG и оснащенный горелкой;
  • баллон с защитным газом – аргоном, гелием или их смесью;
  • неплавящиеся вольфрамовые электроды;
  • присадочную проволоку.

Защитный газ. Высокая химическая активность титана по отношению к газам требует применения инертных газов высокой степени чистоты. В качестве таковых выступают аргон и гелий, имеющие некоторые технологические отличия друг от друга.

Гелий обеспечивает более плавный переход шва от усиления к основному металлу. Он позволяет повысить тепловую мощность дуги и производительность процесса расплавления, что важно при сварке деталей средних и больших толщин.

Аргон дает более узкое и глубокое проплавление основного металла, его расход оказывается в 1,5-2 раза меньше, чем гелия.

Чтобы объединить достоинства газов, иногда используют их смесь.

Электроды. Сваривать титан можно любым вольфрамовым электродом, но не все они обеспечивают одинаково хорошее качество сварного шва и оптимальные характеристики дуги.

Хорошими качествами обладают лантанированные электроды марок ЭВЛ (WL). Добавление оксида лантана увеличивает несущую способность (максимальный ток) электродов примерно на 50% в сравнении с чисто вольфрамовыми. Повышается долговечность электродов и уменьшается загрязнение вольфрамом сварного шва.

Рабочая часть электрода затачивается в конус под углом 30-45°. При увеличении угла заточки снижается глубина проплавления. Нужно иметь в виду, что работоспособность электрода повышается со снижением шероховатости его конуса.

Присадочная проволока. В качестве присадочного материала используются прутки из титана различных марок. Для предохранения металла шва от насыщения водородом, который содержится в присадочных прутках, последние полезно подвергать вакуумному отжигу, в результате которого металл избавляется от водорода.

Подготовка титана к сварке

Если толщина свариваемых заготовок не превышает 3-4 мм, их можно сваривать без разделки кромок. У более толстых деталей выполняется разделка с углом раскрытия равным 60°.

Если свариваемые детали подвергались газовой или плазменной резке, их кромки необходимо срезать механическим способом не менее чем на 3-5 мм. Непосредственно перед сваркой, кромки необходимо очистить от загрязнений, удалить окисную пленку напильником или абразивным кругом и обезжирить ацетоном или иным растворителем. Присадочную проволоку также необходимо очистить от окисей и обезжирить.

Кроме очистки кромок необходимо обеспечить защиту корня шва и поверхность свариваемых деталей с обратной стороны. Это нужно делать даже в том случае, если шов не выходит на противоположную сторону, поскольку титан начинает вступать в реакцию с газами, содержащимися в воздухе, уже при температуре 300-400°C.

Защиту обратной стороны шва производят плотно подгоняемыми съемными стальными или медными подкладками, поддувом аргона в специальные канавки в подкладках или подачей аргона внутрь конструкции (если она имеет трубчатую форму).

На рисунке ниже изображена система подачи аргона внутрь детали, осуществляемая при сварке рамы велосипеда из титановых трубок.

При сваривании толстостенных конструкций, у которых корневой шов не выходит наружу, сварку можно производить без защиты обратной стороны детали при условии ее минимального разогрева. Швы в этом случае должны выполняться короткими (15-20 мм), с перерывами на охлаждение.

Технология сварки титана

Подбор диаметров электрода и присадочной проволоки, а также соответствующего им сварочного тока зависит преимущественно от толщины свариваемого металла. В качестве ориентировочных, можно использовать данные, приведенные в нижеследующей таблице.

Толщина свариваемого металла, ммСварочный ток, АНапряжение дуги, ВДиаметр присадочной проволоки, ммКоличество проходов
140-6010-141,2-1,51
270-9010-141,5-2,01
3120-13010-151,5-2,02
4130-14011-151,5-2,02
5140-16011-152,0-2,52-3
10160-20011-152,0-3,010-14

Диаметр неплавящегося электрода выбирается в зависимости от величины тока сварки с учетом рабочего тока электрода. Расход аргона для защиты зоны сварки 5-8 л/мин, для защиты корня шва – 2 л/мин.

При сварке электрод располагают под углом 70-80° к поверхности детали, присадочный материал – под углом 90-100° к оси электрода. Вылет электрода должен быть 6-8 мм, длина дуги – в пределах 1-2 мм. Для лучшей защиты шва, присадочную проволоку следует вести перед горелкой, а не за ней.

Горелку перемещают равномерно, без поперечных колебаний. Присадочный материал вводится в зону сварки также равномерно и без поперечных движений. Его конец опирается на край сварочной ванны. Во время сварки нельзя выводить нагретый конец прутка из зоны газовой защиты.

Подачу защитного газа прекращают только через 5-10 сек после потемнения шва, когда его температура опустится ниже 400°С.

Во избежание перегрева околошовных участков и роста зерна металла, сварку необходимо выполнять при минимально возможном токе.

Дефекты сварки титана

Основная причина образования пор – газовые примеси (главным образом водорода), растворенные в присадочном и основном металле. Чтобы получать беспористые швы, нужно обеспечивать чистоту сварочных материалов и основного металла и выполнять сварку на оптимальных режимах.

Холодные трещины могут возникать сразу после сварки или по истечении какого-то времени – иногда недель и даже месяцев. Основной причиной их возникновения является водородное охрупчивание.

О качестве газовой защиты, осуществленной в процессе сварки, можно судить по внешнему виду шва. Серебристый цвет (1) говорит о хорошей защите и качественном шве, светлый соломенный оттенок (2) свидетельствует о незначительных нарушениях защиты. Прочие цвета – коричневый, голубой, серый с налетом – говорят о плохой защите шва.

Содержание

Особенности сварки титана и сплавов на его основе

Сварка титана и титановых сплавов всё чаще применяется в промышленности из-за их физико-химических свойств. Температура плавления титана составляет, по разным данным, 1470-1825°C. Титан способен сохранять высокую прочность до температуры 500°C, а также высокую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах.

Основное условие для качественной сварки титана – это необходимость надёжной защиты зоны сварки и обратной стороны шва от вредного воздействия атмосферного воздуха. При этом, защищать нужно не только сварочную ванну, но и те участки металла, температура нагрева которых превышает 400°C. Кроме этого, необходимо обеспечить минимальный по времени нагрев свариваемых кромок.

Дополнительными трудностями при сварке титана являются его склонность к увеличению размера зерна при высоких температурах (выше 880°C) и к образованию пор.

Титановые сплавы склонны к закалке, в зависимости от легирующего элемента. Такие элементы как Cr, Fe, Mn, W, Mo, V, входящие в состав сплава, снижают его пластичность. Так, при температуре 250°C начинается интенсивное поглощение водорода, при 400°C кислорода и при 600°C азота.

Прочность сварного соединения титана и титановых сплавов, в зависимости от марки сплава и способа сварки плавлением составляет 0,6-0,8 прочности основного металла. Сварные соединения из титановых сплавов марок ВТ5, ОТ4, ВТ4 и др. не последующей термической обработке не подвергают. В отдельных случаях допускается выполнять отжиг для снятия напряжений.

Какие способы используют для сварки титана и его сплавов?

Титан и его сплавы свариваются плавлением только дуговой (ручной или автоматической) сваркой. Наибольшее распространение получила сварка в среде аргона или гелия под некислородным флюсом марки АН-11. Для изделий большой толщины применяют электрошлаковую сварку под флюсом марки АН-Т2. Кроме того, титан хорошо сваривается контактной сваркой в среде защитных газов или без неё. При сварке плавлением необходимо обеспечивать газовую защиту оборотной стороны шва в среде аргона. В связи с этим, рекомендуется применять сварку на подкладках или производить сварку встык.

Подготовка титана и его сплавов под сварку

Качество титанового сварного соединения во многом будет зависеть от технологической подготовки сварных кромок и сварной проволоки под сварку. У деталей из титана и титановых сплавов поверхность покрыта оксидно-нитридными плёнками, появляющимися после горячей обработки полуфабрикатов, из которых эти детали изготовлены.

Удалить эту плёнку можно при помощи механической обработки и следующего за ней травления в смеси 350мл соляной кислоты, 50г фторида натрия и 650мл воды. Время травления составляет 5-10мин, температура травления 60°C. Перед сваркой необходимо зачистить металлическими щётками сами сварные кромки, а также участки, на расстоянии 15-20мм от стыка до металлического блеска и обезжирить.

Ручная дуговая сварка титана и титановых сплавов

Технология, техника и режимы сварки

Ручную дуговую сварку титана вольфрамовым электродом выполняют постоянным током прямой полярности. При сварке используют специальные приспособления, с помощью которых обеспечивается защита зоны сварки, околошовной зоны, корня шва, а также остывающих участков шва. Такими приспособлениями могут быть, в частности, удлинённые насадки с отверстиями, защитные козырьки и др.

Защиту корня шва можно обеспечить, если плотно поджать сварные кромки к медной или стальной подкладке. Можно, также, использовать подкладку с отверстиями, или изготовленную из пористого материала и подавать через неё защитный газ. При сварке труб из титана защитный газ пропускают внутрь трубы.

Если толщина свариваемого металла не превышает 3,0мм, то при их сборке допускается зазор от 0,5мм до 1,5мм. В этом случае сварку производят без использования присадочного материала. Если используют присадочный материал, по составу сходный со свариваемым металлом, то диаметр электрода принимается равным толщине основного металла.

Приблизительные режимы для ручной дуговой сварки титана и его сплавов вольфрамовым электродом диаметром 1,5-2мм и присадочной проволокой диаметром 2мм составляют: сила тока 90-100А для сварки металла, толщиной 2мм и 120-140А для металла толщиной 3-4мм. Сварку производят постоянным током прямой полярности, как уже говорилось выше.

Ручную сварку титана проводят без колебательных движений, на короткой дуге. При этом наклон электрода должен быть в противоположную сторону от направления его движения, т.е. сварка выполняется «углом вперёд». Если используется присадочный материал, то рекомендуемый угол между электродом и присадочным прутком составляет 90°. Подача присадочной проволоки осуществляется без перерыва.

После окончания процесса сварки и гашения электрической дуги, необходимо продолжать подачу защитного газа в течение 0,5-1мин, пока металл не остынет до температуры ниже 400°C. Этот приём помогает предотвратить окисление металла сварного шва и зоны термического влияния. Окисленный шов хорошо различается по цвету. Качественный шов окрашен в светлый, жёлтый или соломенный цвет. Некачественный шов имеет серый или чёрный цвет и наличие синевы в переходной зоне. На рисунке справа показаны неокисленный, качественный шов (сверху) и шов окисленный (снизу).

Видео: аргонодуговая сварка труб из титана

В представленных ниже коротких видеороликах подробно показан процесс сварки труб из титана в среде аргона с использованием специальных фартуков для защиты зоны сварки:

Автоматическая сварка титана и его сплавов

Автоматическая сварка титана и титановых сплавов выполняется вольфрамовым электродом. Выходные отверстия сварочной горелки должны быть не менее 12-15мм. При сварке неплавящимся электродом рекомендуются постоянный ток прямой полярности.

В связи с высокой активностью титана, зажигание и гашение горелки необходимо производить вне свариваемого изделия – на специальных планках. Также, как и при ручной сварки, после гашения дуги защитный газ необходимо подавать ещё в течение, примерно 1мин, чтобы предотвратить окислении шва и переходной зоны. Рекомендуемые режимы сварки титана для автоматической сварки в защитных газах и автоматической сварки под флюсом представлены в таблицах ниже:

Титановые электроды — KUTR.RU

Востребованной продукцией цветного металлопроката в настоящее время являются титановые электроды. Наша компания уже много лет занимается их производством с использованием современного высококачественного оборудования. Для чего нужны электроды из титана? Руководители и ведущие технологи предприятий химической и металлургической промышленности, а также компаний, которые занимаются созданием водоочистных сооружений. Электрохимические технологии успешно применяются в часовом и ювелирном деле.

ООО “Металлообработка” изготавливает титановые электроды всех типов и видов. Отправьте запрос на [email protected] или звоните 8 (3439) 389 801, 380 081.

Промышленное производство титана было запущено только в середине 20 века и быстро стало набирать обороты. Титановые сплавы отличаются наибольшей удельной прочностью, жаропрочностью и коррозионной стойкостью в сравнении с иными металлическими материалами.

Титановые электроды представляют собой стержни из титана без примесей или сплавов. Они активно применяются для подвода тока к изделию из металла для сварки. Они отличаются великолепной электропроводностью и имеют удобную конструкцию. Только в отличие от иных металлических электродов они имеют достаточно малый вес. Высокая продолжительность электродов, произведенных на нашем предприятии, гарантирована.

Мы занимаемся производством электродов с максимально высокой точностью соблюдения заданных размеров. Заказчики всегда остаются довольны нашей работой. Если вас интересуют титановые электроды, купить их можно в нашей компании за умеренную плату. Данная продукция нашего предприятия создается из титана с нанесенным на рабочую поверхность металлооксидным покрытием. Кстати, металлооксидное покрытие может подвергаться постоянному неоднократному восстановлению.

Покупка титановых электродов

В нашей компании работают только квалифицированные специалисты, которые создают качественную продукцию в максимально сжатые сроки. Электроды из титана необходимы для получения хлоратов, гипохлоритов и перхлоратов. Помимо этого, они нашли широкое применение в гальванотехнике, водоподготовке и других сферах электрохимического производства. Производство водных очистных сооружений не обходится без использования титановых электродов. Благодаря существованию этих металлических элементов, мы пьем чистую воду.

Электроды из титана используются для получения гальванических покрытий на различных деталях посредством электролитического метода и их последующей электрохимической полировки. Они выполняют важнейшие технологические функции – поддерживают окислительный процесс и хорошо проходит резка металла ЧПУ, возмещают потери металла в электролите, который оседает на металлической поверхности, и позволяют равномерно распределять ток по деталям.

Получается, что в гальванике электрод из титана не является растворимым. Он используется для поддержания разности потенциалов напряжения. Собственно благодаря этой разности, и реализуется процесс нанесения гальванического покрытия, которое обеспечивает стабильную защиту металлов от коррозии. Впоследствии, полученные при помощи титановых электродов, детали оказываются очень востребованными в автомобилестроении, электронике и авиационной промышленности декоративной области деятельности. Старинная мебель, посуда и другие бытовые предметы нуждаются в гальваническом покрытии.

Специалисты нашей компании ответственно подходят к процессу изготовления деталей на заказ и электродов разнообразных форм и размеров. Также возможно оперативное создание перфорированных и сетчатых электродов из титана. Мы готовы предоставить собственные чертежи или внимательно изучить предложенный чертеж заказчика.

Особенно востребованными считаются электроды из титана платинированного типа. Они отличаются особенной прочностью и отличными эксплуатационными свойствами. Такие металлические элементы могут быть выполнены в виде титановой сетки или пластин. Затем на листовой титан наносится слой платины. В отличие от других металлических элементов электроды из титана можно применять в кислых ваннах из-за повышенной химической стойкости.

Если вам необходимы титановые электроды, купить их можно в нашей компании. Мы предоставляем гарантийные обязательства на указанную продукцию и обеспечиваем оперативное выполнение любого заказа.

особенности технологии с применением аргона

Титан — редкоземельный металл серебристого цвета, с характерным отливом. Используется как основа для создания различных сплавов с высокими прочностными характеристиками.

В чистом виде из-за низкой температуры плавления (640 °C) применяется очень редко, поэтому в обиходе под титановыми изделиями подразумевают обычно изделия из его сплавов. Особенность физических свойств потребует специфического подхода при сварке титана.

Титановые сплавы

Сплавы титана имеют температуру плавления от 1470 до 1825 °C, в зависимости от марки. Они обладают выгодным сочетанием легкости (благодаря малой плотности) и высокой прочности, поэтому часто применяются для изготовления таких конструкций, как велосипедные рамы и детали скоростных автомобилей. Сварка титановых сплавов — сложный технологический процесс, поскольку эти материалы имеют ряд специфических свойств.

Далее под словом «титан» будут подразумеваться именно сплавы титана с легирующими присадками — хромом, железом, молибденом, ванадием, вольфрамом и другими.

Свойства материала

У титана есть несколько особых свойств, которыми обусловлена сложность сварки конструкций из этого металла. В их числе:

  • невысокая теплопроводность;
  • склонность к самовозгоранию при нагреве до 400 °C и контакте с кислородом;
  • окисление под воздействием углекислоты;
  • образование нитридных соединений при нагреве до 600 °C и прямом контакте с азотом, твердых, но хрупких;
  • склонность к поглощению водорода при нагреве до 250 °C;
  • изменение структуры (увеличение зерна) при нагреве свыше 880 °C.

Для титана критично повышение температуры уже свыше 400-500 °C. При таком нагреве у него резко повышается химическая активность, и титан начинает взаимодействовать с атмосферным воздухом, который оказывает на шов сварки губительное воздействие.

При этом могут образовываться гидриды, нитриды, карбиды и другие соединения, которые нарушают прочность сварного шва. Существенное нарушение технологии, несоблюдение требований ГОСТ может привести к тому, что приваренная деталь просто отвалится от легкого удара.

Если сварка проводилась в соответствии с нормативами, то прочность шва будет находиться в пределах 0,6 — 0,8 от прочности свариваемого металла.

На сварку и сварные соединения из титана распространяется ГОСТ Р ИСО под номером 5817-2009. Он устанавливает уровни качества при сварке разных металлов — стали, титана и никеля, в том числе их сплавов и определяет максимально допустимые уровни дефектов готового изделия.

Как подготавливают детали

Для сварки титана необходимо полностью изолировать свариваемые поверхности от атмосферы, поэтому, как правило, используют автоматическую или полуавтоматическую сварку.

Ручная сварка титана возможна, но только если используется специальная сварочная горелка с керамическим соплом, через которую на свариваемые участки подается под давлением инертный газ — аргон, который вытесняет воздух.

При этом обратная сторона шва должна быть изолирована от атмосферы плотно прилегающими стальными либо медными накладками. Для обеспечения наилучшего качества шва используют перфорированные накладки, в отверстия которых подается аргон.

В случае полуавтоматической или автоматической сварки она проводится в специальной капсуле, заполненной аргоном либо гелием. Сварка титановых труб может производиться без помещения трубы в защитную газовую среду целиком, но при этом сама труба должна быть герметизирована и заполнена аргоном изнутри.

Другим важным нюансом является зачистка и обезжиривание свариваемых поверхностей на 20 мм от линии стыка. Необходимо удалить оксидную пленку, которая всегда присутствует на поверхности титанового изделия.

Работать необходимо в перчатках, поскольку руки, даже чистые, могут оставить на кромке потожировые следы, которые приведут к ухудшению сварного шва.

Перед сваркой титан дополнительно подвергают травлению с использованием смеси соляной кислоты с водой и фторидом натрия — 350 мл HCl, 650 мл дистиллированной воды, 50 г фторида натрия. Температура травления — 60-65 °C, время — около 10 минут.

После травления титан подвергают тщательной шлифовке. Для механической обработки используют наждачную бумагу до № 12, проволочные щетки, шаберы. Необходимо удостовериться, что края свариваемых деталей ровные, на них отсутствуют заусенцы и трещины. Точно так же зачищается и присадочная проволока. Только после этого можно приступать к сварке титана.

Какие методы применяют

Для сварки титана можно использовать как «холодный» метод, так метод дугового флюса либо плазменно-дуговую сварку.

Но самым популярным считается метод сварки титана аргоном, то есть плавлением в изолированной аргоновой среде, который был частично описан выше. Детали крупного сечения соединяют методом электрошлаковой сварки.

Многое зависит от вида сплава. Титан марки ВТ1-ВТ5 сваривается очень хорошо, хотя не подлежит закалке. Сплавы ВТ15 — ВТ22 свариваются значительно хуже, образуя крупнозернистый шов низкой прочности, но при этом закалка может повысить его прочность. Остальные виды титановых сплавов — промежуточные.

Возможны следующие виды контактной сварки:

  • стыковая;
  • точечная;
  • роликовая;
  • конденсаторная стыковая (для труб).

При аргоновой сварке с флюсом применяется бескислородный флюс АН-11 или АН-Т2.

Ручной процесс

Сварка сплавов с титаном (в общем случае) производится постоянным током, полярность прямая. Ток зависит от толщины соединяемых деталей, калибра электрода и диаметра присадочной проволоки, изменяется в диапазоне 90-200 А.

Чем выше толщина металла, тем больший подается ток. Так, детали толщиной 2 мм соединяются при токе 90 А, 3-4 мм — 130-140 А, 10 мм — 160-200 А. Рекомендуется использовать минимальный ток из возможных. Напряжение всегда одинаково — 10-15 В.

Электроды

Используются неплавящиеся электроды из вольфрама, которые перед началом работы затачиваются под углом 30-45 °C (как у карандаша). Чем больше угол заточки, тем меньше глубина проплавления.

При интенсивном использовании электрод нужно будет снова заточить, как только он затупится. Рекомендуются электроды, содержащие оксид лантана, так как их несущая способность на 50% выше, чем у изделий из чистого вольфрама. Благодаря этому сварной шов будет менее загрязнен вольфрамом, чище, а значит — прочнее.

Проволока

Присадочная проволока — это проволока из титана соответствующего сплава, она подбирается конкретно к свариваемым деталям по специальным таблицам. Проволоку стоит отжигать под вакуумом для удаления водорода, который может присутствовать в сплаве, и в любом случае необходимо зачищать от окислов. Зачищенная проволока хранится в герметичной тубе не более 5 дней.

Если сваривают металл толщиной не более 1,5 мм стыковым методом, то применять проволоку необязательно. Шов без присадки будет даже прочнее.

Особенности технологии

При сварке выдерживается постоянная скорость движения электрода и обеспечивается непрерывная подача присадки. Скорость электрода должна составлять пример 2-2,5 мм/сек. Необходимо выдерживать высокую точность движений, избегать колебаний и уводов электрода в сторону. Электрод должен касаться шва как бы снизу вверх, сварка идет «вперед углом».

Во время всего процесса и около минуты после отключения горелки на свежий шов необходимо продолжать подавать защитный газ, пока температура шва не опустится ниже 400 °C.

В зоне сварки аргон расходуется со скоростью 5-8 литров в минуту, на оборотной стороне шва — 2 литра в минуту.

При сварке титановых труб их концы герметизируются, а инертный газ — аргон, реже гелий — закачивается внутрь при помощи специального насоса.

В домашних условиях, при отсутствии такого оборудования сварить титановые трубы невозможно. Исключение — конденсаторная стыковая сварка труб из титана марки ВТ1-ВТ2, диаметром не более 23 мм и толщиной стенок не более 1,5 мм.

Их можно сваривать вне защитной газовой среды, но только конденсаторным способом, при высоком зарядном напряжении — 850-2100 В.

Контроль качества

Получившийся шов должен иметь ровный серебристый цвет и не иметь никаких трещин и пор. Если шов получился желтоватым — качество сварки среднее, но удовлетворительное.

Любые другие цвета — серый, коричневый, ярко-золотистый, даже голубой и фиолетовый с переливами — говорят о том, что технология сварки была нарушена, и материал шва содержит ненужные примеси, образовавшиеся при контакте раскаленного титана с атмосферным воздухом. Такое соединение непрочно и может разрушиться при малейшем усилии.

Изготовление и использование прессованных титановых брикетов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.295

З. А. Ивченко1, д-р техн. наук В. В. Лунев2

1 ОАО «Мотор Сич», 2 Национальный технический университет,

г. Запорожье

ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРЕССОВАННЫХ ТИТАНОВЫХ БРИКЕТОВ

Приведены сведения об исходных материалах при прессовке брикетов и методы изготовления расходуемых электродов. Рассмотрен процесс изготовления прессованных брикетов из титана губчатого в условиях литейного цеха титанового литья ОАО «Мотор Сич».

Ключевые слова: титан губчатый, брикет, компактирование, легирующая добавка, матрица, изложница, расходуемый электрод.

Введение

Титан и сплавы на его основе благодаря высокой удельной прочности и коррозионной стойкости в последнее время находят все более широкое применение в авиа- и ракетостроении, транспортном, пищевом, химическом и энергетическом машиностроении, приборостроении, архитектуре, а также при изготовлении медицинского оборудования, спортивного инвентаря и потребительских товаров. Но особенно эффективно его применяют в авиадвигателестроении.

В ОАО «Мотор Сич» остро стоит вопрос о своевременном обеспечении производства титановыми слитками, поэтому руководство ОАО «Мотор Сич» видит решение этой проблемы в организации работ по выпуску титановых слитков собственного производства, на существующем оборудовании, с использованием в качестве исходного материала титана губчатого отечественного производства. Разработка технологии прессовки брикетов из титана губчатого, как одного из основных звеньев технологии изготовления электродов собственного производства, весьма актуальна и будет способствовать решению проблемы по обеспечению производства фасонного литья титановыми электродами, что приведет к снижению себестоимости титановых слитков — основы для производства фасонных отливок, одновременно с сохранением или повышением их качества.

Исходные материалы при изготовлении прессованных брикетов

В качестве исходных материалов при изготовлении прессованных брикетов являются титан губчатый и технически чистый алюминий. Титан губчатый представляет собой серую пористую металлическую массу плотностью 1,5___2,9 г/см3. Качество поставляемо-

го титана губчатого определяется следующими основными характеристиками: химическим составом и связанными с ним механическими свойствами; однородностью распределения примесей и механических

© З. А. Ивченко, В. В. Лунев, 2010

свойств во всем объеме товарной партии; отсутствием окисленных кусков, кусков со шламом и кусков с резко отличным от основной массы химическим составом. Задача обеспечения научно-технического уровня и объема производства высококачественного губчатого титана в свое время была успешно решена Запорожским титано-магниевым комбинатом совместно с научными коллективами исследовательских центров. В настоящее время качество губчатого титана, выпускаемого отечественной промышленностью, конкурирует с мировым.

В литейном производстве качество слитков и отливок непосредственно определяется качеством исходных шихтовых материалов. Одним из факторов, оказывающих наиболее значительное влияние на механические и служебные свойства литого металла при заданной кристаллической структуре, является чистота по неметаллическим включениям и содержанию газов. Последние могут находиться в растворенном состоянии и способствовать в слитках газовой пористости [1].

Значительное содержание газовых примесей в губке, высокая температура плавления окислов и нитридов титана, их большая плотность по сравнению с расплавом вакуумной дуговой плавки приводят к тому, что включения сохраняются в слитках. Заданный уровень механических свойств полуфабрикатов из титановых сплавов достигается путем правильного подбора (согласно расчета) сортности титановой губки (по ее твердости). Уровень прочности сплава в значительной мере зависит от прочности губки, т. е. содержания в ней примесей. В основном снижение качественных характеристик титановых сплавов компенсируется долегиро-ванием сплавов основными элементами (А1, Мо, V, 2г и др.), а также малыми добавками 02, 81, Бе и даже углерода с азотом [2].

Алюминий по своим металлохимическим свойствам близок к титану, образует с ним твердый раствор и является а-стабилизатором. Однако по своим метал-

ТЕХНОЛОГІЇ ОТРИМАННЯ ТА ОБРОБКИ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

лургическим, теплофизическим и термодинамическим характеристикам алюминий отличается от титана. И это оказывает существенное влияние на его поведение при производстве слитков методом вакуумно-дуговой плавки (ВДП). Сплавы титана с алюминием (в пределах 0,5.. .6,5 % по массе) претерпевают сложные фазовые превращения, в результате которых происходит их упрочнение: каждый вводимый процент алюминия упрочняет титановые а-сплавы на 60 МПа. Поэтому его содержание и однородность распределения в значительной степени влияют на физико-механические свойства изготавливаемых сплавов.

Из всех физических свойств легирующих элементов наиболее важными являются их температура плавления и плотность. Прежде всего, от температуры плавления компонента зависит степень равномерности его распределения в расплаве металла, отсутствие локальных включений в местной микронеоднородности.

Алюминий входит в группу легирующих элементов, температура плавления которых значительно ниже температуры плавления титана и в легировании титановых сплавов имеет особое значение по ряду причин: это единственный металл, стабилизирующий а-фазу; он эффективно упрочняет а-, а+р- и р-спла-вы при сохранении удовлетворительной пластичности; с увеличением содержания алюминия повышается жаропрочность и сопротивление ползучести сплавов титана; алюминий широко распространен в природе, доступен, сравнительно дешев; плотность алюминия значительно меньше плотности титана, и поэтому введение алюминия снижает плотность сплавов и повышает их удельную прочность [2].

Методы изготовления прессованных титановых электродов

Наиболее простым методом получения электродов было прессование титана губчатого в глухую горизонтальную матрицу. Этот метод применяли только в лабораторных условиях, он не был пригоден для промышленности ввиду низкой производительности при прессовании, необходимости мощного нестандартного прессового оборудования для получения крупных электродов и из-за трудоемкости операции соединения электродов при помощи аргонно-дуговой сварки.

В связи с этим были поставлены опыты по изготовлению расходуемых электродов прессованием небольших цилиндрических шашек с резьбой, в глухую матрицу, с дальнейшим свинчиванием этих шашек. Испытание таких электродов показало, что вследствие недостаточного контакта в местах соединения шашек и большой плотности тока дуги электроды при плавке перегревались и разрушались в местах соединений. Этот метод не получил применения даже в лабораторном масштабе.

Имеет место способ прессования электродов в глухую круглую металлическую вертикальную матрицу, которая может быть цельная или разъемная.

В настоящее время в основном применяется метод изготовления расходуемых электродов путем прессования титана губчатого через открытую коническую матрицу. Спрессованные таким методом электроды обладают достаточной прочностью и годны для плавки без дополнительной обработки.

Изготовление прессованных брикетов в ОАО «Мотор Сич»

Технологический процесс изготовления прессованных брикетов из титана губчатого состоит из следующих основных операций: компактирования основного исходного материала — титана губчатого марок ТГ100-ТГ110 по ДСТУ 3079-95 и легирующего элемента — алюминия марки А99 по ГОСТ 11069-2001 в брикеты. Основным исходным материалом является титан губчатый марки ТГ110, характеристика которого приведена в табл. 1.

В качестве легирующей добавки был использован алюминий марки А99, измельченный до кусков габаритами не более 0 20 х 50 мм. Выбор фракционного состава алюминия исходит из необходимости полного расплавления на торце электрода и равномерного распределения в ванне жидкого металла. Алюминий запрессован совместно с титаном губчатым в брикет, который, таким образом, представляет собой спрессованную гетерогенную смесь шихтовых материалов.

Дегазированный титан губчатый компактирован на вертикальном гидропрессе ДБ2436 (усилие прессования — 150 т) с использованием прошивной цилиндрической неразъемной матрицы (см. рис. 1), конструкция которой разработана в ОАО «Мотор Сич».

Прессованием получены брикеты размером 0 130х 150 мм, состоящие из ~ 94 % титана губчатого и ~ 6 % алюминия, плотностью 2,6…2,8 т/м3, которая обеспечивает необходимую электропроводность при переплавке в печи и прочность электрода, и массой около 5,3 кг (см. рис. 2). Отпрессованные брикеты -плотные и не осыпаются.

Рис. 1. Матрица

1607-6885 Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні №1, 2010

91

Рис. 2. Прессованный брикет из титановой губки и алюминия

Ввиду гигроскопичности титановой губки, перед плавкой брикеты подвергаются сушке в электрической нагевательной печи при температуре (150+50) °С в течение 5 часов (см. рис. 3). Перед плавкой брикеты укладываются в изложницу стопками (см. рис. 4) и готовы к заливке металлом для получения расходуемого электрода.

Таким образом, разработанная технология прессовки брикетов из титана губчатого решает проблему по обеспечению производства фасонного литья титановыми электродами.

Выводы

ОАО «Мотор Сич» освоено изготовление прессованных брикетов для обеспечения собственного производства расходуемых электродов: разработаны и внедрены конструкция проходной цилиндрической матрицы и технология изготовления прессованных брикетов. Основой для этого является наличие сырьевой базы с большими запасами титаносодержащего сырья высокого качества и производства титана губчатого непосредственно в Украине; наличие существующих производственных мощностей; уменьшение себестоимости титановых изделий в результате разработанной технологии изготовления прессованных брикетов из доступного исходного сырья для обеспечения производства электродами собственного производства.

Титановые сплавы заняли прочное место в ведущих отраслях техники. Возникают все новые области

Рис. З. Сушка брикетов в нагревательной печи

Рис. 4. Брикеты в изложнице

применения титана, в которых он дает существенный эффект по сравнению с другими материалами. Производство слитков титановых сплавов занимает особое место в современной промышленности и объем их выпуска сравним с объемами выпуска слитков традиционных цветных металлов. И переход от губки к ком -пактному титану — важнейший этап на пути к широкому использованию титана в народном хозяйстве.

Перечень ссылок

1. Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки. Ч. 2. / Геннадий Федорович Баландин — М. : Машиностроение, 1979. — 336 с.

2. Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов / [Андреев А. Л., Аношкин Н. Ф., Борзецовская К. М. и др.] ; под ред. В. И. Добаткина. — М. : Металлургия,1978. -383 с.

Одержано 12.10.2009

Z. A. Ivchenko, V. V. Lunev PRODUCTION AND USE OF COMPACTED TITANIUM BRIQUETTES

Наведені дані про вихідні матеріали при пресуванні брикетів та методи виготовлення витрачуваних електродів. Розглянуто процес виготовлення пресованих брикетів із титану губчастого в умовах цеху титанового литва ВАТ «Мотор Січ».

Ключові слова: титан губчастий, брикет, компактування, легуюча домішка, матриця, виливниця, витрачуваний електрод.

Data of initial materials used for the briquette compaction and methods of consumable electrode production are provided. The procedure of production of compacted titanium sponge briquettes in titanium casting shop of OAO Motor Sich was considered.

Key words: sponge titanium, briquette, compaction process, alloying additive, die, ingot mold, consumable electrode.

Сварка титана в Екатеринбурге, Челябинске, Перми, Уфе, Новом Уренгое

Химические свойства и особенности поведения титана при высоких температурах приводят к тому, что сварка титана является довольно сложным технологически процессом. При высоких температурах металл активно реагирует с кислородом, водородом и азотом атмосферы. Это может привести не только к неправильной структуре шва, но и к изменениям в структуре его объема.

Титан отличается невысоким уровнем теплопроводности — почти вдвое ниже нержавеющей стали. Для его сварки требуется вдвое меньше тепловой энергии, что вызывает необходимость точного контроля температуры дуги. Технология сварки титана требует знания тонкостей поведения металла и его сплавов. Они значительно отличаются между собой, в зависимости от состава компонентов.

Как сваривают титан и его сплавы

Примеси и легирующие элементы по-разному воздействуют на металл, и образуют непохожие друг на друга структуры. Одни, например алюминий, кислород и азот, стабилизируют состояние металла и делают его нечувствительным к скорости охлаждения. Марганец, ванадий и хром придают сплавам много полезных качеств. Но свариваются они намного сложнее. Сплавы чувствительны к скорости охлаждения, требуют упрочнения термообработкой. Сварные швы могут растрескиваться из-за зернистости металла.

Но все сплавы отличаются хорошей текучестью и позволяют выполнить сварочные работы на высоком уровне качества, если соблюдать определенные правила. Основной технической проблемой, с которой приходится сталкиваться при сварке — изоляция зоны расплавления металла от взаимодействия с атмосферными кислородом и азотом. Оборудование для сварки титана создано с учетом этих особенностей и позволяет выполнять дуговую сварку:

  • неплавящимися электродами;
  • обычными электродами;
  • под флюсом;
  • электронным лучом;
  • контактным способом;
  • электрошлаковым способом.

Для защиты металла от окисления используются аргон и гелий, которыми обдувается зона шва. Сварка аргоном титана — наиболее экономически выгодна и широко используется в промышленности. Сложность состоит в том, что смесью аргона и гелия в различном процентном соотношении обдуваются не только верхняя часть зоны сваривания, но и нижняя поверхность детали. Для этого используются специальные подкладки с канавками, насадки для увеличения зоны обдува и другие приспособления.

Сложные заготовки из титана помещаются в специальные камеры и свариваются в искусственной атмосфере. При сваривании с помощью присадочной проволоки электродами из вольфрама проволока проходит специальную обработку, при которой удаляется верхний слой окислов. Услуги по сварке титана, которые мы предоставляем, предусматривают выполнение всех видов сварки на деталях любой сложности из сплавов всех разновидностей. Емкости и резервуары отличного качества, которые производим мы, демонстрируют высокий уровень применяемых технологий. Звоните, мы проконсультируем вас по любому вопросу.

Мы работаем в Екатеринбурге, заказать сварку титана по минимальной заводской цене можно прямо сейчас, позвонив по телефону +7 (343) 77-35-700.

титановых электродов | AMERICAN ELEMENTS ®

РАЗДЕЛ 1. ИДЕНТИФИКАЦИЯ

Название продукта: Титановые электроды

Номер продукта: Все применимые коды продуктов American Elements, например ТИ-М-02-ЭЛЕК , ТИ-М-03-ЭЛЕК , ТИ-М-04-ЭЛЕК , TI-M-05-ELEC

Номер CAS: 7440-32-6

Соответствующие установленные области применения вещества: Научные исследования и разработки

Информация о поставщике:
American Elements
10884 Weyburn Ave.
Лос-Анджелес, Калифорния

Тел .: +1 310-208-0551
Факс: +1 310-208-0351

Телефон экстренной связи:
Внутренний номер, Северная Америка: +1 800-424-9300
Международный: +1 703-527-3887

РАЗДЕЛ 2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОПАСНОСТИ

Классификация вещества или смеси
Классификация в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1272/2008
Вещество не классифицируется как опасное для здоровья или окружающей среды в соответствии с правила CLP.
Классификация в соответствии с Директивой 67/548 / EEC или Директивой 1999/45 / EC
N / A
Информация об особых опасностях для человека и окружающей среды:
Нет данных
Опасности, не классифицированные иным образом
Нет данных
Элементы маркировки
Маркировка в соответствии с в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1272/2008
Н / Д
Пиктограммы опасностей
Н / Д
Сигнальное слово
Н / Д
Краткая характеристика опасности
Н / Д
Классификация WHMIS
Не контролируется
Система классификации
Рейтинги HMIS (шкала 0- 4)
(Система идентификации опасных материалов)
ЗДОРОВЬЕ
ПОЖАР
РЕАКТИВНОСТЬ
1
1
1
Здоровье (острые эффекты) = 1
Воспламеняемость = 1
Физическая опасность = 1
Другие опасности
Результаты оценки PBT и vPvB
PBT :
НЕТ
vPvB:
НЕТ

РАЗДЕЛ 3.СОСТАВ / ИНФОРМАЦИЯ ОБ ИНГРЕДИЕНТАХ

Вещества
Номер CAS / Название вещества:
7440-32-6 Титан
Идентификационный номер (а):
Номер ЕС:
231-142-3

РАЗДЕЛ 4. МЕРЫ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ

Описание мер первой помощи
При вдыхании:
Обеспечить пациента свежим воздухом. Если не дышит, сделайте искусственное дыхание. Держите пациента в тепле.
Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
При попадании на кожу:
Немедленно промыть водой с мылом; тщательно промыть.
Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
При попадании в глаза:
Промыть открытый глаз под проточной водой в течение нескольких минут. Проконсультируйтесь с врачом.
При проглатывании:
Обратитесь за медицинской помощью.
Информация для врача
Наиболее важные симптомы и воздействия, как острые, так и замедленные
Данные отсутствуют
Указание на необходимость немедленной медицинской помощи и специального лечения
Нет данных

РАЗДЕЛ 5. МЕРЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Средства пожаротушения
Подходящие средства пожаротушения
Специальный порошок для металлических огней.Не используйте воду.
Средства пожаротушения непригодны из соображений безопасности
Вода
Особые опасности, исходящие от вещества или смеси
При пожаре могут образоваться следующие вещества:
Дым оксида металла
Рекомендации для пожарных
Защитное снаряжение:
Самостоятельно носить содержал респиратор.
Надеть полностью защитный непромокаемый костюм.

РАЗДЕЛ 6. МЕРЫ ПРИ СЛУЧАЙНОМ ВЫБРОСЕ

Меры личной безопасности, защитное снаряжение и порядок действий в чрезвычайной ситуации
Используйте средства индивидуальной защиты.Не подпускайте к себе незащищенных людей.
Обеспечьте соответствующую вентиляцию.
Меры по защите окружающей среды:
Не допускайте попадания материала в окружающую среду без официального разрешения.
Не допускать попадания продукта в канализацию, канализацию или другие водоемы.
Не допускайте попадания материала в землю или почву.
Методы и материалы для локализации и очистки:
Подобрать механически.
Предотвращение вторичных опасностей:
Никаких специальных мер не требуется.
Ссылка на другие разделы.
См. Раздел 7 для получения информации о безопасном обращении.
См. Раздел 8 для получения информации о средствах индивидуальной защиты.
См. Раздел 13 для получения информации об утилизации.

РАЗДЕЛ 7. ОБРАЩЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ

Обращение
Меры предосторожности для безопасного обращения
Хранить контейнер плотно закрытым.
Хранить в сухом прохладном месте в плотно закрытой таре.
Информация о защите от взрывов и пожаров:
Данные отсутствуют.
Условия безопасного хранения с учетом несовместимости.
Требования, предъявляемые к складским помещениям и таре:
Нет особых требований.
Информация о хранении в одном общем хранилище:
Хранить вдали от окислителей.
Хранить вдали от галогенов.
Хранить вдали от галоидоуглеродов.
Хранить вдали от минеральных кислот.
Дополнительная информация об условиях хранения:
Хранить емкость плотно закрытой.
Хранить в прохладном, сухом месте в хорошо закрытой таре.
Специфическое конечное использование
Данные отсутствуют

РАЗДЕЛ 8. КОНТРОЛЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ / ЛИЧНАЯ ЗАЩИТА

Дополнительная информация о конструкции технических систем:
Правильно работающий вытяжной шкаф для химических веществ, предназначенный для опасных химикатов и имеющий среднюю скорость потока воздуха не менее 100 футов в минуту.
Параметры контроля
Компоненты с предельными значениями, требующие контроля на рабочем месте:
Продукт не содержит каких-либо значимых количеств материалов с критическими значениями
, которые следует контролировать на рабочем месте.
Дополнительная информация:
Нет данных
Средства контроля за опасным воздействием
Средства индивидуальной защиты
Соблюдайте стандартные правила защиты и гигиены при обращении с химическими веществами.
Хранить вдали от продуктов питания, напитков и кормов.
Немедленно снимите всю грязную и загрязненную одежду.
Мыть руки перед перерывами и по окончании работы.
Поддерживайте эргономичную рабочую среду.
Дыхательное оборудование:
При высоких концентрациях использовать подходящий респиратор.
Защита рук:
Непроницаемые перчатки
Осмотрите перчатки перед использованием.
Пригодность перчаток должна определяться как материалом, так и качеством, последнее из которых может варьироваться в зависимости от производителя.
Время проницаемости материала перчаток (в минутах)
Нет данных
Защита глаз:
Защитные очки
Защита тела:
Защитная рабочая одежда

РАЗДЕЛ 9.ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Информация об основных физических и химических свойствах
Внешний вид:
Форма: Твердое вещество в различных формах
Цвет: Темно-серый
Запах: Без запаха
Порог запаха: Нет данных.
pH: нет данных
Точка плавления / интервал плавления: 1668 ° C (3034 ° F)
Точка кипения / интервал кипения: 3277 ° C (5931 ° F)
Температура сублимации / начало: данные отсутствуют
Воспламеняемость (твердое, газ)
Нет данных.
Температура возгорания: Данные отсутствуют.
Температура разложения: Данные отсутствуют.
Самовоспламенение: Данные отсутствуют.
Взрывоопасность: данные отсутствуют.
Пределы взрываемости:
Нижняя: данные отсутствуют
Верхние: данные отсутствуют
Давление пара: нет данных
Плотность при 20 ° C (68 ° F): 4,506 г / см 3 (37,603 фунта / галлон)
относительная плотность
Нет данных.
Плотность пара
Н / Д
Скорость испарения
Н / Д
Растворимость в воде (H 2 O): Нерастворимый
Коэффициент распределения (н-октанол / вода): Нет данных.
Вязкость:
Динамическая: нет
Кинематическая: нет
Другая информация
Нет данных

РАЗДЕЛ 10.СТАБИЛЬНОСТЬ И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

Реакционная способность
Данные отсутствуют
Химическая стабильность
Стабилен при рекомендуемых условиях хранения.
Термическое разложение / условия, которых следует избегать:
Разложение не происходит при использовании и хранении в соответствии со спецификациями.
Возможность опасных реакций
Опасные реакции не известны
Условия, которых следует избегать
Нет данных
Несовместимые материалы:
Окисляющие вещества
Галогены
Галоидоуглероды
Минеральные кислоты
Опасные продукты разложения:
Дым оксидов металлов

РАЗДЕЛ 11.ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Информация о токсикологическом воздействии
Острая токсичность:
Эффекты неизвестны.
Значения LD / LC50, имеющие отношение к классификации:
Нет данных
Раздражение или разъедание кожи:
Может вызывать раздражение
Раздражение или разъедание глаз:
Может вызывать раздражение
Сенсибилизация:
Сенсибилизирующие эффекты неизвестны.
Мутагенность зародышевых клеток:
Эффекты неизвестны.
Канцерогенность:
Нет данных о классификации канцерогенных свойств этого материала от EPA, IARC, NTP, OSHA или ACGIH.
Реестр токсических эффектов химических веществ (RTECS) содержит данные о онкогенных, канцерогенных и / или опухолевых заболеваниях этого вещества.
Репродуктивная токсичность:
Реестр токсических эффектов химических веществ (RTECS) содержит репродуктивные данные для этого вещества.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени — многократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени — однократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Опасность при вдыхании:
Воздействие неизвестно.
От подострой до хронической токсичности:
Эффекты неизвестны.
Дополнительная токсикологическая информация:
Насколько нам известно, острая и хроническая токсичность этого вещества полностью не изучена.

РАЗДЕЛ 12. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Токсичность
Водная токсичность:
Нет данных
Стойкость и разлагаемость
Нет данных
Потенциал биоаккумуляции
Нет данных
Мобильность в почве
Нет данных
Дополнительная экологическая информация:
Нет допускать попадание материала в окружающую среду без официальных разрешений.
Избегать попадания в окружающую среду.
Результаты оценки PBT и vPvB
PBT:
Нет данных
vPvB:
Нет данных
Другие побочные эффекты
Нет данных

РАЗДЕЛ 13. СООБРАЖЕНИЯ ПО УТИЛИЗАЦИИ

Методы обработки отходов
Рекомендация
См. Официальные правила для обеспечения правильная утилизация.
Неочищенная тара:
Рекомендация:
Утилизация должна производиться в соответствии с официальными предписаниями.

РАЗДЕЛ 14. ТРАНСПОРТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Номер ООН
DOT, ADN, IMDG, IATA
НЕТ
Собственное транспортное наименование ООН
DOT, ADN, IMDG, IATA
НЕТ
Класс (ы) опасности при транспортировке
DOT, ADR, ADN, IMDG, IATA
Class
N / A
Группа упаковки
DOT, IMDG, IATA
N / A
Опасности для окружающей среды: N / A
Особые меры предосторожности для пользователя
N / A
Транспортировка навалом в соответствии с Приложение II к MARPOL73 / 78 и код IBC
Н / Д
Транспортировка / Дополнительная информация: DOT
Морской загрязнитель (DOT): №

РАЗДЕЛ 15.НОРМАТИВНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Нормативы / законодательные акты по безопасности, охране здоровья и окружающей среды, относящиеся к веществу или смеси
Национальные правила
Все компоненты этого продукта перечислены в Реестре химических веществ Закона о контроле за токсичными веществами Агентства по охране окружающей среды США.
Все компоненты этого продукта занесены в Канадский список веществ, предназначенных для домашнего использования (DSL).
SARA Раздел 313 (списки конкретных токсичных химических веществ)
Вещество не указано.
Предложение штата Калифорния 65
Предложение 65 — Химические вещества, вызывающие рак
Вещество не указано в списке.
Prop 65 — Токсичность для развития
Вещество не указано.
Предложение 65 — Токсичность для развития, женщины
Вещество не указано.
Предложение 65 — Токсичность для развития, мужчины
Вещество не указано.
Информация об ограничении использования:
Для использования только технически квалифицированными специалистами.
Другие постановления, ограничения и запретительные постановления
Вещество, вызывающее особую озабоченность (SVHC) в соответствии с Регламентом REACH (EC) № 1907/2006.
Вещества нет в списке.
Необходимо соблюдать условия ограничений согласно Статье 67 и Приложению XVII Регламента (ЕС) № 1907/2006 (REACH) для производства, размещения на рынке и использования.
Вещества нет в списке.
Приложение XIV Правил REACH (требуется разрешение на использование)
Вещество не указано.
REACH — Предварительно зарегистрированные вещества
Вещество внесено в список.
Оценка химической безопасности:
Оценка химической безопасности не проводилась.

РАЗДЕЛ 16.ПРОЧАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Паспорт безопасности в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1907/2006 (REACH). Вышеприведенная информация считается правильной, но не претендует на исчерпывающий характер и должна использоваться только в качестве руководства. Информация в этом документе основана на текущем уровне наших знаний и применима к продукту с учетом соответствующих мер безопасности. Это не является гарантией свойств продукта. American Elements не несет ответственности за любой ущерб, возникший в результате обращения или контакта с вышеуказанным продуктом.Дополнительные условия продажи см. На обратной стороне счета-фактуры или упаковочного листа. АВТОРСКИЕ ПРАВА 1997-2021 AMERICAN ELEMENTS. ЛИЦЕНЗИОННЫМ ДАННЫМ РАЗРЕШЕНО ИЗГОТОВЛЕНИЕ НЕОГРАНИЧЕННЫХ КОПИЙ БУМАГИ ТОЛЬКО ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

Платинированные титановые электроды для катодной защиты

История свидетельствует о том, что главным достижением в электрохимии стала разработка за последние двадцать пять лет целого семейства покрытых платиной металлических электродов из тугоплавкого оксида металла. В данной статье рассматривается первый коммерческий платинированный титан, который все еще широко и все чаще используется в катодной защите, а также во многих других областях, таких как отделка металлов.В эксплуатации находится, возможно, более 50 000 электродов этого типа, а использование металла с момента создания, вероятно, составляет более метрической тонны платины.

Статьи в Platinum Metals Review сохранили хороший индикатор развития. Первой значительной публикацией, посвященной платинированному титану, была статья Дж. Б. Коттона в 1958 г. (1). Очевидно, необходимо было тщательно рассмотреть коммерческий потенциал электрода, который сочетал бы в себе дорогой металл с титаном, затем металл в зачаточном состоянии, а также относительно дорогой, чтобы конкурировать с более дешевыми электродами из свинца, графита и кремнистого железа.Эта разработка во многом обязана дальновидности Джо Коттона из IMI, а также Ричарда Лоу из отдела коррозии и сварки и Джона Моргана из Morgan Berkeley, которые были готовы провести необходимые полевые испытания в морской среде.

Путь к нынешнему доминирующему положению платинированного титана как предпочтительного электрода для катодной защиты стали наложенным током в морской среде — нефтяных платформах, пристанях, кораблях и насосах — не всегда был простым.Ранее появились признаки (2) сокращения срока службы электродов из-за пульсаций тока от промышленных источников питания. Ромуальд Юхневич в этом журнале (3) описал эффект наложенных пульсаций переменного тока частотой 50 Гц. Это должно было стать первым из нескольких отчетов по теме, которые продолжают появляться из-за растущего разнообразия форм сигналов тока, используемых в системах автоматического управления.

К счастью, на практике пульсации тока не оказались серьезной проблемой, поскольку частоты пульсаций в коммерческих источниках питания в целом выше, чем те, которые могут сократить срок службы анода.Спустя двадцать лет после первой статьи Коттона Лайонел Шрейр (4) рассмотрел прогресс с платинированным электродом в морской эксплуатации, а недавно Питер Слай (5) представил указатель предлагаемого применения платинированного ниобия в открытых стволах глубоких скважин. способ, которым платинированный электрод, вероятно, найдет новое и все более широкое применение в катодной защите подземных сооружений, таких как резервуары для хранения, заглубленные трубопроводы и обсадные трубы нефтяных скважин.

Рис. 1

Гладкий нержавеющий корпус сводит к минимуму мощность, необходимую для перемещения судов по воде.Современные суда, такие как танкер, показанный здесь в сухом доке, во многих случаях оснащены методами катодной защиты под напряжением для защиты от коррозии. Платинированные титановые противоэлектроды, используемые в такой системе, можно увидеть в виде четырех небольших горизонтальных полос на одной линии с гребным валом

Фотография любезно предоставлена ​​British Petroleum

Производство электродов

За двадцать пять лет Несомненные улучшения в методах изготовления электродов.Платиновое покрытие титана электроосаждением все еще широко используется, но титан, как алюминий и другие тугоплавкие оксидные металлы, остается в основном металлом, на который трудно наносить электроосаждение. Этот метод включает в себя предварительную шероховатость в высокой степени с образованием входящих углов, так что электроосаждение механически фиксируется на поверхности, хотя, несомненно, существует также некоторое слабое притяжение Ван-дер-Вааль. Однако адгезия обычно не происходит за счет металлургического или прочного химического связывания.Уловка в получении звуковой гальванической пластины состоит в том, чтобы добиться хорошего начального удара, и очень полезный способ гарантировать это — предварительно покрыть протравленный титан очень тонким слоем электропроводящей грунтовки, образованной термическим разложением (6). Гальваника прилипших отложений платины из водных ванн на такую ​​обработанную поверхность становится гораздо более надежной операцией.

Электроосаждение обеспечивает покрытие платиной подложек самых разных размеров и форм; кроме того, этот способ также позволяет повторно наносить покрытие на относительно дорогие подложки, когда срок службы существующих анодов истекает из-за расхода платины.Однако существуют пределы толщины электроосаждений, которые можно наносить из водных ванн. Основная часть анодных покрытий составляет от 1 до 5 микрон, а иногда и до 10 микрон. Для более толстых покрытий до 20 микрон, требуемых, например, требованиями катодной защиты морских нефтяных платформ в Северном море, используется покрытие путем совместной металлургической обработки. Этот метод также подвергся развитию, и теперь продукт, предназначенный для использования на суше, в том числе земляные полотна и защита настила моста, включает в себя небольшой диаметр, в основном от 1 до 4 мм, титан с платинированным медным сердечником (а также с медным сердечником и твердым сплавом). ниобий) с оболочкой 1-2.Платина толщиной 5 мкм.

Факторы, влияющие на долговечность платиновых покрытий

На заре эксплуатации платинированного титана существовало убеждение, что платина, считавшаяся благородным металлом на протяжении многих веков, будет полностью нерастворимой и сохранится навсегда. Непосредственным определяющим фактором была минимальная толщина, которую можно было электроосаждать, чтобы обеспечить видимое равномерное покрытие платины; в то время это оказалось около 2,5 микрон.

Хотя было бы неразумно говорить, что какая-либо научная тема когда-либо полностью понятна, тем не менее было бы реалистично сказать, что изготовление и использование платинированных титановых электродов теперь превратилось из искусства в довольно сложную науку.

В действительности платина имеет небольшую, но конечную скорость анодного расходования (растворения). Объединив воедино доступную опубликованную литературу, теперь становится ясно, что металл, например, в наиболее часто встречающемся электролите — рассоле — является пассивируемым, с так называемыми активными, пассивными и транспассивными характеристиками. Потребовалось много времени, чтобы смириться с тем фактом, что при использовании в режиме низкого перенапряжения платина работала в «активной» коррозионной области. Благородство платины таково, что практическое применение металла, например, легированного иридием для минимизации начала пассивации, было широко возможным, например, при электролизе рассола с образованием хлората натрия.Существует измеримое растворение, которое значительно выше, чем для оксидов иридия и рутения. Однако, когда платина повышается до пассивного потенциала, скорость анодной коррозии становится намного ниже, и именно в этом состоянии материал находит свое массовое применение. Разбивка относительных графиков Тафеля для платины, работающей в 3-процентном растворе хлорида натрия, проиллюстрирована на рисунке 2, из которого можно сделать вывод, что на каждый ампер-час (Ач) электричества, прошедшего через платину, в основном в виде выделения хлора, происходит растворение около 1 миллионной грамма платины.

Рис. 2

Характеристики платинированного титана в рассоле, содержащем 30 граммов на литр хлорида натрия, при температуре 25 ° C. Можно сделать вывод, что примерно одна миллионная грамма платины растворяется на каждый ампер-час электричества, прошедшего

За двадцать пять лет использования платинированного титана выяснилось, что платина, которая долгое время считалась коррозионной. -устойчивый, может растворяться совершенно неожиданными способами помимо погружения в «царь вод» ( царская водка ).Сгруппированные по категориям, они подпадают под общие заголовки:

  • Нарушение пассивирующей пленки (деполяризация), вызванное изменениями формы волны тока.

  • Работа в разбавленном рассоле с одновременным выделением хлора и кислорода.

  • Работа с жидкостями, содержащими определенные органические соединения.

Форма волны тока

Лосев и его сотрудники (7) выяснили первопричину вероятного эффекта формы волны тока в статье, опубликованной в 1963 году.С помощью метода радиоактивного индикатора было продемонстрировано, что простое прерывание приложенного анодного тока вызовет некоторую потерю защитной способности пассивной пленки, что приведет к короткому, но интенсивному периоду сольватации платины, см. Рис. 3. Тема пульсации с тех пор широко исследовалась. Когда впервые стал доступен платинированный титан, возникли опасения, что колебания тока от коммерческих выпрямителей могут помешать жизнеспособности электрода. Оказалось, что это не так (8), потому что, как правило, частота собственной пульсации была слишком высокой, чтобы вызвать какое-либо практическое увеличение скорости растворения.Использование низкочастотного переменного тока, например, системы прямоугольных импульсов от 2 до 5 Гц в некоторых современных автоматических устройствах катодной защиты, тем не менее, требует более тщательного учета влияния на скорость анодной коррозии платины, и должны быть исключены ложные отрицательные пики или преднамеренное изменение направления тока. полностью избежать.

Рис. 3

Растворение платины с течением времени поляризации при 100 мА / см 2 с использованием результатов Городецкого, Дембровского и Лосева (7)

Когда в конце 1960-х годов титан с гальваническим покрытием платиной был попробовав прямое кипячение водопроводной воды на переменном токе с использованием переменного тока 50 Гц, казалось, многих удивило то, что эта процедура была готовым средством преобразования платиновой подложки в оксид платины оранжевого цвета с высокой скоростью.

Совместная эволюция кислорода и хлора

Ранее платинированные титановые электроды применялись на заводах, использующих воду из устьев рек, например, для катодной защиты конденсаторных ящиков электростанций и в электрохлораторах. Более высокие, чем ожидалось, уровни потребления платины объяснялись разжижением морской воды, смешиванием океанской и речной воды в устьях рек и низкими температурами. Было доказано, что снижение температуры оказывает минимальное влияние на потребление платины, но разбавление хлорида натрия привело к совершенно неожиданному открытию, что одновременное выделение хлора и кислорода увеличивает скорость потребления платины больше, чем отдельные эффекты выделения либо чистого кислорода, либо чистый хлор, показанный на рисунке 4.Такой синергетический эффект сопровождается коррозией под напряжением, где совместное действие напряжения и коррозии (например, едкое растрескивание стали) вызывает больший ущерб, чем отдельные эффекты напряжения и коррозии. Таким образом, в концентрированном солевом растворе скорость анодного износа платины составляет менее 0,1 мкм г / Ач. В серной кислоте или в речной воде скорость износа при выделении кислорода составляет около 5 мкм г / Ач. В морской воде (примерно 1/10 насыщения) уровень потребления платины составляет около 1 мк г / Ач, но при концентрациях солоноватой воды, то есть несколько граммов на литр растворенных твердых веществ, скорость потребления может возрасти до нескольких десятков. мк г / Ач.

Рис. 4

Скорость анодного растворения платины в рассоле различной концентрации

Присутствие определенных органических соединений

Это еще одна ситуация, когда чувствительность платины к необычно высоким скоростям анодного расхода была связана с условиями не ценился ранее до более широкого использования платинированного титана. Требовалось защитить сосуд из мягкой стали, содержащий 0.25 процентов рассола плюс сахар. Платинированный титан, предназначенный для явно нормальных условий эксплуатации, неоднократно преждевременно выходил из строя. Это стало основой для последующих экспериментов, которые показали, что, помимо разбавления рассола, сахар значительно усиливает скорость анодной коррозии не только платины, но и других благородных металлов и основных оксидных электрокатализаторов рутения и иридия. Juchniewicz (9) и его сотрудники, работая с более сильным рассолом, впоследствии показали, что именно обычный сахар, а не какие-либо продукты анодного разложения, ответственны за увеличение анодного потребления платины.

Впоследствии были идентифицированы другие органические соединения, влияющие на анодное потребление платины, включая определенные осветляющие / выравнивающие агенты, используемые в растворах никелевого гальванического покрытия, загрязнение рассола дизельным топливом и некоторые органические соединения в реакциях органоэлектросинтеза, такие как, например, адипонитрил в серной кислоте.

Обсуждение

Растущее и широкое разнообразие применений платинированных титановых электродов, как только что было описано, высветило новые аспекты поведения платины.Эффект пульсации тока, совместной эволюции кислорода, хлора и определенных органических соединений в значительной степени неправильно понимается в механизме. Тем не менее, открытие этих эффектов не только не ограничивает возможности использования платинированных титановых электродов, но и установило правила, в рамках которых этот материал используется с большей уверенностью. При анодном расходе около 1 мк г / Ач, что является нормой для морской воды, платинированные титановые электроды заняли, по-видимому, постоянную нишу. Мало кто будет возражать против того, чтобы этот тип электродов был предпочтительным материалом с высокой плотностью тока для использования на море.Однако этого нельзя сказать о выборе электродов для использования под землей при катодной защите резервуаров, трубопроводов и обсадных труб нефтяных скважин или о стальной арматуре для настилов мостов и многоэтажных автостоянок. Здесь выбор более естественно падает на графит, кремнистое железо и магнетит. Тем не менее, платинированный титан или электроды платинированного титанового типа вполне могут найти применение.

Если рассматривать ситуацию на суше более подробно, несколько электродов в системах катодной защиты используются заглубленными непосредственно в почву или скалу.Напротив, для достижения контакта с низким сопротивлением электроды заделывают в кокс, чтобы сформировать грунтовый слой углерода с увеличенной площадью поверхности. Электрическое соединение со слоем достигается путем подачи на центрально расположенный электрод тока плотностью порядка А / м 2 , или не более нескольких единиц. В настоящее время в Соединенном Королевстве широко используется мелкодисперсный кокс, известный как «Sunbrite Singles», который является бытовым бездымным топливом, но также используется другой специальный псевдоожиженный кокс, известный как «Loresco».Чтобы подать ток на кокс, электрод может быть задействован как частично электрохимически, так и электрически.

Рис. 5

Добывающие нефтяные скважины, такие как показанная с использованием насоса Люфкина, футерованы стальными трубопроводами до нефтеносных пластов. Для предотвращения коррозии стали со стороны скальной породы и возможности перфорации с потерей нефти и, возможно, загрязнением важных водных горизонтов, все чаще применяются методы катодной защиты, при этом рядом с грунтовыми пластами глубоких скважин расположены

Фотография любезно предоставлена ​​Shell

Можно получить преимущество при использовании чего-то менее хрупкого, чем графит, кремнистое железо или магнетит.Более удобный в использовании технический материал, такой как кусок гибкого платинированного титана, имеет много преимуществ как при транспортировке, так и при установке. В случае глубокой скважины, в отличие от неглубоких грунтовых пластов, миниатюрный нехрупкий электрод требует отверстия меньшего диаметра, что позволяет сэкономить на затратах на бурение, а также на стоимости любой необходимой футеровки.

Другой формой слоя глубокого заземления, которая все чаще используется во всем мире, является так называемая разновидность «открытого ствола», и здесь снова миниатюрный платинированный титановый (или ниобиевый) анод с более высокой плотностью тока в форме стержня или сетка, идет установка.Как описал Слай (5), платинированный анод просто подвешивают в отверстии, которое, очевидно, должно находиться на глубине, на которой вода собирается вокруг анода. Помимо экономии средств за счет ограничения диаметра просверливаемого отверстия, анод и кабель можно легко вытащить на поверхность для осмотра и замены при необходимости. Когда платина израсходована, на подложку можно наносить новое покрытие.

В 1980 году Варн и Беркли описали питатели с платинированной титановой сеткой для двух удовлетворительных систем с грунтовым слоем, которые были выкопаны для чисто исследовательских целей и через 15 лет обнаружили, что титановая сетка с платиновым гальваническим покрытием находится в неизношенном и все еще новом состоянии (10). ).Это должно предвещать успех в долгосрочной перспективе.

Растет потребность в надежных и долговечных грунтовых грядках. В катодной защите требования к току кровати варьируются от нескольких до нескольких сотен ампер. Есть предположение, что в электрофоретических методах третичного извлечения нефти могут потребоваться грунтовые пласты большой глубины и многие сотни, возможно, тысячи ампер. Платинированный титановый электрод, зарекомендовавший себя в морской отрасли, похоже, предназначен для увеличения использования в грунтовых условиях.В отличие от морской области, химический состав окружающей среды в наземных условиях варьируется гораздо шире.

Заключение

За двадцать пять лет платинированный титановый электрод неуклонно рос в росте. Из многих уроков, которые можно извлечь из его успешных приложений, два особенно приходят на ум: необходимость принимать смелые решения, когда делаются первые шаги для запуска нового продукта, и тот факт, что гораздо больше знаний было накоплено на химическое / электрохимическое поведение платины, что дает ученым возможность исследовать множество явлений в ближайшие годы.

Платина действительно интересный с технической точки зрения металл, который, без сомнения, все еще скрывает еще много секретов.

  • 1

    J. B. Cotton, Platinum Metals Rev. , 1958, 2 , (2), 45

  • 2

    P. G. Wrangler, Tek. Tidskr. , 1960, h30 , 551

  • 3

    R. Juchniewicz, Platinum Metals Rev. , 1962, 6 , (3), 100; Proc. 1-й Int. Congr. по коррозии металлов, Лондон, 1961, Баттервортс, Лондон, 1962, стр.368

  • 4

    Л. Л. Шрейр, Platinum Metals Rev. , 1977, 21 , (4), 110; там же. , 1978, 22 , (1), 14

  • 5

    PM Sly, Platinum Metals Rev. , 1980, 24 , (2), 56

  • 6

    MA Warne and PCS Hayfield, Патенты Великобритании 1,351,741; 1974 и 1 351 742 человека; 1974

  • 7

    Городецкий В.В., Дембровский М.А.,В. Лосев, Ж. Прикл. Хим. (Ленинград) , 1963, 36 , (7), 1543

  • 8

    Р. Юхневич, П. С. Хейфилд, Proc. 3-й Int. Congr. по коррозии металлов, М., 1966, опубл. Москва, 1969, 3 , с. 73

  • 9

    J. Pompowski, R. Juchniewicz, G. Waleszkowski, H. Strelcki и J. Sadowska, Marine Corros. Конф., Гданьск, 1967, с. 87

  • 10

    М. А. Варн и К. Г. К. Беркли, NACE Corrosion / 80, Paper 244

    • Платинированный титановый и ниобиевый анод

    Производство электродов по индивидуальному заказу с покрытием из чистой платины на титане или ниобии

    Платино-титановые нерастворимые аноды на основе металлического титана используются в качестве анодов в виде листов, пластин, стержней, нитей и трубок.Толщина стандартного слоя платины 2-5 мкм. При более высоких требованиях толщина платинового слоя может достигать 20 мкм. Срок службы титанового анода с платиновым покрытием зависит от рабочей среды (электролита) и силы тока (плотности тока) анода. Плотность тока не должна превышать 75 А / дм2. Ниже этого значения износ платинового слоя очень мал, и срок службы анода также может быть оценен. Согласно опыту, износ платинового слоя составляет около 1-4 граммов на миллион ампер-часов в растворе хромирования, не содержащем фтора.

    Титановый анод в основном используется в промышленном производстве, таком как хлорщелочи и гипохлорит натрия, электролитический синтез органических соединений, очистка сточных вод, опреснение морской воды, электролиз разбавленного рассола, анод для гипохлорита натрия, анод для электролиза хлорида натрия, дезинфекция водопроводной воды , серия электродных продуктов для очистки сточных вод, электроды для опреснения морской воды, удаление планктона в промышленных оборотных водах и др. Основные категории: платино-титановые электроды, титановые электроды, супер-титановые электроды, группа электродов с покрытием из благородных металлов.

    Платинированный анод как электродный материал характеризуется тремя выдающимися свойствами:

    1. Он стабилен, устойчив к коррозии и может использоваться в различных средах.

    2. Для реакции выделения кислорода перенапряжение очень велико.

    3. Для реакции выделения водорода перенапряжение очень низкое.

    Ptanode описывает тугоплавкие металлы, такие как титан и ниобий, покрытые чистейшей платиной.Электрокаталитические функциональные слои из платины или различных оксидов драгоценных металлов используются практически во всей электрохимической промышленности.

    Платина — драгоценный металл с хорошими физическими и химическими свойствами, например

    .

    Платиновый анод имеет высокую коррозионную стойкость

    Платиновые аноды имеют очень хорошую теплопроводность

    Платиновый анод обладает отличными каталитическими свойствами

    a3bc6c39-962a-4da3-af31-284a9b9a3fba | 0 |.0 | 27604f05-86ad-47ef-9e05-950bb762570c

    Положительный электрод калий-ионной батареи на основе титана с чрезвычайно высоким окислительно-восстановительным потенциалом

  • 1.

    Лю Дж. Решение серьезных проблем в области хранения энергии. Adv. Функц. Матер. 23 , 924–928 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 2.

    Зуби Г., Дюфо-Лопес Р., Карвалью М. и Пашаоглу Г. Литий-ионная батарея: современное состояние и перспективы на будущее. Обновить. Sust. Energ. Ред. 89 , 292–308 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 3.

    Петерс, Дж. Ф., Бауман, М., Циммерманн, Б., Браун, Дж. И Вейл, М. Воздействие литий-ионных батарей на окружающую среду и роль ключевых параметров — обзор. Обновить. Sust. Energ. Ред. 67 , 491–506 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 4.

    Мартин, Г., Рентч, Л., Хёк, М. и Бертау, М. Исследование рынка лития — глобальное предложение, будущий спрос и динамика цен. Energy Storage Mater. 6 , 171–179 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 5.

    Слейтер, М. Д., Ким, Д., Ли, Э. и Джонсон, К. С. Натриево-ионные батареи. Adv. Функц. Матер. 23 , 947–958 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 6.

    Palomares, V. et al. Na-ионные батареи, последние достижения и проблемы, связанные с превращением в недорогие системы хранения энергии. Energy Environ. Sci. 5 , 5884 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 7.

    Ябуучи, Н., Кубота, К., Дахби, М. и Комаба, С. Исследования в области натрий-ионных аккумуляторов. Chem. Ред. 114 , 11636–11682 (2014).

    CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 8.

    Кубота, К., Дахби, М., Хосака, Т., Кумакура, С. и Комаба, С. К ионным и натриево-ионным батареям как к «не литий-ионным». Chem. Рек. 18 , 459–479 (2018).

    CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 9.

    Прамудита, Дж. К., Сехрават, Д., Гунетиллеке, Д. и Шарма, Н. Первоначальный обзор состояния электродных материалов для калий-ионных батарей. Adv. Energy Mater. 7 , 1602911 (2017).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 10.

    Ваалма, К., Буххольц, Д., Вейл, М. и Пассерини, С. Анализ стоимости и ресурсов натриево-ионных батарей. Nat. Rev. Mater. 3 , 18013 (2018).

    объявлений Статья Google Scholar

  • 11.

    Ким, Х., Джи, Х., Ван, Дж. И Седер, Г. Катодные материалы нового поколения для неводных калий-ионных батарей. Trends Chem. 1 , 682–692 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 12.

    Эллис, Б. Л., Макахнок, В. Р. М., Макимура, Ю., Тогхилл, К. и Назар, Л. Ф. Многофункциональный фосфатный катод на основе железа 3,5 В для аккумуляторных батарей. Nat. Матер. 6 , 749–753 (2007).

    объявлений CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 13.

    Ли, К. Т., Рамеш, Т. Н., Нэн, Ф., Боттон, Г. и Назар, Л. Ф. Топохимический синтез натрий-металл-фосфатных оливинов для натриево-ионных аккумуляторов. Chem. Матер. 23 , 3593–3600 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 14.

    Ябуучи Н. и др. Тип P2 Nax [Fe 1/2 Mn 1/2 ] O 2 из землистых элементов для аккумуляторных батарей Na. Nat.Матер. 11 , 512–517 (2012).

    объявлений CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 15.

    Senguttuvan, P., Rousse, G., Seznec, V., Tarascon, JM & Palacín, MR Na 2 Ti 3 O 7 : самое низкое напряжение, о котором когда-либо сообщалось о вводящем оксидном электроде для натрия ионные батареи. Chem. Матер. 23 , 4109–4111 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 16.

    Кишор, Б. Г. В. и Муничандрайя, Н. К 2 Ti 4 O 9 : многообещающий анодный материал для ионно-калиевых батарей. J. Electrochem. Soc. 163 , A2551 – A2554 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 17.

    Дельмас К., Черкауи Ф., Надири А. и Хагенмюллер П. Фаза назиконового типа в качестве интеркалирующего электрода: NaTi 2 (PO 4 ) 3 . Mater. Res. Бык. 22 , 631–639 (1987).

    CAS Статья Google Scholar

  • 18.

    Wu, C. et al. Синтез пористого NaTi 2 (PO 4 ) 3 Наночастицы, встроенные в трехмерные графеновые сети для натриевых электродов с высоким быстродействием и длительным сроком службы. ACS Nano 9 , 6610–6618 (2015).

    CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 19.

    Han, J. et al. Нанокубические электроды KTi 2 (PO 4 ) 3 для калий-ионных аккумуляторов. Chem. Commun. 52 , 11661–11664 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 20.

    Ван, Ю., Сяо, Р., Ху, Ю.С., Авдеев, М. и Чен, Л. P2-Na 0,6 [Cr 0,6 Ti 0,4 ] O 2 катион -неупорядоченный электрод для высокоскоростных симметричных натриево-ионных аккумуляторов. Nat. Commun. 6 , 6954 (2015).

    объявлений CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

  • 21.

    Wang, D. et al. Натрий-ванадий-титан-фосфатный электрод для симметричных натрий-ионных аккумуляторов с высокой мощностью и длительным сроком службы. Nat. Commun. 8 , 15888 (2017).

    объявлений CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

  • 22.

    Чен З., Белхаруак И., Сан Ю. К. и Амин К. Анодные материалы на основе титана для безопасных литий-ионных аккумуляторов. Adv. Функц. Матер. 23 , 959–969 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 23.

    Wang, S. et al. Гидраты титаната лития со сверхбыстрым и стабильным циклом в литий-ионных батареях. Nat. Commun. 8 , 627 (2017).

    объявлений PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

  • 24.

    Wang, Y. et al. Ti-замещенный оксид Na 0,44 туннельного типа MnO 2 в качестве отрицательного электрода для водных натрий-ионных аккумуляторов. Nat. Commun. 6 , 6401 (2015).

    объявлений CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 25.

    Гутьеррес А., Бенедек Н. и Мантирам А. Кристаллохимическое руководство для понимания изменений окислительно-восстановительной энергии пар M 2 + / 3 + в полианионных катодах для литий-ионных аккумуляторов. Chem. Матер. 25 , 4010–4016 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 26.

    Muraliganth, T. & Manthiram, A. Понимание сдвигов окислительно-восстановительных потенциалов оливина LiM 1 − y M y PO 4 (M = Fe, Mn, Co и Mg) катоды на твердом растворе. J. Phys. Chem. С 114 , 15530–15540 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 27.

    Melot, B.C. et al. Химические и структурные индикаторы больших окислительно-восстановительных потенциалов в материалах положительных электродов на основе Fe. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 6 , 10832–10839 (2014).

    CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 28.

    Гуденаф, Дж. Б. и Ким, Ю. Проблемы литиевых аккумуляторных батарей. Chem. Матер. 22 , 587–603 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 29.

    Padhi, A.K. Влияние структуры на окислительно-восстановительную пару Fe 3+ / Fe 2+ в фосфатах железа. J. Electrochem. Soc. 144 , 1609 (2006).

    Артикул Google Scholar

  • 30.

    Liu, J. et al. Ионная проводимость в кубическом Na 3 TiP 3 O 9 N, вторичный катод Na-ионной батареи с чрезвычайно малым изменением объема. Chem. Матер. 26 , 3295–3305 (2014).

    объявлений CAS Статья Google Scholar

  • 31.

    Федотов С.С. и др. Кристаллохимический инструментарий в поисках катодных материалов натриево-ионных аккумуляторов и анализе их транспортных свойств. Твердотельный ион. 314 , 129–140 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 32.

    Антипов Е.В., Хасанова Н.Р. и Федотов, С. С. Перспективы использования лития и фторидных фосфатов переходных металлов в качестве катодных материалов для нового поколения литий-ионных аккумуляторов. IUCrJ 2 , 85–94 (2015).

    CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

  • 33.

    Федотов С.С. и др. Кристаллическая структура и литий-ионный транспорт в Li 2 CoPO 4 F материал катода высокого напряжения для литий-ионных аккумуляторов. J. Phys. Chem. С 121 , 3194–3202 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 34.

    Delmas, C., Nadiri, A. & Soubeyroux, J. L. Фосфаты титана назиконового типа ATi 2 (PO 4 ) 3 (A = Li, Na) в качестве электродных материалов. Твердотельный ион. 28–30 , 419–423 (1988).

    Артикул Google Scholar

  • 35.

    Recham, N. et al. Ионотермический синтез электродов из фторофосфатов на основе лития. Chem. Матер. 22 , 1142–1148 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 36.

    Рангасвами П., Суреш Г. С. и Махадеван М. К. Комплексные электрохимические исследования таворита LiTiPO 4 F / C электрода для перезаряжаемой литий-ионной батареи. ChemistrySelect 1 , 1472–1483 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 37.

    Chihara, K., Kitajou, A., Gocheva, ID, Okada, S. & Yamaki, J. Катодные свойства Na 3 M 2 (PO 4 ) 2 F 3 [M = Ti, Fe, V] для натриево-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 227 , 80–85 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 38.

    Barpanda, P. et al. Фторсульфат на основе железа с напряжением 3,90 В для литий-ионных аккумуляторов, кристаллизующийся в триплитовой структуре. Nat. Матер. 10 , 772–779 (2011).

    объявлений CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

  • 39.

    Ben Yahia, M. et al. Причина увеличения напряжения с 3,6 до 3,9 В в катодах LiFeSO 4 F для литий-ионных аккумуляторов. Energy Environ.Sci. 5 , 9584–9594 (2012).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 40.

    Федотов С.С. и др. AVPO 4 F (A = Li, K): Материал катода 4 В для мощных аккумуляторных батарей. Chem. Матер. 28 , 411–415 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 41.

    Никитина В.А. и др. Транспортные и кинетические аспекты внедрения ионов щелочных металлов в каркас AVPO 4 F. J. Electrochem. Soc. 164 , A6373 – A6380 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 42.

    Никитина В.А. и др. Влияние структуры поверхности раздела электрод / электролит на скорость диффузии иона калия и скорость переноса заряда: в сторону высоковольтной калиево-ионной батареи. Электрохим. Acta 258 , 814–824 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 43.

    Chihara, K. et al. KVPO 4 F и KVOPO 4 к калий-ионным батареям на 4 вольта. Chem. Commun. 5208 , 1 (2017).

    Google Scholar

  • 44.

    Kim, H. et al. Новая стратегия для высоковольтных катодов для K-ионных аккумуляторов: стехиометрический KVPO 4 F. Adv. Energy Mater. 8 , 1801591 (2018).

    объявлений Статья CAS Google Scholar

  • 45.

    Федотов С.С. и др. Обратимое легкое удаление / внедрение ионов Rb + и K + в катодный материал типа KTiOPO 4 RbVPO 4 F. J. Mater. Chem. А 6 , 14420–14430 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 46.

    Терещенко И.В. и др. Роль полулабильных атомов кислорода в химии интеркаляции полианионных катодов металл-ионных аккумуляторов. Дж.Являюсь. Chem. Soc. 140 , 3994–4003 (2018).

    CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 47.

    Хосака Т., Шимамура Т., Кубота К. и Комаба С. Полианионные соединения для калий-ионных батарей. Chem. Рек. 19 , 735–745 (2019).

    CAS Статья Google Scholar

  • 48.

    Мимура, Х., Лехто, Дж. И Харьюла, Р.Химическая и термическая стабильность гексацианоферрата (II) никеля и калия. J. Nucl. Sci. Technol. 34 , 582–587 (1997).

    CAS Статья Google Scholar

  • 49.

    Lehto, J., Pettersson, M., Hinkula, J., Räsänen, M. & Elomaa, M. При термическом разложении гексацианоферрата кобальта калия (II) выделяются газы. Thermochim. Acta 265 , 25–30 (1995).

    CAS Статья Google Scholar

  • 50.

    Апарисио, К., Мачала, Л., Марусак, З. Термическое разложение берлинской синей в инертной атмосфере. J. Therm. Анальный. Калорим. 110 , 661–669 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 51.

    He, G. & Nazar, L.F. Контроль размера кристаллитов аналогов прусского белого для неводных калий-ионных батарей. ACS Energy Lett. 2 , 1122–1127 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 52.

    Xue, L. et al. Недорогой высокоэнергетический катод калия. J. Am. Chem. Soc. 139 , 2164–2167 (2017).

    CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 53.

    Би Х., Кубота К., Хосака Т., Чихара К. и Комаба С. Новая ионная батарея K: гексацианоферрат (ii) / графитовый элемент. J. Mater. Chem. А 5 , 4325–4330 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 54.

    Boivin, E. et al. Редокс-парадокс ванадия в таворите LiVPO 4 F 1 – y O y . Chem. Матер. 31 , 7367–7376 (2019).

    CAS Статья Google Scholar

  • 55.

    Ateba Mba, J.-M., Masquelier, C., Suard, E. & Croguennec, L. Синтез и кристаллографическое исследование гомеотипических LiVPO 4 F и LiVPO 4 O. Chem. Матер. 24 , 1223–1234 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 56.

    Kim, M., Lee, S. & Kang, B. Высокоскоростной электродный материал с более высокой плотностью энергии, чем у LiFePO 4 : 4,2 В LiVPO 4 F, синтезированный с помощью масштабируемого одностадийного твердого тела -государственная реакция. Adv. Sci. 3 , 1500366 (2016).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 57.

    Бойвин, Э.и другие. LiVPO 4 F 1 – y O y Составы таворитового типа: влияние концентрации дефектов ванадильного типа на структуру и электрохимические характеристики. Chem. Матер. 30 , 5682–5693 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 58.

    Zhang, R. et al. Безопасный, недорогой, быстро кинетический и низковольтный неорганический анод с открытым каркасом для калий-ионных аккумуляторов. Angew.Chem. Int. Эд. 58 , 16474–16479 (2019).

    CAS Статья Google Scholar

  • 59.

    Аксенов Д. А., Федотов С. С., Стивенсон К. Дж. И Жугаевич А. Понимание миграционных барьеров для внедрения одновалентных ионов в катодные материалы на основе оксидов переходных металлов и фосфатов: исследование методом DFT. Comput. Матер. Sci. 154 , 449–458 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 60.

    Линг, К., Чен, Дж. И Мизуно, Ф. Изучение из первых принципов интеркаляции щелочных и щелочноземельных ионов в гексацианоферрате железа: важная роль ионного радиуса. J. Phys. Chem. С. 117 , 21158–21165 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 61.

    Петржичек В., Душек М. и Палатинус Л. Кристаллографическая вычислительная система JANA2006: общие характеристики. Z. Kristallogr. Кристалл.Матер. 229 , 345–352 (2014).

    Google Scholar

  • 62.

    Momma, K. & Izumi, F. VESTA3 для трехмерной визуализации кристаллов, объемных и морфологических данных. J. Appl. Кристаллогр. 44 , 1272–1276 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 63.

    Ребуффи, Л., Плезье, Дж. Р., Абделлатиф, М., Лаузи, А.И Скарди, П. MCX: линия пучка синхротронного излучения для анализа профиля рентгеновских дифракционных линий. Z. Anorg. Allg. Chem. 640 , 3100–3106 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 64.

    Тоби Б. Х. и фон Дриеле Р. Б., IUCr. GSAS-II: генезис современного универсального программного пакета для кристаллографии с открытым исходным кодом. J. Appl. Кристаллогр. 46 , 544–549 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 65.

    Крессе, Г. и Фуртмюллер, Дж. Эффективность неэмпирических расчетов полной энергии металлов и полупроводников с использованием базисного набора плоских волн. Comput. Матер. Sci. 6 , 15–50 (1996).

    CAS Статья Google Scholar

  • 66.

    Пердью, Дж. П., Берк, К. и Эрнцерхоф, М. Обобщенное приближение градиента стало проще. Phys. Rev. Lett. 77 , 3865–3868 (1996).

    объявлений CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

  • 67.

    Дударев, С. Л., Боттон, Г. А., Саврасов, С. Ю., Хамфрис, К. Дж. И Саттон, А. П. Спектры потерь энергии электронов и структурная стабильность оксида никеля: исследование LSDA + U. Phys. Ред. B 57 , 1505–1509 (1998).

    объявлений CAS Статья Google Scholar

  • 68.

    Ван Де Валле, А., Аста, М. и Седер, Г. Автоматизированный инструментарий для теории сплавов: руководство пользователя. CALPHAD 26 , 539–553 (2002).

  • 69.

    Стоянов, Э., Лангенхорст, Ф. и Стейнл-Нойман, Г. Влияние валентного состояния и геометрии узлов на Ti L 3,2 и спектры потери энергии электронов в норме Ti x O y фаз. Am. Минеральная. 92 , 577–586 (2007).

    объявлений CAS Статья Google Scholar

    • Границы | Электроды из алмазного / пористого нитрида титана с превосходными электрохимическими характеристиками для нейронного интерфейса

    Введение

    Нанокристаллические алмазные пленки, синтезированные методом химического осаждения из паровой фазы (CVD), представляют собой уникальный класс материалов с выдающимися физическими и химическими свойствами, включая превосходную твердость и способность противостоять экстремально агрессивным средам (Williams, 2011).Помимо этих свойств, электропроводящий алмаз, легированный бором (BDD), демонстрирует широкое потенциальное окно и низкие фоновые токи, что делает его интересным материалом для электрохимических применений (Rao and Fujishima, 2000). В течение последних нескольких десятилетий BDD использовался для изготовления электродов для широкого круга приложений, включая электроанализ (Compton et al., 2003; Suzuki et al., 2007; Schwarzová-Pecková et al., 2017), электросинтез (Крафт, 2007; Ивандини, Эйнага, 2017; Ащеулов и др., 2018) и биочувствительности (Vermeeren et al., 2009; Zhou, Zhi, 2009; Qureshi et al., 2010; Svítková et al., 2016). Совсем недавно BDD привлек внимание как электродный материал для нейрохимического зондирования, нейронной записи и нейростимуляции: in vitro, и in vivo, (Hébert et al., 2014b; Garrett et al., 2016). Исследования показали, что микроэлектроды BDD подходят для измерения биоэлектрических потенциалов культивируемых нервных клеток млекопитающих (Ariano et al., 2005; McDonald et al., 2017) и нервной ткани в острых условиях (Ho-Yin et al., 2009). BDD также имеет большие перспективы для изготовления имплантируемых электродов для хронического применения, поскольку материал демонстрирует исключительную физическую стабильность, биосовместимость и устойчивость к биообрастанию белков in vivo (Alcaide et al., 2016b; Meijs et al., 2016a). Однако, в отличие от обычных электродных материалов, планарные пленки BDD демонстрируют относительно более низкую емкость двойного слоя и высокий импеданс (Swain, 1994; Alehashem et al., 1995). Это недостаток для приложений нейронной стимуляции, поскольку количество заряда, которое может быть эффективно введено через электроды с относительно небольшими контактными площадками, весьма ограничено.

    Было предложено несколько подходов к увеличению эффективной электрохимической площади пленок BDD в качестве средства увеличения количества заряда, который может передаваться через интерфейс. В классических стратегиях сверху вниз алмазные пленки обычно травятся в атмосфере реактивной плазмы для увеличения их пористости (Yu et al., 2014). В этом направлении Kiran et al. продемонстрировали успешную регистрацию in vitro и стимуляцию нервных препаратов с использованием массивов микроэлектродов (MEAs), содержащих сайты контакта BDD «нанотравы» (Kiran et al., 2013). Хотя этот подход показал умеренное увеличение емкости электрода, метод изготовления остается сложным и трудоемким, что ставит под угрозу его промышленную жизнеспособность. В качестве альтернативы, в восходящих стратегиях используется высокопористая подложка в качестве шаблона, на который осаждаются тонкие алмазные пленки.Некоторые примеры в различных типах пористых шаблонов включают вертикально ориентированные углеродные нанотрубки (Hébert et al., 2014a; Zanin et al., 2014), наноструктуры TiO 2 (Siuzdak et al., 2015) и волокна SiO 2 . (Петрак и др., 2017; Влчкова Живцова и др., 2018). Соответственно, электроды BDD, использующие вертикально ориентированные углеродные нанотрубки длиной 3 мкм в качестве межслойного шаблона, продемонстрировали значительное увеличение емкости накопления заряда (CSC) и снижение импеданса. Это улучшение электрохимических свойств позволило успешно стимулировать и регистрировать электрическую активность в препаратах иссеченного заднего мозга мышей (Piret et al., 2015). Однако интеграция углеродных нанотрубок в имплантируемые нейронные зонды по-прежнему вызывает некоторые опасения из-за рисков долгосрочного цитотоксического воздействия и механических повреждений, которые могут возникнуть во время имплантации (Musa et al., 2012; Liu et al., 2013).

    Нитрид титана (TiN) — привлекательный материал, который можно применять для изготовления пористых шаблонов с высокой электрохимической площадью поверхности (ESA) с помощью простых методов физического осаждения из паровой фазы. Пористые покрытия из TiN уже давно используются для электродов кардиостимуляторов, а также для изготовления нейронных стимуляторов и записывающих электродов (Norlin et al., 2005; Specht et al., 2006; Meijs et al., 2015a). Пористость пленок TiN можно легко контролировать, регулируя параметры осаждения, такие как состав газа, скорость потока и время осаждения (Norlin et al., 2005; Cunha et al., 2009). Поры проходят глубоко в покрытие, что приводит к высокому ESA и высокому CSC (Cunha et al., 2009). В предварительном исследовании мы подтвердили возможность изготовления электродов на основе тонкопленочного BDD, нанесенного на TiN, и показали, что эти электроды демонстрируют относительно высокий CSC из-за широкого потенциального окна, типичного для BDD (Meijs et al., 2015b).

    Целью данной работы является определение условий осаждения, которые позволят изготавливать электроды BDD, подходящие для приложений нейростимуляции. Был изготовлен ряд пористых электродов из TiN, которые впоследствии были нанесены на тонкую пленку BDD. Были охарактеризованы морфология, качество и поверхностные свойства полученных пленок BDD / TiN. Кроме того, мы оценили влияние основных параметров пленки TiN на электрохимические характеристики электродов с помощью циклической вольтамперометрии (CV), измерений переходного напряжения (VT) и спектроскопии электрохимического импеданса (EIS).

    Материалы и методы

    Изготовление электродов

    Образцы для испытаний были изготовлены с использованием монополярного электродного штифта Ti 6 Al 4 V, который относится к системе, предназначенной для стимуляции половых нервов (Martens et al., 2011). Были оценены семь типов покрытий из TiN, которые наносились на контактные площадки электродов методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе. Осаждение производилось на промышленной установке для нанесения покрытий (CC800, CemeCon AG, Германия) с двух мишеней из титана (88 × 200 мм) с концентрацией 99.Чистота 5% в смешанной атмосфере Ar / N 2 . В одном наборе образцов (обозначенных как образцы с I по V) расход N 2 изменялся от 30 до 300 стандартных кубических сантиметров в минуту (sccm), в то время как время осаждения сохранялось постоянным на уровне 27,5 × 10 3 с. . В другом наборе образцов (обозначенных как образцы III, VI и VII) скорость потока N 2 поддерживалась на уровне 180 sccm, в то время как время осаждения было изменено. В обоих случаях поток Ar поддерживался постоянным на уровне 180 sccm.

    тонких пленок BDD были синтезированы на слоях TiN с использованием системы химического осаждения из паровой фазы Astex AX6500, усиленной микроволновой плазмой.Покрытые TiN электроды сначала погружали в раствор алмазных наночастиц с концентрацией 0,33 г / л (3,8 ± 0,7 нм) из Университета Шиншу, чтобы засеять поверхность для роста алмаза. В камеру добавляли газообразный водород с добавкой 1% CH 4 с общим расходом 500 куб. В качестве источника примеси к газу добавляли триметилбор при концентрациях бора и углерода 10 000 частей на миллион. Температуру подложки поддерживали на уровне ~ 750 ° C, используя давление 25 Торр (3,33 кПа) и микроволновую мощность 2500 Вт.

    Характеристика поверхности

    Тонкие пленки TiN исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (Nova 600, FEI, Нидерланды). Детальные изображения всех электродов были записаны с увеличением 80 000 раз. Для оценки толщины пленки на плоские подложки (10 × 10 мм), полученные из кремниевых пластин, наносили покрытие во время осаждения каждой партии электродов. Кремниевые подложки были размещены таким образом, чтобы обеспечить равномерную толщину покрытия. Подложки с покрытием впоследствии были разрушены и проанализированы с помощью SEM поперечного сечения.Толщину измеряли с помощью анализа микрофотографий, полученных с помощью SEM, с использованием Image J (NIH, Bethesda, MD). Каждый образец был измерен в нескольких местах вдоль скола, чтобы оценить вариации толщины. Наблюдались только небольшие вариации, и каждому образцу можно было однозначно присвоить уникальную толщину. Морфология поверхности пленок BDD / TiN была проанализирована с помощью SEM FERA3 GM (Tescan, Чешская Республика) с автоэмиссионным катодом Шоттки (FEG-SEM). Изображения были получены в режиме высокого разрешения при ускоряющем напряжении 5 кВ для минимизации объема взаимодействия.

    Рамановская спектроскопия пленок BDD / TiN была проведена при комнатной температуре с использованием рамановского микроскопа InVia (Renishaw ApS, Дания) при следующих условиях: длина волны = 325 нм, объектив Olympus × 40, щели 65 мкм, точечный фокус, решетка = 2400 Л / мм. Монокристаллический алмаз Ib под высоким давлением и высокой температурой использовался в качестве эталона для положения пика комбинационного рассеяния sp 3 .

    Топография и шероховатость поверхности на большой площади (220 × 280 мкм 2 ) исследовались с помощью оптического профилометра (NewView 7200, ZYGO, Middlefield, CT).Кроме того, шероховатость поверхности и топография на небольшой площади (5 × 5 мкм 2 ) были исследованы с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) с использованием АСМ окружающей среды Dimension Icon (Bruker, Германия) в режиме измерения пиковой силы с использованием наконечников Tap150AL-g (BudgetSensors, Innovative Solutions Bulgaria).

    Электрохимические измерения

    Все электрохимические измерения проводились на трехэлектродной установке с использованием электродов из TiN или BDD / TiN в качестве рабочих электродов (0.06 см 2 ), противоэлектрод из платиновой фольги (50 см 2 ) и электрод сравнения Ag | AgCl (1,6 см 2 ). Измерения проводились в растворе Рингера при комнатной температуре.

    Циклическая вольтамперометрия была выполнена путем циклического изменения потенциала электрода между пределами водяного окна. Эти пределы определялись путем увеличения и уменьшения потенциала электрода до тех пор, пока не наблюдался экспоненциально возрастающий ток, с использованием скорости развертки 0,05 В / с. Измерения проводились при 0.05, 0,1, 0,5 и 1,0 В / с; Было записано 10 циклов при каждой скорости развертки. Катодный КЗП электродов определяли путем расчета площади поверхности под осью нулевого тока. Отношение площади электрохимической поверхности к геометрической площади поверхности (ESA / GSA) рассчитывали путем деления CSC пористых покрытий на CSC соответствующего гладкого покрытия при скорости развертки 0,05 В / с.

    Измерения переходных процессов напряжения проводились с использованием биполярного симметричного импульса тока с первым катодом с межфазным переходом, в течение которого ток не подавался.Каждая фаза имела ширину фазы 200 мкс, а продолжительность межфазного взаимодействия составляла 40 мкс. Для анализа трансформаторов напряжения OCP было установлено на 0 В, а падение напряжения IR было вычтено. Падение ИК-излучения рассчитывалось для каждой фазы путем вычитания потенциала через 20 мкс после прекращения импульса из последней точки данных соответствующей фазы. Импульсная емкость ( C импульс ) была рассчитана для каждого импульса с использованием следующего уравнения:

    , где I стим — ток стимуляции, а dV / dt — наклон последних 90% катодной фазы ТН.Импульс C для TiN-электродов типа I был определен при токе, при котором были достигнуты безопасные пределы потенциала. Импульс C других электродов определяли при токе стимуляции 20 мА.

    Циклическую вольтамперометрию и измерения VT выполняли с помощью потенциогальваностата VersaSTAT 3 (Princeton Applied Research, США). Спектр импеданса измерялся от 0,1 Гц до 100 кГц, пять точек на декаду с использованием синусоидального измерительного тока 5.0 мкА. Спектроскопию импеданса проводили с использованием Solartron, модель 1294 в сочетании с анализатором импеданса / фазы усиления 1260 (Solartron Analytical, Великобритания). Линейный регрессионный анализ значений CSC и C pulse выполняли в Prism 7 (GraphPad Software Inc, Ла-Холла, Калифорния).

    Результаты

    Влияние условий осаждения на свойства поверхности пленок TiN

    Влияние параметров осаждения на толщину и морфологию пленок TiN было исследовано путем осаждения пленок при различных парциальных давлениях N 2 при сохранении времени осаждения 27.5 × 10 3 с. Парциальное давление N 2 в камере осаждения было изменено путем изменения расхода N 2 . При самой низкой скорости потока пленки TiN имели относительно гладкую поверхность (рис. 1А). Эти образцы, обозначенные как тип I, использовались в качестве подложек для планарных эталонных покрытий на протяжении всего исследования. Остальные пленки, осажденные при расходах N 2 в диапазоне от 120 sccm и выше, состояли из шероховатых поверхностей с пирамидальными элементами, поперечные размеры которых уменьшались при более высоких скоростях потока N 2 (образцы II – V, рис. 1A).Пористые пленки TiN имеют очень плотную структуру столбчатого типа с пирамидальными элементами в верхней части столбцов. Типичный профиль поперечного сечения пористых пленок TiN показан на дополнительном рисунке 1. Толщина имеет немонотонную зависимость от расхода N 2 (рисунок 1C). Максимальная толщина пленки была получена при 180 sccm (образец типа III), где парциальные давления N 2 и Ar равны. Впоследствии влияние времени осаждения на толщину и морфологию пленок было оценено путем осаждения пленок с более коротким и более длительным интервалом времени по сравнению с образцом III (образцы VI и VII).Размер столбца (рисунок 1B), а также толщина пленки (рисунок 1C) напрямую коррелировали со временем осаждения.

    Рисунок 1 . Сканирующая электронная микроскопия (SEM) анализ семи типов полученных пленок TiN (I – VII). (A) Влияние изменения скорости потока N 2 на морфологию пленки. Для этого набора образцов (I – V) время осаждения составляло 27,5 · 10 3 с. Пленки типа I использовались в качестве гладких эталонных покрытий. (B) Влияние изменения времени осаждения на морфологию пленки при сохранении скорости потока N 2 на уровне 180 sccm. (C) Толщина отображаемых пленок (A, B) . Масштабная полоса на изображениях SEM составляет 1 мкм.

    Оценка свойств поверхности пленок BDD / TiN

    Тонкие пленки алмаза синтезированы на всех типах покрытий TiN (I – VII). СЭМ-изображения (рис. 2А) вместе с изображениями АСМ (рис. 2В) показывают морфологию пленок BDD, выращенных на четырех типичных подложках: гладком TiN (тип I) и трех электродах, выращенных со скоростью 180 см3 (типы III, VI). , и VI).СЭМ-изображения показали, что пленки BDD имели равномерное покрытие TiN и имели нанокристаллическую структуру с размером зерна ~ 50 нм. Из-за геометрии электрода измерения толщины пленки in situ BDD были невозможны, однако осаждение на кремниевые подложки в идентичных условиях привело к получению толщины пленки порядка размера зерна (т.е. ~ 50–70 нм).

    Рисунок 2 . Анализ поверхности четырех представительных электродов (тип I, III, VI и VII). (A) Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), демонстрирующие равномерное покрытие слоя нанокристаллического алмаза. Масштабная шкала соответствует 1 мкм. (B) Высотные изображения с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ). Масштабная шкала соответствует 1 мкм. (C) Измерения шероховатости поверхности с помощью АСМ пленок, представленных в (B) , до (чистый TiN) и после осаждения алмаза (BDD / TiN). (D) Спектры комбинационного рассеяния света 325 нм, показывающие связанный с алмазом пик между 1320 и 1328 см -1 .Для ясности спектры смещены.

    Крупномасштабная топография алмазных пленок, измеренная с помощью оптического профилометра на площади 220 × 280 мкм 2 , определялась канавками на нижележащей подложке TiAlV, которые имеют ширину ~ 20 мкм и до 400 нм. высокая. Шероховатость в этом масштабе составляла около 200–350 нм, и на нее не оказывали существенного влияния покрытие TiN или BDD. Однако мелкомасштабная топография, измеренная с помощью АСМ на площади 5 × 5 мкм 2 , в основном определялась топографией пирамидальной структуры TiN.Шероховатость алмазного слоя, измеренная на плоской поверхности, составляла около 30 нм, оказывала лишь минимальное влияние на топографию пленок BDD / TiN. На рис. 2С показана среднеквадратичная шероховатость поверхности выбранных типов образцов до и после осаждения BDD. Поскольку поверхность электрода не плоская, ошибка в оценке шероховатости составляет ~ 20% при измерении на различных участках штифта.

    Рамановская спектроскопия

    подтвердила синтез алмазных пленок на всех подложках TiN. На рисунке 2D показаны спектры комбинационного рассеяния пленок BDD, выращенных на выбранных типах образцов.Во всех спектрах наблюдается смещенный пик алмаза при 1320–1328 см –1 , а также широкие особенности, связанные с sp 2 при 1360 и 1585 см –1 , то есть полосы D и G.

    Электрохимическая характеристика

    Потенциалы водяного окна были получены методом CV, и их значения обычно составляли от –0,6 до 0,9 В для TiN и от –1,3 до 1,2 В для электродов BDD / TiN (по сравнению с Ag | AgCl). В таблице 1 приведены катодные значения CSC, полученные при скорости развертки 0.05 В / с. CSC, полученный при низкой скорости развертки, дает представление обо всем ESA пористых электродов. Из-за широкого окна потенциалов, создаваемого покрытием BDD, CSC электродов BDD / TiN был постоянно выше, чем CSC неизолированных электродов из TiN. Значения CSC до и после осаждения BDD следовали линейной зависимости с наклоном 2,2, что указывает на то, что значения CSC электродов удваиваются после осаждения BDD (дополнительный рисунок 2). Также было замечено, что значения CSC были резко увеличены во всех пористых образцах по сравнению с гладкими электродами сравнения, для которых значения CSC были равны 0.36 и 7,74 мКл / см 2 соответственно. Таблица 1 включает соотношение ESA / GSA, которое отражает относительное увеличение ESA для каждого из пористых образцов до и после осаждения BDD. На рис. 3А показаны характерные CV-кривые электродов типа III, VI и VI до и после осаждения BDD, где можно наблюдать относительное увеличение CSC, когда пленки TiN осаждаются с помощью BDD. Как показано на рисунке 3B, CSC этих электродов, по-видимому, линейно увеличивается с увеличением толщины покрытия TiN.Значения CSC соответствуют линейной регрессии с наклоном 6,7 мКл / см 2 мкм для незащищенных пленок TiN ( r 2 = 0,98) и 14,2 мКл / см 2 мкм для BDD / Пленки TiN ( r 2 = 0,99), но наклоны существенно не отличаются ( P > 0,05).

    Таблица 1 . Катодный CSC голых электродов из TiN и BDD / TiN, полученные при 0,05 В / с.

    Рисунок 3 . Измерения циклической вольтамперометрии электродов типа III, VI и VII до (чистый TiN) и после осаждения BDD (BDD / TiN). (A) Циклические вольтамперограммы, показывающие, что безопасные пределы потенциала увеличены в электродах BDD / TiN по сравнению с голыми аналогами. Пределы потенциала одинаковы для двух электродных групп. (B) Катодная емкость накопления заряда (CSC) электродов в зависимости от толщины лежащей в основе пленки TiN, показывая, что значения CSC постоянно увеличивались после осаждения BDD. Данные для образцов типа III, VI и VII показаны красным, зеленым и синим цветом соответственно.Пунктирные линии представляют линейную регрессию значений CSC.

    Таблица 2 суммирует C импульс для всех типов электродов, который был получен из измерений VT. За исключением электрода типа I, импульс C электродов BDD / TiN был постоянно ниже, чем импульс C соответствующих электродов TiN. На рисунке 4A показаны типичные измерения VT на электродах типа III, VI и VII до и после покрытия BDD.По сравнению с голыми электродами из TiN, более низкий импульс C электродов BDD / TiN приводит к большим электродным потенциалам. Однако, поскольку безопасное потенциальное окно для BDD больше, чем для TiN, количество заряда, которое можно безопасно ввести, будет выше для BDD / TiN, чем для TiN. C pulse показывает отрицательную тенденцию для электродов TiN и BDD / TiN в зависимости от толщины покрытия TiN (рис. 4B). Значения C импульса соответствуют аналогичным линейным регрессиям с крутизной -0.051 мФ / см 2 мкм для голых пленок TiN ( r 2 = 0,82) и -0,052 мФ / см 2 мкм для пленок BDD / TiN ( r 2 = 0,77 ).

    Таблица 2 . Импульсная емкость неизолированных электродов из TiN и BDD / TiN.

    Рисунок 4 . Измерения переходных процессов напряжения на электродах типа III, VI и VII до (чистый TiN) и после осаждения BDD (BDD / TiN). (A) Переходные процессы напряжения электродов BDD / TiN были больше, чем у неизолированных электродов TiN, что свидетельствует об уменьшении импульсной емкости ( C импульс ). (B) C импульс электродов в зависимости от толщины лежащей под ним пленки TiN, показывая, что значения C импульса уменьшились после осаждения BDD. Данные для образцов типа III, VI и VII показаны красным, зеленым и синим цветом соответственно. Пунктирные линии представляют линейную регрессию значений импульса C .

    Как и ожидалось, увеличенная пористость пленки значительно снизила импеданс электродов (рис. 5).Величины импеданса пористых электродов из TiN и BDD / TiN различались только на частотах ниже 10 Гц. Наибольшая разница в величине импеданса между TiN и BDD / TiN была на частоте 100 мГц, где электроды BDD всегда имели более высокий импеданс, чем электроды из TiN. Величина импеданса электродов из BDD и TiN уменьшалась с увеличением толщины. Наименьшее значение импеданса для TiN с покрытием BDD и без него было получено при использовании электрода с самым толстым покрытием TiN (тип VII).

    Рисунок 5 . Спектры величины импеданса электродов типа I, III, VI и VII до (чистый TiN) и после осаждения BDD (BDD / TiN). Данные для электродов типа I, III, VI и VII показаны серым, красным, зеленым и синим цветом соответственно.

    Обсуждение

    Ряд пористых пленок TiN, используемых в качестве темплатов, был нанесен на испытательные электроды посредством физического осаждения из паровой фазы. Гладкие эталонные пленки TiN были изготовлены с использованием низкого парциального давления N 2 для обеспечения стехиометрического отношения Ti / N ниже 0.6, который оказался неблагоприятным для столбчатого роста (Igasaki et al., 1978; Cunha et al., 2009). Формированию столбчатых высокопористых структур способствовало использование N 2 скорости потока 120 куб. См и выше. Для серии образцов II – V более высокие скорости потока N 2 приводили к уменьшению столбчатой ​​ширины пленки. Этот эффект был связан с уменьшением подвижности осаждаемых атомов вследствие ослабления бомбардировки аргоном (Arshi et al., 2012). Кроме того, увеличение потока N 2 отравляет Ti-мишени до такой степени, что вся поверхность мишени покрывается TiN.Этот эффект снижает скорость осаждения, поскольку выход распыления для TiN ниже, чем для Ti (Berg and Nyberg, 2005), что также приводит к получению более тонких пленок с меньшими столбиками. Скорость осаждения оказалась максимальной при скорости потока N 2 180 куб. См, где скорость потока N 2 равна скорости потока Ar, и предполагается, что осаждение происходит при стехиометрическом отношении Ti / N. Пленки TiN со стехиометрическим составом Ti / N обычно предпочтительны из-за их оптимальных механических и электрических свойств (Kang and Kim, 1999; Martinez et al., 2014). Таким образом, образцы III, VI и VII осаждали с сохранением постоянного потока N 2 и изменением времени осаждения для получения пористых пленок с аналогичным кристаллическим составом, но разной толщины. Более длительное время осаждения увеличивало ширину столбцов, что является результатом роста конкуренции, когда одни столбцы растут за счет других. Такой рост обычно наблюдается для покрытий, нанесенных при относительно низкой температуре по сравнению с температурой плавления материала покрытия (Ohring, 2002).Для пленок TiN увеличение потока N 2 (в образцах I – III) привело к увеличению толщины и пористости, что отразилось в увеличении отношения ESA / GSA. Дальнейшее увеличение N 2 (образец IV) все же дало увеличение площади из-за повышенной пористости, хотя толщина была меньше. При переходе к более высокому N 2 скорость роста была медленнее, так что меньшая толщина преобладала над повышенной пористостью, и было получено общее снижение ESA / GSA. Для образцов, выращенных при постоянной скорости потока газа (III, VI и VII), толщина пленки и соотношение ESA / GSA напрямую коррелировали.

    Анализ поверхности образцов BDD / TiN с помощью SEM и AFM выявил однородные и высококачественные пленки BDD. Общая структура и топография пленок были похожи на образцы TiN без покрытия, что позволяет предположить, что осаждение CVD не оказало значительного влияния на морфологию шаблона TiN. Равномерное покрытие кристаллитов алмаза указывает на высокосвязную алмазную пленку. Это согласуется с предыдущими исследованиями, которые показали, что TiN обладает несколькими благоприятными свойствами для зарождения и роста пленок CVD-алмаза хорошего качества, включая низкий коэффициент диффузии углерода, совместимый межатомный потенциал и малое рассогласование решеток (Weiser et al., 1992; Кумар и др., 1997; Polini et al., 2006). Кроме того, поскольку TiN демонстрирует умеренную межфазную реактивность, его поверхность стабильна при высокотемпературном осаждении алмазов с помощью CVD (Contreras et al., 2000). Более того, учитывая одинаковый коэффициент теплового расширения обоих материалов, межслоевые напряжения минимальны, что обеспечивает синтез алмазных слоев с высокой адгезией (Kumar et al., 1997). Хотя мы не обнаружили никаких признаков трещин или расслоения пленки, в будущих исследованиях следует дополнительно изучить природу прослойки BDD / TiN с помощью соответствующих методов, например просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).Что касается рамановского анализа, сдвиги в рамановском пике алмаза могут быть связаны с изменением напряжения в слоях, тем не менее, его переход к более низким волновым числам связан с увеличением включения B в решетку (Prawer and Nemanich, 2004). Стоит отметить, что спектры на рисунке 2D являются только репрезентативными, то есть соотношение sp 3 / sp 2 изменяется в зависимости от положения измерения. Это очевидное изменение в sp 3 / sp 2 связано с тем фактом, что покрытие BDD очень тонкое и, следовательно, высокое содержание границ зерен.

    Превосходное ESA покрытий TiN, используемых в качестве пористых шаблонов, очевидно из высоких отношений ESA / GSA и резкого снижения величин импеданса. Более толстые пленки имели постоянно более высокий CSC, что свидетельствует о том, что поры распространяются на всю глубину покрытия, что согласуется с предыдущими исследованиями (Norlin et al., 2005; Cunha et al., 2009). Осаждение BDD на покрытия TiN значительно увеличило CSC электродов из-за широкого потенциального окна алмаза.Линейная корреляция между CSC электродов TiN и BDD / TiN указывает на то, что алмазные пленки не блокируют поры. С другой стороны, импульс C показал отрицательную корреляцию с толщиной пленки, поскольку самые высокие значения C импульса были получены с более тонкими покрытиями и меньшей шириной столбца. Таким образом, пленки BDD могут вызывать сужение пор с последующим увеличением сопротивления пор. Этот эффект уменьшает глубину пор, которая может использоваться в импульсных условиях (Cogan, 2008).Таким образом, увеличение толщины покрытия сверх определенного уровня было бы менее выгодным для целей электростимуляции. Хотя C импульс уменьшается для BDD / TiN по сравнению с голыми электродами из TiN, важно рассматривать этот результат в свете широкого окна безопасного потенциала BDD (Garrett et al., 2011). Уменьшение C импульса после нанесения BDD варьировалось от 67% до <1%, в то время как предел катодного потенциала был более чем удвоен (-0.6 В для TiN против −1,3 для BDD / TiN). Это означает, что количество заряда, которое может быть введено без достижения небезопасных потенциалов, удваивается за счет нанесения тонкой пленки BDD на пористое покрытие TiN. Важно рассматривать эти результаты в свете предполагаемого применения электродов BDD / TiN, то есть in vivo, хронической нейростимуляции. Было показано, что эффективность стимуляции электродов из TiN ухудшается после имплантации (Meijs et al., 2015a, 2016b, c). Это не относится к электродам BDD, которые демонстрируют замечательную устойчивость к биообрастанию белков (Trouillon and O’Hare, 2010; Alcaide et al., 2016a; Meijs et al., 2016a). Тем не менее, на адсорбцию белка влияет топография поверхности, что требует дальнейшего исследования электрохимических характеристик пористых электродов BDD / TiN в среде, богатой белком.

    Относительно низкий C импульс и высокий импеданс, показанный гладкими электродами BDD, были очевидны и хорошо соответствуют тому, что было показано в предыдущих исследованиях (Garrett et al., 2011; Meijs et al., 2013). Примечательно, что электрохимические характеристики BDD значительно улучшились благодаря большому ESA, полученному при использовании пористых шаблонов TiN.Как показали предыдущие исследования, другие пористые матрицы сыграли важную роль в улучшении электрохимических характеристик BDD (Bonnauron et al., 2008; Kiran et al., 2013; Hébert et al., 2014a). Ярким примером является рост BDD на вертикально ориентированных нанотрубках, который показал увеличение CSC BDD до 10 мКл / см 2 (Piret et al., 2015). Электроды BDD / TiN в токе, однако, отображали значения CSC до 253 мКл / см 2 для электрода типа VII. Кроме того, хотя использование материалов на основе углеродных нанотрубок для имплантатов человека остается спорным из-за доказательств цитотоксических эффектов (Smart et al., 2006; Liu et al., 2013), и TiN, и BDD продемонстрировали низкий риск цитотоксичности и отличную биосовместимость в различных областях применения. TiN хорошо известен улучшением электрохимических и биосовместимых свойств различных материалов (Subramanian et al., 2011) и представляет собой одно из покрытий с долгой историей клинического использования для ортопедических имплантатов (Gotman et al., 2014; van Hove et al. ., 2015). Данные исследований имплантации показали, что электроды BDD не связаны с признаками хронического воспаления и имеют очень тонкую фиброзную капсулу (Alcaide et al., 2016б). Взятые вместе, эти результаты показывают, что этот новый тип комбинированного покрытия может быть использован для изготовления безопасных имплантатов для клинического использования. Кроме того, этот метод можно легко масштабировать, делая производственный процесс быстрым и рентабельным (Taylor et al., 2014, 2018). Процесс производства воспроизводимый и чистый, так как оба покрытия наносятся в условиях вакуума. В целом, эти факторы делают этот новый тип покрытия особенно привлекательным для разработки коммерчески жизнеспособных электродов для нейронного интерфейса.

    Для достижения повышенного впрыска заряда ( Q inj ) критически важны производственные параметры, так как дополнительное покрытие увеличивает сопротивление пор, что может ухудшить Q inj . Это исследование предполагает, что определенные параметры осаждения являются оптимальными для стимулирующих электродов, поскольку увеличенная толщина и поток N 2 только в определенной степени приводят к увеличению импульса C и Q IN . Данные показывают, что BDD, нанесенный на более тонкие покрытия с меньшим столбчатым размером, приводит к лучшим характеристикам стимуляции.Однако более толстое покрытие приводит к высокому CSC и низкому импедансу, что может быть использовано для других целей, таких как электрическое и электрохимическое зондирование. Это подчеркивает универсальность новой комбинации покрытий, представленных в этой работе.

    Заключение

    В этой работе мы изготовили ряд электродов BDD / пористого TiN с очень большой площадью поверхности, которые демонстрируют широкое окно безопасного потенциала и значения CSC, которые превосходят те, которые описаны в литературе для пористых электродов BDD.Электроды с более пористым и толстым покрытием были связаны с более высоким CSC и более низкими значениями импеданса, но относительно ограниченный C импульс сделал бы их более подходящими для приложений измерения. С другой стороны, относительно более высокий импульс C был получен с более тонкими пленками с небольшим размером столбца, что было бы более подходящим для приложений стимуляции. Хотя электроды BDD / TiN показали более высокую величину импеданса и более низкий импульс C по сравнению с голыми электродами из TiN, более широкое окно потенциала, вероятно, позволяет получить более высокие значения Q IN без достижения небезопасных потенциалов.Эти замечательные улучшения, вместе с известной механической стабильностью, устойчивостью к биообрастанию и долговременной стабильностью in vivo пленок BDD, делают эту комбинацию покрытий идеальным кандидатом для разработки надежных устройств для хронического нейронного взаимодействия. Этот новый тип покрытия особенно привлекателен для разработки коммерчески жизнеспособных электродов из-за простоты и масштабируемости подхода.

    Авторские взносы

    AT, MN и CP разработали и разработали исследование.SM, MM, SS и KR подготовили образцы. MM, SS, KR, LF, LK и AT получили данные и провели поверхностный анализ пленок. SM и VP получили и проанализировали данные электрохимии под наблюдением NR. SM и CP составили рукопись и нарисовали рисунки. Все авторы внесли свой вклад в критическую доработку проекта и одобрили представленную версию.

    Финансирование

    Эта работа была поддержана ЕС через проект MERIDIAN (Микро- и нано-инженерные двунаправленные углеродные интерфейсы для усовершенствованного протезирования периферической нервной системы и гибридной бионики), контракт номер 280778-02, Датский национальный фонд передовых технологий и Чешский научный фонд (контракт 17-15319S).Оборудование AFM и SEM частично финансировалось проектами LM2016088 и LO1409 Министерства образования, молодежи и спорта Чешской Республики.

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Дополнительные материалы

    Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: //www.frontiersin.org / article / 10.3389 / fbioe.2018.00171 / full # additional-material

    Список литературы

    Алькаид М., Папайоанну С., Тейлор А., Фекете Л., Гуревич Л., Захар В. и др. (2016a). Устойчивость к адсорбции белков и адгезия фибробластов на нанокристаллических алмазных пленках: роль топографии и легирования бором. J. Mater. Sci. Матер. Med. 27:90. DOI: 10.1007 / s10856-016-5696-3

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Алькайд, М., Тейлор, А., Фьорбак, М., Захар, В., и Пенниси, К. П. (2016b). Нанокристаллические алмазные электроды, легированные бором, для нейроинтерфейсов: in vivo, оценка биосовместимости. Фронт. Neurosci. 10:87. DOI: 10.3389 / fnins.2016.00087

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Алехашем, С., Чемберс, Ф., Стройек, Дж. У., Суэйн, Г. М., и Рамешем, Р. (1995). Циклические вольтамперометрические исследования реакций переноса заряда на тонкопленочных электродах из поликристаллического алмаза, высоколегированного бором. Анал. Chem. 67, 2812–2821. DOI: 10.1021 / ac00113a014

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ариано П., Балделли П., Карбоне Э., Джилардино А., Ло Джудиче А., Ловисоло Д. и др. (2005). Клеточная адгезия и возбудимость нейронов на функционализированных алмазных поверхностях. Диаметр. Relat. Матер. 14, 669–674. DOI: 10.1016 / j.diamond.2004.11.021

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Арши, Н., Лу, Дж., Джу, Ю. К., Ли, К. Г., Юн, Дж. Х., и Ахмед, Ф. (2012). Исследование структурных, морфологических и электрических свойств напыленных пленок нитрида титана в различных потоках газообразного аргона. Mater. Chem. Phys. 134, 839–844. DOI: 10.1016 / j.matchemphys.2012.03.078

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ащеулов П., Тейлор А., Мортет В., Поруба А., Ле Формаль Ф., Крысова Х. и др. (2018). Нанокристаллический алмаз, легированный бором, как коррозионно-стойкий анод для водного окисления с помощью Si-фотоэлектродов. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 10, 29552–29564. DOI: 10.1021 / acsami.8b08714

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Берг, С., Ниберг, Т. (2005). Фундаментальное понимание и моделирование процессов реактивного распыления. Тонкие твердые пленки 476, 215–230. DOI: 10.1016 / j.tsf.2004.10.051

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Bonnauron, M., Saada, S., Rousseau, L., Lissorgues, G., Mer, C., and Bergonzo, P.(2008). Матрица алмазных микроэлектродов с высоким соотношением сторон для измерения активности нейронов. Диаметр. Отн. Мат. 17, 1399–1404. DOI: 10.1016 / j.diamond.2007.12.065

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Комптон, Р. Г., Фурд, Дж. С., и Маркен, Ф. (2003). Электроанализ на алмазоподобных и легированных алмазных электродах. Электроанализ 15, 1349–1363. DOI: 10.1002 / elan.200302830

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Контрерас, О., Хирата, Г. А., и Авалос-Борха, М. (2000). Анализ границы раздела CVD-алмаза на поверхностях TiN. Заявл. Серфинг. Sci. 158, 236–245. DOI: 10.1016 / S0169-4332 (00) 00014-3

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кунья, Л. Т., Педроса, П., Таварес, К. Дж., Алвес, Э., Ваз, Ф. и Фонсека, К. (2009). Роль состава, морфологии и кристаллической структуры в электрохимическом поведении тонких пленок TiNx для сухих электродных сенсорных материалов. Электрохим. Acta 55, 59–67.DOI: 10.1016 / j.electacta.2009.08.004

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Гарретт Д. Дж., Ганесан К., Стейси А., Фокс К., Меффин Х. и Правер С. (2011). Ультра-нанокристаллические алмазные электроды: оптимизация для приложений нейронной стимуляции. J. Neural Eng. 9: 016002. DOI: 10.1088 / 1741-2560 / 9/1/016002

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Гарретт Д. Дж., Тонг В., Симпсон Д. А. и Меффин Х. (2016).Алмаз для нейронного интерфейса: обзор. Углерод 102, 437–454. DOI: 10.1016 / j.carbon.2016.02.059

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Готман И., Гутманас Е. Ю., Готман И. (2014). Покрытия на основе нитрида титана на имплантируемых медицинских изделиях. Adv. Биоматер. Devices Med. 1, 53–73.

    Google Scholar

    Эбер, К., Мазелье, Ж. П., Скорсоне, Э., Мерму, М., и Бергонцо, П. (2014a). Повышение электрохимических свойств алмазных электродов с помощью каркасов из углеродных нанотрубок. Углерод 71, 27–33. DOI: 10.1016 / j.carbon.2013.12.083

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Hébert, C., Scorsone, E., Bendali, A., Kiran, R., Cottance, M., Girard, H.A., et al. (2014b). Биотехнология алмаза, легированного бором: от сенсоров до нейроинтерфейсов. Фарадей Обсудить. 172, 47–59. DOI: 10.1039 / C4FD00040D

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хо-Инь, К., Аслам, Д. М., Уилер, Дж. А., и Кейси, Б. (2009).Новый алмазный микрозонд для нейрохимической и электрической регистрации в нервных протезах. J. Microelectromech. Syst. 18, 511–521. DOI: 10.1109 / JMEMS.2009.2015493

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Игасаки Ю., Мицухаси Х., Адзума К. и Муто Т. (1978). Структура и электрические свойства пленок нитрида титана. Jpn. J. Appl. Phys. 17, 85–96. DOI: 10.1143 / JJAP.17.85

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ивандини, Т.А., Эйнага Ю. (2017). Поликристаллические алмазные электроды, легированные бором, для электрокаталитических и электросинтетических применений. Chem. Commun. 53, 1338–1347. DOI: 10.1039 / C6CC08681K

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Канг, Дж. Х., и Ким, К. Дж. (1999). Структурные, оптические и электронные свойства кубических соединений TiNx. J. Appl. Phys. 86: 346. DOI: 10.1063 / 1.370736

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Киран, Р., Cottance, M., Joucla, S., Rousseau, L., Bongrain, A., Yvert, B., et al. (2013). «Матрицы алмазных микроэлектродов, легированных бором нанограсса, для регистрации и стимуляции нейронных тканей», в Transducers & Eurosensors XXVII: The 17th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Barcelona: IEEE), 748–751.

    Google Scholar

    Крафт, А. (2007). Легированный алмаз: компактный обзор нового универсального электродного материала. Внутр. J. Electrochem.Sci. 2, 355–385.

    Google Scholar

    Кумар, А., Ю, К., Капат, Дж., Мангиарачина, А., Катлетдж, А., и Вохра, Ю. (1997). Оценка буферных слоев для алмазных пленок методом химического осаждения из газовой фазы горячей нитью на кремниевые подложки. Тонкие твердые пленки 308–309, 209–214. DOI: 10.1016 / S0040-6090 (97) 00669-X

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мартенс, Ф. М., Хисаккерс, Дж. П., и Райкхофф, Н. Дж. (2011). Малоинвазивная имплантация электрода для условной стимуляции дорсального полового нерва при нейрогенной гиперактивности детрузора. Спинной мозг 49, 566–572. DOI: 10.1038 / sc.2010.134

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мартинес, Г., Шаттханандан, В., Тевутасан, С., Чесса, Дж. Ф., и Рамана, К. В. (2014). Влияние толщины на структуру, состав и свойства нанопокрытий нитрида титана. Ceram. Int. 40, 5757–5764. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2013.11.014

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Макдональд, М., Монако, А., Вахидпур, Ф., Хэнен, К., Джульяно, М., и Несладек, М. (2017). Матрицы алмазных микроэлектродов для записей нейронов in vitro. MRS Commun. 7, 683–690. DOI: 10.1557 / mrc.2017.62

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Meijs, S., Alcaide, M., Sørensen, C., McDonald, M., Sørensen, S., Rechendorff, K., et al. (2016a). Сопротивление биологическому обрастанию легированных бором алмазных нейростимулирующих электродов превосходит электроды из нитрида титана in vivo . J. Neural Eng. 13: 056011. DOI: 10.1088 / 1741-2560 / 13/5/056011

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мейс, С., Фьорбак, М., Йенсен, К., Соренсен, С., Рехендорфф, К., и Райкхофф, Н. Дж. (2015a). Электрохимические свойства электродов для стимуляции нервов из нитрида титана: исследование in vitro, и in vivo, . Фронт. Neurosci. 9: 268. DOI: 10.3389 / fnins.2015.00268

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мэйдс, С., Фьорбак, М., Йенсен, К., Соренсен, С., Рехендорф, К., и Райкхофф, Н. Дж. М. (2016b). Влияние волокнистой инкапсуляции на электрохимические свойства электродов из TiN. Med. Англ. Phys. 38, 468–476. DOI: 10.1016 / j.medengphy.2016.02.010

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Meijs, S., McDonald, M., Sørensen, S., Rechendorff, K., Petrák, V., Nesládek, M., et al. (2015b). «Повышенная емкость накопления заряда электродов из нитрида титана путем осаждения нанокристаллических алмазных пленок, легированных бором», в NEUROTECHNIX 2015 — Труды 3-го Международного конгресса по нейротехнологиям, электронике и информатике, (Лиссабон).

    Google Scholar

    Мейс, С., Соренсен, К., Соренсен, С., Рехендорф, К., Фьорбак, М., и Райкхофф, Н. Дж. (2016c). Влияние имплантации на электрохимические свойства гладких и пористых покрытий из TiN для стимулирующих электродов. J. Neural Eng. 13: 026011. DOI: 10.1088 / 1741-2560 / 13/2/026011

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мэйдс, С., Тейлор, А., Пенниси, К. П., и Райкхофф, Н. Дж. М. (2013). «Электрохимические характеристики легированных бором нанокристаллических алмазных электродов для нервной стимуляции», 6-я ежегодная международная конференция IEEE EMBS по нейронной инженерии (Сан-Диего, Калифорния).

    Google Scholar

    Musa, S., Rand, D. R., Cott, D. J., Loo, J., Bartic, C., Eberle, W., et al. (2012). Bottom-Up SiO 2 электроды из углеродных нанотрубок с превосходными характеристиками для интеграции в имплантируемые нейронные микросистемы. ACS Nano 6, 4615–4628. DOI: 10.1021 / nn201609u

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Норлин А., Пан Дж. И Лейграф К. (2005). Исследование электрохимического поведения материалов, чувствительных к стимуляции, для электродов для кардиостимуляторов. J. Electrochem. Soc. 152, J85 – J92. DOI: 10.1149 / 1.1933372

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Оринг, М. (ред.). (2002). «Поверхности подложки и зарождение тонких пленок», в Материаловедение тонких пленок (Сан-Диего, Калифорния: Academic Press), 357–415. DOI: 10.1016 / B978-012524975-1 / 50010-0

    CrossRef Полный текст

    Петрак В., Влчкова Живцова З., Крысова Х., Франк О., Зукал А., Климша Л. и др. (2017). Изготовление пористого алмаза, легированного бором, на шаблонах волокон SiO 2 . Углерод 114, 457–464. DOI: 10.1016 / j.carbon.2016.12.012

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Пирет, Г., Эбер, К., Мазелье, Ж.-П., Руссо, Л., Скорсоне, Э., Коттанс, М., и др. (2015). Трехмерный наноструктурированный алмаз, легированный бором, для нейронного интерфейса массива микроэлектродов. Биоматериалы 53, 173–183. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2015.02.021

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Полини Р., Кумаширо С., Джексон, М. Дж., Амар, М., Ахмед, В., и Сейн, Х. (2006). Исследование синтеза алмаза методом химического осаждения из газовой фазы горячей нитью на покрытиях Nc. J. Mater. Англ. Выполнять. 15, 218–222. DOI: 10.1361 / 105994906X95913

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Куреши А., Гурбуз Ю., Хауэлл М., Канг В. П. и Дэвидсон Дж. Л. (2010). Нанокристаллическая алмазная пленка для биосенсоров. Диаметр. Relat. Матер. 19, 457–461. DOI: 10.1016 / j.diamond.2010.01.012

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Рао Т. Н. и Фудзисима А. (2000). Последние достижения электрохимии алмаза. Диаметр. Relat. Матер. 9, 384–389. DOI: 10.1016 / S0925-9635 (99) 00234-4

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Schwarzová-Pecková, K., Vosáhlová, J., Barek, J., Šloufová, I., Pavlova, E., Petrák, V., et al. (2017). Влияние содержания бора на морфологические, спектральные и электроаналитические характеристики анодно-окисленных алмазных электродов, легированных бором. Электрохим. Acta 243, 170–182. DOI: 10.1016 / j.electacta.2017.05.006

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сюздак К., Богданович Р., Савчак М. и Собашек М. (2015). Повышенная емкость композитных TiO 2 нанотрубок / легированных бором алмазных электродов исследована методом импедансной спектроскопии. Наноразмер 7, 551–558. DOI: 10.1039 / C4NR04417G

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Смарт, С. К., Кэссиди, А. И., Лу, Г. К., и Мартин, Д.Дж. (2006). Биосовместимость углеродных нанотрубок. Углерод 44, 1034–1047. DOI: 10.1016 / j.carbon.2005.10.011

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шпехт, Х., Крюгер, Ф., Вахтер, Х. Дж., Кейтель, О., Лейтольд, К., Фрерикс, М. (2006). «Электрохимические свойства и стабильность PVD-покрытий для применения при сердечной и неврологической стимуляции», в Medical Device Materials III — Proceedings of the Materials and Processes for Medical Devices Conference 2005 (Boston, MA), 169–173.

    Google Scholar

    Субраманиан, Б., Муралидхаран, К. В., Анантакумар, Р., и Джаячандран, М. (2011). Сравнительное исследование нитрида титана (TiN), оксинитрида титана (TiON) и нитрида титана-алюминия (TiAlN) в качестве поверхностных покрытий для биоимплантатов. Surf. Пальто. Technol. 205, 5014–5020. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2011.05.004

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сузуки А., Ивандини Т. А., Йошими К., Фудзисима А., Ояма Г., Наказато Т. и др. (2007). Изготовление, характеристика и применение алмазных микроэлектродов, легированных бором, для обнаружения дофамина in vivo . Анал. Chem. 79, 8608–8615. DOI: 10.1021 / ac071519h

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Svítková, J., Ignat, T., Švorc, L., Labuda, J., and Barek, J. (2016). Химическая модификация алмазных электродов, легированных бором, для применения в биосенсорах и биодатчиках. Crit. Ред.Анальный. Chem. 46, 248–256. DOI: 10.1080 / 10408347.2015.1082125

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Суэйн, Г. М. (1994). Восприимчивость к поверхностной коррозии в кислых фторидных средах: сравнение алмазных, ВОПГ и стеклоуглеродных электродов. J. Electrochem. Soc. 141, 3382. DOI: 10.1149 / 1.2059343

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Тейлор А., Ащеулов П., Хубик П., Климша Л., Копечек Ю., Ремеш З., и другие. (2018). Оптимизация состава газа-прекурсора для выращивания нанокристаллического алмаза, легированного бором, на большой площади с помощью MW-LA-PECVD. Углерод 128, 164–171. DOI: 10.1016 / j.carbon.2017.11.063

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Тейлор А., Фекете Л., Хубик П., Йегер А., Яничек П., Мортет В. и др. (2014). Осаждение нанокристаллических алмазных пленок, легированных бором, на большой площади при низких температурах с использованием химического осаждения из газовой фазы с использованием микроволновой плазмы с линейной антенной. Диаметр. Relat. Матер. 47, 27–34. DOI: 10.1016 / j.diamond.2014.05.002

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Trouillon, R., и O’Hare, D. (2010). Сравнение стеклоуглеродных и легированных бором алмазных электродов: устойчивость к биообрастанию. Электрохим. Acta 55, 6586–6595. DOI: 10.1016 / j.electacta.2010.06.016

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    ван Хов, Р. П., Серевельт, И. Н., ван Ройен, Б. Дж., И Нольте, П. А. (2015).Покрытие ортопедических имплантатов нитридом титана: обзор литературы. Biomed Res. Int. 2015: 485975. DOI: 10.1155 / 2015/485975

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Вермерен В., Венмакерс С., Вагнер П. и Михилс Л. (2009). Датчики ДНК с алмазом в качестве многообещающего альтернативного материала преобразователя. Датчики 9, 5600–5636. DOI: 10.3390 / s600

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Vlčková ivcová, Z., Мортет В., Тейлор А., Зукал А., Франк О. и Каван Л. (2018). Электрохимические характеристики пористого алмаза, легированного бором, полученного с использованием волокнистого шаблона SiO 2 . Диаметр. Relat. Матер. 87, 61–69. DOI: 10.1016 / j.diamond.2018.05.007

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Weiser, P. S., Prawer, S., Hoffman, A., Manory, R. R., Paterson, P. J. K., and Stuart, S. (1992). Диффузия углерода в железных подложках без покрытия и с покрытием из нитрида титана во время химического осаждения алмаза из газовой фазы с помощью микроволновой плазмы. J. Appl. Phys. 72, 4643–4647. DOI: 10.1063 / 1.352119

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ю. Ю., Ву Л. и Чжи Дж. (2014). Алмазные нанопроволоки: изготовление, структура, свойства и применение. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 53, 14326–14351. DOI: 10.1002 / anie.201310803

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Занин, Х., Мэй, П. В., Фермин, Д. Дж., Плана, Д., Виейра, С. М., Милн, В. И. и др. (2014).Пористые электроды из легированного бором алмаза / углеродных нанотрубок. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 6, 990–995. DOI: 10.1021 / am4044344

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Влияние реверсирования тока на покрытые титановые электроды

    Аннотация

    Титановые электроды с покрытием находят применение в электрохимической промышленности, включая очистку воды и хлорирование бассейнов.Электролиз с обратной полярностью по току — это метод, используемый для «самоочищения» титановых анодов с покрытием, используемых при обеззараживании и очистке воды. Однако в литературе очень мало информации о влиянии изменения полярности на эти аноды. Настоящая работа, по-видимому, является первой, в которой исследуются покрытые титановые аноды с изменением полярности систематическим методом. Были исследованы два промышленных титановых электрода (RuTi и IrTa). Изменение полярности было основным электрохимическим методом, использующим плотность тока 1200 А / м 2, за исключением случаев, когда плотность тока изучалась.Было исследовано влияние NO 3-, SO42-, ClO4 -, HPO42-, CO32-, Mg2 + и Ca2 + на срок службы электродов. Анализ электрохимических результатов показал, что время плато (tau p) для выделения газа очень важно для срока службы покрытых титановых анодов. Было исследовано влияние трех переменных электролиза на срок службы покрытого титанового анода. Было обнаружено, что плотность тока имеет обратную зависимость от срока службы анода, в то время как время цикла реверсирования имеет прямую связь со сроком службы. Концентрация NaCl не оказывала заметного влияния.В целом, электрод из RuTi показал более длительный срок службы, чем IrTa, за исключением нескольких особых условий. Определено влияние концентрации пяти анионов (NO3-, SO42-, ClO 4-, HPO42- и CO3 2-). Изменение состава и концентрации анионов повлияло на срок службы двух электродов, особенно нитратных, гидрофосфатных и карбонатных. Время жизни IrTa было самым высоким в нитрате и увеличивалось в зависимости от концентрации нитрата. Срок службы RuTi был самым высоким в гидрофосфате и увеличивался с увеличением концентрации гидрофосфата.Срок службы обоих анодов уменьшался с увеличением количества карбонат-ионов. Влияние Mg2 + и Ca2 + на срок службы электрода исследовали с тремя анионными электролитами (NO3-, HPO42-, ClO4-). Хотя имелось множество эффектов и взаимодействий между Mg2 + или Ca2 + и анионами на время жизни, было обнаружено, что эти эффекты в основном влияют на количество времени, в течение которого электроды проводят в реакциях зарядки и разрядки. Было обнаружено, что времена, связанные с выделением газа (которое является временем плато, tau p), поразительно похожи.Время зарядки (тау C), которое связано с адсорбцией и десорбцией частиц, также не сильно различается. Было установлено, что растворение покрытия, механизмы пассивации подложки и / или покрытия являются причиной разрушения покрытого титанового анода при обратном токе и электролизе в жесткой воде. Считается, что IrTa не работает преимущественно из-за механизма растворения в нитрате, гидрофосфате и перхлорате. RuTi разрушился преимущественно из-за пассивации подложки и / или покрытия в гидрофосфате, нитрате и карбонате.Полагают, что отказ анода является результатом реакций плато (taup) и зарядки (tauC), происходящих на границе раздела покрытие / электролит и / или подложка / покрытие. Tau p и tauC являются полезными детерминантами процесса выхода из строя анода.

    Титановые электроды 2 «Интернет-магазин ECOsmarte

    Титановые электроды 2″ Интернет-магазин ECOsmarte

    Магазин не будет работать корректно, если куки отключены.

    Похоже, в вашем браузере отключен JavaScript. Для наилучшего взаимодействия с нашим сайтом обязательно включите Javascript в своем браузере.

    599,00 долл. США

    2-дюймовые сменные титановые электроды для систем бассейнов ECOsmarte и систем ECOsmarte Well Water для всего дома (точка входа или POE)

    Дополнительная информация
    Часто задаваемые вопросы

    Q — «Как долго прослужат титановые электроды?»

    A — При правильном уходе титановые электроды могут прослужить несколько лет. Фосфаты более 100 частей на миллион, кальций ниже 400 частей на миллион и нестабильный pH могут вызвать преждевременный износ электродов. Кроме того, неправильное обслуживание, такое как чистка или царапание электродов во время их очистки, может привести к их повреждению. Следуйте инструкциям по очистке, и поддержание баланса воды продлит жизнь ваших электродов, а также вашего бассейна и оборудования для бассейнов.

    Q — «Как узнать, нужно ли заменить титановые электроды?»

    A — Есть несколько способов проверить, работают ли ваши титановые электроды.

    1) Посмотрите на поверхности электродов, обращенные друг к другу. Если они все еще черные, а не серые, как задняя сторона электродов, на них все еще есть покрытие, которое создает кислород.

    2) Следите за титановыми электродами, когда они работают. Вы должны увидеть, как из них выходят крошечные пузырьки. В противном случае может потребоваться замена.

    3) Наконец, используйте измеритель растворенного кислорода, чтобы измерить количество растворенного кислорода в бассейне.

    No related posts.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    © 2008—2019, "ТМК" - Лазерная резка металла, сварные изделия.
    Карта сайта