Соно-електрохимично нанасяне на покрития с наноусилвател
Соно-електрохимичното отлагане съчетава високоинтензивен ултразвук с галванизиране за създаване на плътни, прилепнали, нано-подсилени покрития с контролирана микроструктура.Силното ултразвуково разбъркване и микропотокът непрекъснато обновяват дифузионния слой и почистват/активират повърхността на електрода; в резултат на това се увеличават скоростта на пренос на йони и зародишите, зърната се усъвършенстват, порьозността намалява и покритието върху сложни геометрии се подобрява. Не по-малко важно е, че сондирането от сондажен тип разпръсква и деагломерира нанодобавките (карбиди, оксиди, графенови производни и др.), което позволява възпроизводимо съвместно отлагане на метално-матрични нанокомпозити с превъзходна твърдост, устойчивост на износване и корозия и бариерни характеристики.
Как соникацията подобрява електрохимичното отлагане?
Сонаторите тип сонда на Hielscher осигуряват висока плътност на акустичната енергия директно в електролита – а прецизният контрол на амплитудата и работния цикъл, опциите за проточен реактор и здравите сонотроди подпомагат стабилната химия във ваната и увеличаването на мащаба от стендови изпитвания до непрекъснати промишлени линии. Процесът на соно-електрохимично отлагане води до по-бърз пренос на маса, без да се жертва равномерността, по-чисти интерфейси без агресивни химикали и фино диспергирани нанофази без утаяване или срязване на дюзата.
Ултразвуковата сонда функционира като електрод. Ултразвуковите вълни насърчават електрохимичните реакции, което води до подобрена ефективност, по-високи добиви и по-бързи скорости на преобразуване.
Соноелектрохимията значително подобрява процесите на електроотлагане.
Практически насоки за прилагане на соно-електрохимично отлагане
Всички сонатори на Hielscher позволяват прецизен контрол на амплитудата и по този начин на динамиката на кавитацията и интензивността на микроструйния поток.
Разпръскване на наночастиците – напр. Al₂O₃ или въглеродни нанопълнители – ултразвуково в електролита преди и по време на отлагането. Непрекъснатото ултразвуково разбъркване предотвратява агломерацията в електролитната система и води до по-плътни и равномерни покрития.
Съставът на електролитната вана, количеството на наночастиците и температурата са допълнителни параметри, които влияят върху процеса на електрохимично отлагане.
Електрохимичната импедансна спектроскопия (EIS) и потенциодинамичната поляризация (PDP) са допълващи се стандартни техники за количествено определяне на корозията и ефективността на покритието. Използвайте EIS с модел с две постоянни времена (покритие + пренос на заряд), за да извлечете Rcoat и Rct, и потвърдете чрез PDP/Tafel. Потърсете увеличен Rp, изчезване на характеристиките на Варбург при ниска честота и намалени оценки на порьозността; това са надеждни маркери за компактност с помощта на ултразвук.
Прекомерната интензивност на соникацията може да увеличи грапавостта на повърхността, да увлече газ и да възпрепятства съвместното отлагане или опаковането на полимера.
SEM изображения на (а) PPy и (б) соноелектрохимични нанесени полипиролови (PPy-US) покрития върху стомана St-12 (увеличение 7500×)
(проучване и снимки: © Ashassi-Sorkhabi and Bagheri, 2014)
Високопроизводителни соникатори за интензифициране на електрохимичното отлагане
Високоефективните сонатори тип "сонда" засилват електрохимичното отлагане, като доставят висока плътност на акустичната енергия точно там, където е необходима: в електродната междина. За разлика от ваните, ултразвуковите сонди свързват ултразвуковата енергия директно в електролита, като предизвикват силна кавитация, изтъняват дифузионния слой на Нернст и поддържат бърз и стабилен пренос на маса дори при висока плътност на тока. Точният контрол на амплитудата поддържа постоянно акустично поле при натоварване – което е от решаващо значение за възпроизводимите скорости на нуклеация, усъвършенстване на зърната и равномерна дебелина при сложни геометрии. Също толкова важно е, че интензивният микропоток разпръсква и деагломерира нанодобавките на място, което позволява стабилно съвместно отлагане на метално-матрични нанокомпозити без утаяване или увреждане, предизвикано от срязване. Промишлените соникатори, сонотродите и проточните реактори на Hielscher поддържат непрекъсната работа, прецизен контрол на времето на престой и чиста интеграция с филтриране, управление на температурата и инлайн анализи.
Със звуковите електрохимични настройки на Hielscher получавате по-високи скорости на отлагане, без да жертвате морфологията, по-малко дефекти, предизвикани от газа, превъзходна адхезия и покрития с повишена твърдост, износоустойчивост и устойчивост на корозия. Всичко това с мащабируемостта и стабилността на процеса, с които са известни соникаторните системи на Hielscher.
Сондите на ултразвуковите процесори UIP2000hdT (2000 вата, 20 kHz) действат като електроди за соноелектроотлагане на наночастици
Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия
Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.
Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.
Литература / Препратки
- Habib Ashassi-Sorkhabi, Jafar Mostafaei, Amir Kazempour, Elnaz Asghari (2022): Ultrasonic-assisted deposition of Ni-P-Al2O3 coating for practical protection of mild steel: Influence of ultrasound frequency on the corrosion behavior of the coating. Chemical Revision Letters 5, 2022. 127-132.
- Habib Ashassi-Sorkhabi, Robabeh Bagheri, Babak Rezaei-moghadam (2014): Sonoelectrochemical Synthesis of PPy-MWCNTs-Chitosan Nanocomposite Coatings: Characterization and Corrosion Behavior. Journal of Materials Engineering and Performance 2014.
- McKenzie, Katy J.; Marken, Frank (2001): Direct electrochemistry of nanoparticulate Fe2O3 in aqueous solution and adsorbed onto tin-doped indium oxide. Pure and Applied Chemistry, Vol. 73, No. 12, 2001. 1885-1894.
- Maho, A., Detriche, S., Fonder, G., Delhalle, J. and Mekhalif, Z. (2014): Electrochemical Co‐Deposition of Phosphonate‐Modified Carbon Nanotubes and Tantalum on Nitinol. Chemelectrochem 1, 2014. 896-902.
- Yurdal, K.; Karahan, İ. H. (2017): A Cyclic Voltammetry Study on Electrodeposition of Cu-Zn Alloy Films: Effect of Ultrasonication Time. Acta Physica Polonica A, Vol. 132, Issue 3-II, 2017. 1087-1090.
Често задавани въпроси
Какво представлява електрохимичното отлагане?
Безелектронното нанасяне - наричано още автокаталитично (химическо) нанасяне - е образуване на метално или сплавно покритие без външен ток чрез хетерогенна химическа редукция на метални йони от разтворен редуктор на каталитична повърхност. След като се зароди, растящият филм катализира по-нататъшната редукция, така че отлагането протича равномерно върху сложни геометрии и - дори след каталитично активиране (напр. Pd/Sn) - върху непроводими субстрати. Баните съдържат метална сол, редуциращ агент (напр. хипофосфит, борохидрид или DMAB), комплексообразуващи вещества, буфери, повърхностноактивни вещества и стабилизатори; скоростта и съставът се управляват от температурата, pH и хидродинамиката.
Какво представлява безелектронното отлагане?
Безелектронното отлагане - наричано още автокаталитично или химическо покритие - е процес на нанасяне на покритие върху метал (или сплав), който протича без външен електрически ток. Вместо това разтворен във ваната редуциращ агент химически редуцира металните йони на каталитична повърхност, така че растящият филм сам поддържа реакцията (автокатализа). Тъй като не се използва разпределение на ток, дебелината е много равномерна дори при сложни геометрични форми и във вътрешността на вдлъбнатини, а след кратка стъпка за активиране на повърхността (напр. Pd/Sn) могат да се покриват и непроводими субстрати.
Какво представлява дифузионният слой на Нернст?
Дифузионният слой на Нернст е хипотетичен застоял слой в близост до повърхността на електрода, в който преносът на маса се осъществява предимно чрез дифузия. Това е понятие, използвано в електрохимията за описване на градиента на концентрацията на даден вид в близост до електрода по време на електрохимична реакция.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори за смесване, дисперсия, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и индустриален мащаб.