Ar nanopiedevām uzlabotu pārklājumu sonoelektroķīmiskā izgulsnēšana
Sonoelektroķīmiskā izgulsnēšana apvieno augstas intensitātes ultraskaņu ar galvanisko pārklāšanu, lai veidotu blīvus, labi pieķērušos, ar nanopiedevām uzlabotus pārklājumus ar kontrolētu mikrostruktūru. Intensīvā ultraskaņas izraisītā maisīšana un mikroplūsmas nepārtraukti atjauno difūzijas slāni un attīra/aktivē elektroda virsmu; tādējādi palielinās jonu pārneses un kodolu veidošanās ātrums, graudi kļūst smalkāki, porainība samazinās un uzlabojas sarežģītas ģeometrijas virsmu pārklājums. Tikpat būtiski ir tas, ka apstrāde ar zondes tipa ultraskaņas ierīcēm disperģē un deaglomerē nanopiedevas (karbīdus, oksīdus, grafēna atvasinājumus un citas), nodrošinot reproducējamu metāla matricas nanokompozītu līdzizgulsnēšanu ar izcilu cietību, nodilumizturību, korozijizturību un barjerīpašībām.
Kā apstrāde ar ultraskaņu uzlabo elektroķīmisko izgulsnēšanu?
Hielscher zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces nodrošina augstu akustiskās enerģijas blīvumu tieši elektrolītā – savukārt precīza amplitūdas un darba cikla regulēšana, caurplūdes reaktoru izvēles iespējas un izturīgas sonotrodes palīdz uzturēt stabilu vannas ķīmisko sastāvu un palielināt mērogu no izmēģinājumiem ar galda iekārtām līdz nepārtrauktām rūpnieciskām līnijām. Sonoelektroķīmiskās izgulsnēšanas process nodrošina ātrāku masas pārnesi, nesamazinot vienmērīgumu, tīrākas saskarnes bez agresīviem ķīmiskiem līdzekļiem un smalki disperģētas nanofāzes bez sedimentācijas vai sprauslas izraisītas bīdes.
Ultraskaņas zonde darbojas kā elektrods. Ultraskaņas viļņi veicina elektroķīmiskās reakcijas, uzlabojot efektivitāti, palielinot iznākumu un paātrinot pārvēršanos.
Sonoelektroķīmija ievērojami uzlabo elektroizgulsnēšanas procesus.
Praktiski norādījumi sonoelektroķīmiskās izgulsnēšanas ieviešanai
Visas Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ļauj precīzi regulēt amplitūdu un līdz ar to kavitācijas dinamiku un mikroplūsmu intensitāti.
Pirms izgulsnēšanas un tās laikā ar ultraskaņu disperģējiet elektrolītā nanodaļiņas – piemēram, Al₂O₃ vai oglekļa nanopildvielas. Nepārtraukta ultraskaņas izraisīta maisīšana novērš aglomerāciju elektrolītiskajā sistēmā un nodrošina blīvākus, vienmērīgākus pārklājumus.
Elektrolītiskās vannas sastāvs, nanodaļiņu daudzums un temperatūra ir papildu parametri, kas ietekmē sonoelektroķīmiskās izgulsnēšanas procesu.
Elektroķīmiskās impedances spektroskopija (EIS) un potenciodinamiskā polarizācija (PDP) ir savstarpēji papildinošas standarta metodes korozijas un pārklājuma īpašību kvantitatīvai novērtēšanai. Izmantojiet EIS ar divu laika konstanšu modeli (pārklājums + lādiņa pārnese), lai noteiktu Rcoat un Rct, un apstipriniet rezultātus ar PDP/Tāfela analīzi. Pievērsiet uzmanību Rp pieaugumam, Varburga pazīmju izzušanai zemās frekvencēs un zemākām aprēķinātajām porainības vērtībām; tie ir uzticami ultraskaņas nodrošinātā blīvuma rādītāji.
Pārmērīga apstrādes ar ultraskaņu intensitāte var palielināt virsmas raupjumu, izraisīt gāzes ieslēgumu veidošanos un kavēt līdzizgulsnēšanu vai polimēru blīvu sakārtošanos.
SEM attēli ar (a) PPy un (b) sonoelektroķīmiski izgulsnētiem polipirola (PPy-US) pārklājumiem uz St-12 tērauda (palielinājums 7500×)
(pētījums un attēli: © Ashassi-Sorkhabi un Bagheri, 2014)
Augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīces elektroķīmiskās izgulsnēšanas intensificēšanai
Augstas veiktspējas zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces intensificē elektroķīmisko izgulsnēšanu, nodrošinot augstu akustiskās enerģijas blīvumu tieši tur, kur tas nepieciešams: spraugā starp elektrodiem. Atšķirībā no ultraskaņas vannām ultraskaņas zondes ievada ultraskaņas jaudu tieši elektrolītā, radot intensīvu kavitāciju, samazinot Nernsta difūzijas slāņa biezumu un uzturot ātru, stabilu masas pārnesi pat pie liela strāvas blīvuma. Precīza amplitūdas regulēšana uztur nemainīgu akustisko lauku slodzes apstākļos – tas ir izšķiroši reproducējamam kodolu veidošanās ātrumam, graudu smalcināšanai un vienmērīgam biezumam uz sarežģītas ģeometrijas virsmām. Tikpat būtiski ir tas, ka intensīvās mikroplūsmas disperģē un deaglomerē nanopiedevas in situ, nodrošinot stabilu metāla matricas nanokompozītu līdzizgulsnēšanu bez sedimentācijas vai bīdes izraisītiem bojājumiem. Hielscher rūpnieciskās ultraskaņas apstrādes ierīces, sonotrodes un caurplūdes reaktori nodrošina nepārtrauktu darbību, precīzu uzturēšanās laika regulēšanu un ērtu integrāciju ar filtrēšanu, temperatūras regulēšanu un analīzi tieši procesa plūsmā.
Ar Hielscher sonoelektroķīmiskajām sistēmām jūs iegūstat lielāku izgulsnēšanas ātrumu, nepasliktinot morfoloģiju, mazāk gāzes izraisītu defektu, izcilu adhēziju un pārklājumus ar uzlabotu cietību, nodilumizturību un korozijizturību – nodrošinātu rezultātu. Tas viss ar mērogojamību un procesa stabilitāti, ar ko ir pazīstamas Hielscher ultraskaņas apstrādes sistēmas.
Ultraskaņas procesoru UIP2000hdT (2000 vati, 20kHz) zondes darbojas kā elektrodi nanodaļiņu sonoelektroizgulsnēšanai
Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte
Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir plaši pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un projektēšanas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas apstrādes ierīces viegli integrēt rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.
Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar vismodernākajām tehnoloģijām un ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.
Literatūra / atsauces
- 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.
Bieži uzdotie jautājumi
Kas ir elektroķīmiskā izgulsnēšana?
Bezstrāvas izgulsnēšana – saukta arī par autokatalītisko (ķīmisko) pārklāšanu – ir metāla vai sakausējuma pārklājuma veidošana bez ārējas strāvas, izšķīdušam reducētājam heterogēnā ķīmiskā reakcijā reducējot metāla jonus uz katalītiskas virsmas. Kad ir izveidojušies kodoli, augošā kārtiņa katalizē turpmāku reducēšanos, tāpēc izgulsnēšana norit vienmērīgi uz sarežģītas ģeometrijas virsmām un – pat pēc katalītiskas aktivēšanas (piemēram, ar Pd/Sn) – uz elektrību nevadošām pamatnēm. Vannas satur metāla sāli, reducētāju (piemēram, hipofosfītu, borhidrīdu vai DMAB), kompleksveidotājus, buferus, virsmaktīvās vielas un stabilizatorus; ātrumu un sastāvu nosaka temperatūra, pH un hidrodinamika.
Kas ir bezstrāvas izgulsnēšana?
Bezstrāvas izgulsnēšana – saukta arī par autokatalītisko vai ķīmisko pārklāšanu – ir pārklāšanas process ar metālu (vai sakausējumu), kas norit bez ārējas elektriskās strāvas. Tā vietā vannā izšķīdis reducētājs ķīmiski reducē metāla jonus uz katalītiskas virsmas, tāpēc augošā kārtiņa pati uztur reakciju (autokatalīze). Tā kā procesā nav strāvas sadalījuma, biezums ir ļoti vienmērīgs pat uz sarežģītas ģeometrijas virsmām un padziļinājumos, un – pēc īsa virsmas aktivēšanas posma (piemēram, ar Pd/Sn) – var pārklāt arī elektrību nevadošas pamatnes.
Kas ir Nernsta difūzijas slānis?
Nernsta difūzijas slānis ir hipotētisks nekustīgs slānis pie elektroda virsmas, kurā masas pārnese notiek galvenokārt difūzijas ceļā. Šo jēdzienu elektroķīmijā izmanto, lai aprakstītu ķīmiskās daļiņas koncentrācijas gradientu elektroda tuvumā elektroķīmiskās reakcijas laikā.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus maisīšanai, disperģēšanai, emulģēšanai un ekstrakcijai laboratorijas, pilotiekārtu un rūpnieciskā mērogā.