Коли інженери та спеціалісти з закупівель шукають надійні фільтрувальні матеріали, постійно виникає одне питання: чи справді чистота порошку має таке велике значення? Коротка відповідь: так - безсумнівно. Чистота і вміст кисню вспечений металевий порошоквпливають на все: від тривалості служби фільтра в агресивних хімічних середовищах до того, наскільки ефективно він проводить електроенергію в системі електролізу PEM. Ця стаття розбиває науку простою мовою та пояснює, чому правильний порошок є найрозумнішою інвестицією, яку ви можете зробити заздалегідь.
Як чистота спеченого металевого порошку впливає на продуктивність фільтра?
Чистота як основа структурної цілісності
Кожен металевий фільтруючий елемент з отворами спочатку виглядає як шар розсипчастого порошку. Частинки з’єднуються разом під час спікання, утворюючи твердий каркас, який з’єднується сам із собою. Якщо порошок містить багато домішок, таких як сірка, кремній, вуглець або залишки легуючих речовин, ці домішки збиратимуться на межах зерен. Це накопичення робить зв’язки між частинками слабшими, що призводить до мікро-тріщин, які скорочують термін служби під час зміни тиску чи температури.
Дослідження порошкової металургії незмінно показують, що навіть невелика кількість домішок на краях зерен робить матеріал набагато менш міцним, коли він ламається. Ця слабкість занадто велика для фільтруючого елемента, що працює при 60 бар у водневому електролізері.
Як рівень чистоти перетворюється на реальну -продуктивність
Титановий порошок із чистотою щонайменше 99,5% створює спечену раму, пори якої є регулярними та легко передбачуваними. Коли пори однорідні, тиск у точці кипіння залишається незмінним, частинки надійно вловлюються, а проникність залишається незмінною протягом тисяч годин використання.
Різні порошки нижчого-класу спричиняють різницю у формі пор, що призводить до різних показників фільтрації та ранньої втрати ефективності. Ця варіація є занадто великим ризиком для інженерів, яким потрібен спечений металевий порошок для важливих робіт.
Спечений металевий порошок-високої чистоти для-стійких до корозії фільтрів
Хімія, що стоїть за стійкістю до корозії
Висока стійкість титану до корозії зумовлена неактивним оксидним шаром, який називається діоксидом титану, який самостійно росте на його поверхні. Але ця безпека багато в чому залежить від того, наскільки чистий метал під ним. Якщо присутні такі домішки, як залізо або -реакційноздатні сполуки, вони діють як гальванічні центри, що робить пасивний шар менш стабільним. Це дозволяє швидко виникати локалізовану корозію в середовищах з кислотою або високим вмістом хлоридів.
Висока-чистотаспечений металевий порошок, особливо титановий порошок із вмістом заліза значно нижче 0,05 мас.%, зберігає неактивний шар більш цілісним і без дефектів. Ось чому NAVI Titanium знаходить і обробляє титановий порошок відповідно до суворих хімічних інструкцій перед подрібненням фільтруючих елементів, які будуть використовуватися в хлор-лужних елементах, напівпровідникових мокрих стендах і жорстких потоках стічних вод.
Перевірена продуктивність у складних умовах
Галузеві дані про впровадження електролізу води PEM показують, що фільтруючі елементи, виготовлені з високочистого титанового порошку, зберігають свою форму та структуру поверхні після десятків тисяч годин використання при високих температурах і сильно кислих рівнях pH (pH 1–2). Коли така сама форма виготовлена з менш чистої сировини, вона часто показує вимірне розрідження в межах невеликої частини цього робочого вікна. Набагато дешевше вибрати правильний сорт «спеченого металевого порошку» на етапі планування, ніж замінювати деталі, які заіржавіли в середині проекту.
Пояснення вмісту кисню та провідності спеченого металевого порошку
Чому вміст кисню є прихованою змінною
Кисень, розчинений у титановому порошку (показано як вміст кисню у масових відсотках), не зникає просто так, коли порошок нагрівається. Він залишається стабільним, оскільки фази оксиду титану розподілені в металевому каркасі. Ці оксидні фази не пропускають через себе електрику. Об’ємний електричний опір зростає разом із підвищенням рівня кисню, оскільки присутній більше ізолюючих фаз. Коли пористий металевий фільтр діє і як розподільник струму, і як омічні втрати для стека PEM, високий питомий опір призводить до вищих омічних втрат, нижчої ефективності системи та більшого виділення тепла, і все це погано.
Контроль вмісту кисню у виробництві
Щоб отримати низький вміст кисню, потрібно уважно стежити за атмосферою розпилення порошку, умовами зберігання, процедурами поводження та чистотою печі для спікання. Тонкий титановий порошок із низьким- вмістом кисню, вміст кисню не перевищує 0,13% мас.
це те, що NAVI Titanium рекомендує, щоб переконатися, що спечені фільтруючі елементи надають розробникам систем PEM необхідні значення провідності. Це створює пористий каркас, який може рухати електрони так само добре, як газ і воду.
Вибір спеченого металевого порошку для струмопровідних фільтруючих елементів
Відповідність хімічного складу порошку вимогам застосування
Для різних видів використання не потрібен той самий стандарт порошку. У звичайній промисловій водяній системі з низьким рН і кімнатною температурою порошок із нержавіючої сталі середнього класу- добре працює як фільтруючий елемент. Фільтруючий елемент в анодній камері електролізера PEM має справу з сірчаною кислотою за високих температур, умов сильного окислення та великої сили струму. Для цього потрібен титановий порошок високої-чистоти з низьким{5}}кисневим вмістом, який не можна порушити.
Щоб правильно вибратиспечений металевий порошок, вам потрібно знати про електрохімічне середовище, яке включає pH, температуру, щільність струму та хімічний склад рідини. NAVI Titanium пропонує поради щодо вибору матеріалу, оскільки невідповідний хімічний склад порошку є найпоширенішою причиною, чому фільтри передових електрохімічних систем надто швидко виходять з ладу.
Альтернативи порошку-на основі нікелю та нержавіючої сталі
Порошки на основі-нікелю мають чудове поєднання провідності, механічної міцності та захисту від корозії в не-кислотних середовищах, що робить їх ідеальними для лужного електролізу чи високо-температурної фільтрації.
Порошки з нержавіючої сталі, особливо марки 316L, добре працюють у фармацевтичній промисловості та для інших промислових завдань. Кожен тип порошку має різний профіль провідності-корозійної стійкості. Замість того, щоб використовувати один і той же матеріал для всіх цілей, необхідно узгодити електрохімічну поведінку порошку з конкретним робочим середовищем, щоб вибрати його.
Чистота спеченого металевого порошку для стабільних пористих металевих фільтрів
Узгодженість партії як фактор якості
Немає значення, якщо одна партія «спеченого металевого порошку» дуже хороша, якщо чистота, розподіл частинок за розміром або вміст кисню в наступних партіях відрізняються. Узгодженість від партії до партії перетворює успішну концепцію на надійний виробничий результат, який можна масштабувати. Коли вхідний порошок нерівномірний, виготовляють спечені фільтруючі елементи, які мають змінний розподіл розмірів пор, різний тиск точки кипіння та непередбачувані механічні властивості. Усе це ускладнює гарантію якості у-серійному виробництві.
NAVI Titanium має суворі правила перевірки вхідного порошку, який включає перевірку хімічного складу, аналіз розміру частинок і вимірювання вмісту кисню для кожної виробничої партії. Завданням цієї дисципліни є переконатися, що тисячний фільтруючий елемент, який залишає виробничу лінію, працює так само, як і перший.
Довгострокова-стабільність архітектури пор
Середня ширина пор, розподіл розмірів пор,
і загальна пористість спеченого фільтруючого елемента фіксуються під час спікання і повинні залишатися такими протягом усього часу використання. Коли порошок високої{1}}чистості з контрольованою формою частинок спікається, він утворює мережу пор, яка не грубіє та не руйнується під час нагрівання чи пресування протягом тривалого часу. Під час спікання нечистих порошків, з іншого боку, зерна можуть рости швидше, ніж очікувалося, роблячи отвори ширшими, ніж очікувалося, і знижуючи точність фільтра. Отже, чистота – це не просто властивість об’єкта; це також обіцянка довгострокового-успіху.
Висновок
Кількість порошку та кисню в ньому не просто цікаві металургійні деталі; саме вони визначають, чи aспечений металевий порошокфільтруючий елемент служить два або десять років, незалежно від того, чи додає він омічний опір вашій електролізерній системі та чи зберігає свої характеристики пор під час експлуатації. Три речі необхідні для-тривалої,-ефективної фільтрації: вибір правильного сорту порошку, переконання, що кожна партія однакова, і переконання, що хімічний склад матеріалу відповідає умовам використання. Ці ідеї лежать в основі всього, що створює NAVI Titanium.
FAQ
1. Який рівень вмісту кисню прийнятний для спечених титанових фільтруючих елементів, що використовуються в електролізі PEM?
+
-
Для використання електролізу PEM титановий порошок із вмістом кисню менше 0,13 вагового відсотка зазвичай вважається мінімальним рівнем, необхідним для підтримки електропровідності пористого скелета. Коли рівень кисню підвищується, утворюються ізолюючі оксидні фази. Ці фази роблять систему менш ефективною через підвищення питомого опору.
2. Як чистота порошку впливає на корозійну стійкість спеченого металевого фільтра в хлоридних середовищах?
+
-
Домішки, особливо залізо, працюють як гальванічні вузли, які пошкоджують неактивний шар оксиду титану. Це прискорює корозію в місцях з великою кількістю хлоридів. Порошок високої-чистоти з менш ніж 0,05 мас.% заліза утримує безперервний, стабільний пасивний шар на місці, що значно збільшує термін служби в агресивних хімічних середовищах.
3. Чи можуть порошкові фільтри на основі-нікелю або спеченої сталі збігатися з титановими в PEM?
+
-
Хоча фільтри на основі-нікелю та спечені нержавіючі сталі добре працюють у помірно кислих або лужних середовищах, вони зазвичай не підходять для сильних кислих і окисних умов у анодній камері PEM. Титан все ще є найкращим матеріалом для PEM-фільтрації, оскільки він не іржавіє, є провідним і не змінюється хімічно під впливом електрики.
Партнерство з NAVI Titanium - Ваш надійний постачальник спеченого металевого порошку
Знаменита «Титанова долина» Китаю є домом для NAVI Titanium. Компанія створює точні-проектиспечений металевий порошокрішення для найскладніших електричних і промислових умов. Наші ультра-основи з низьким{2}}кисневим порошком титану створюють пористі металеві фільтри з розміром пор, який можна регулювати від 5 до 80 мкм. Ці фільтри мають постійну провідність і показали свою стійкість до корозії в системах електролізу PEM, хлор-лугу, напівпровідників і системах очищення стічних вод. Як відданий постачальник спеченого металевого порошку, ми допомагаємо з кожним проектом, від вибору правильних матеріалів до доставки готового продукту. Ми дбаємо про те, щоб ваші фільтруючі елементи завжди відповідали специфікаціям, незалежно від їх кількості. Негайно зв’яжіться з нашою технічною командою, щоб обговорити потреби вашої програми.
Зв'яжіться з нами за адресоюsales@navititanium.com.
Список літератури
1. Герман, Р. М. Спікання: від емпіричних спостережень до наукових принципів. Баттерворт-Хайнеманн, 2014.
2. Доначі, М. Дж. Титан: Технічний посібник, 2-е вид. ASM International, 2000.
3. Smitha, B., Sridhar, S., & Khan, AA «Тверді полімерні електролітичні мембрани для застосування паливних елементів - огляд». Journal of Membrane Science, 259(1–2), 10–26, 2005.
4. Рек, Г. Дж. та Казі, СВ. «Титанові сплави для біомедичних застосувань». Матеріалознавство та інженерія: C, 26(8), 1269–1277, 2006.
5. Mell, W., & Dahmen, U. Powder Metallurgy Science, 3rd ed. Федерація металургійної промисловості, 2010.
6. Шаленбах М., Т’яркс Г., Кармо М., Люке В., Мюллер М. та Столтен Д. «Кислотний чи лужний? До нового погляду на ефективність електролізу води». Journal of The Electrochemical Society, 163(11), F3197–F3208, 2016.
