CS229453B1 - Bipolámí elektroda - Google Patents

Abstract

Účelem vynálezu bylo nalézt konstrukci bipolámí elektrody, která nepodléhá tvarovým deformacím, a to jak během výroby, tak i během delálho opracování. Tohoto cíle ee dosáhne tak, že zejména anodová část elektrody je na vnitřní straně pokryta vrstvou kovu schopného pájení, jako je železo či měď, přičemž vlastní spoj anodové a katodové části elektrody tvoří vrstva slitiny na bázi cínu a olova o teplotě tání 110 až 250 °C.

Description

2

Vynález se týká bipolární elektrody. 229 453 V elektrolyzérech osazených bipolámími elektrodami jemezi anodou a katodou vložena alespoň jedna elektroda slože-ná z části anodové a katodové, které jsou spolu mechanicky a elektricky spojeny.

Z V posledních letech byly navrženy a začaly se používatkovové bipolární elektrody. Katodová část nebo její povrchovávrstva může být vyrobena z kovů, jako je železo, hliník, nikl,olovo, zinek, cín, titan nebo jejich slitiny. Iři zapojení v elektrolýzám se polarizuje katodicky, přičemž na jejímpovrchu vzniká vodík. Anodovou částí je obvykle titanový plechpovlečený drahým kovem jako je platina, slitina platiny s iri-diem nebo rubidiem nebo oxidy drahých kovů, jako je oxid ruthe-ničitý. Při zapojení v elektrolyzéru se polarizuje anodicky,přičemž na ní vzniká kyslík, regp. chlór.

Aby se zabránilo škodlivému účinku vodíku, difundujíčíhoz katodového povrchu směrem k anodě na materiál anodové vrst-vy, provádí se elektrické a mechanické spojení katody a anodypřes separační vrstvu - bariéru - ze zlata, stříbra, cínu, olo- 229 453 va, kobaltu, molybdenu, wolframu nebo mědi. Tato bariéra sevyznačuje nízkou difuzivitou pro vodík. Výbuchovým svařovánímvyrobená třísložková elektroda má vsak na rozhraní ocel - ba-riéra malý počet mikropérů, v nichž se difundující atomárnívodík slučuje na molekulární za vzniku vysokých tlaků, cožznamená, že ani bipolární elektroda se zabudovanou bariérounemá životnost delší než několik měsíců, než dojde k naruše-ní elektrického a mechanického spojení na rozhraní ocel - kovbariery. Se stejného důvodu se navrhovalo opatřit katodovouvrstvu soustavou průduchů, odvádějící vodík mimo bipolárníelektrodu, případně lze mezi anodovou a katodovou vrstvou ne-chat dutinu, případně naplněnou nískotající slitinou, kapalnoupři pracovní teplotě elektrolýzám, tj. do S? °C. kovněž bylo navrženo do dutiny mezi titanovou a ocelovoučást elektrody navařit spojovací článek titan - měů - ocel vy-roben;' výbuchový.: svařování^ a navíc propojený měděnými nýty.Výroba elektrody je vejmi složitá, přívod proudu ze spojova-cích článků na pracovní titanové a ocelové plechy se děje přesdistanční kolíky, které zaujímají jen 10 pracovní plochyelektrody, což vede ke ztrátě napětí. Základem většiny ze zmíněných řešení bipolární elektrodyje dvojice, resp. trojic^ kovových materiálů spojených výbu-chovým plátováním - svařováním. Tři tomto způsobu spojení sevšak získává výrobek silně deformovaný. U bimetalické dvojiceocel - titan vzniká konvemi deformace, na jejíž vnitřní stra-ně jo titan. Tato deformace se dá mechanicky vyrovnat, ale přidalším mechanickém opracování (frézování, hoblování) docházík deformaci nové. Iři tepelném zpracování vyrovnaných bimetalů 4 229 4S3 (např. při navařování ostatních dílů elektrody) vzniká silnádeformace opačného smyslu, vznikne silná konvexní deformace,kde na vnitřní straně je ocel. Těmto deformacím není možnépředejít např. temperováním při teplotě 570 °C nebo jen v ome-zené míře, nedostatečné při vysokých požadavcích na přesnostvýrobku (požadovaná mesielektrodová vzdálenost 2 až 3 mm).

Tyto nevýhody, které stěžují a v mnoha případech vylu-čují použití elektrod vyrobených výbuchovým svařováním, nemajíbipolární elektrody sestávající z pasivovatelného kovu, jako jetitan, tantal, zirkon, niob a jejich slitiny ve funkci anodya z katodového kovufjako je železo, nikl, kobalt a jejich sli-tinj^ podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že anodový případně i katodová část bipqlární elektrody jsouna vnitřní styčné straně pokryty vrstvou kovu schopného pájenýjako je železo, mš3, nikl, olovo, cín, zinek, hliník, přičemžvlastní spoj anodové a katodové části tvoří nízkotavitelná sli-tina na bázi cínu a olova o teplotě tání 110 až 250 °Ci Základní výhodou bipolární elektrody podle vynálezu je,že během její výroby i dalšího opracování nedochází·Η tvarovýmdeformacím. íasivovatelným anodovým kovem bývá obvykle titan. Ha plo-še anodicky pracující je pokryt povlakem platinového kovu ne-bo jeho oxidu nebo směsným krystalem oxidu platinového kovu aoxidu pasivovatelného kovu.

Spojení anodové, např. titanové vrstvy s katodovou např. ocelovou je obtížné, protože při přímém pájení titanu je třeba pracovat se stříbrnými pájkami nebo niklovými pájkami s teplo- 5 229 453 tou tání 700 až 1000 °C, obvyklé pájky obsahující cín, olovo,zinek a kadmium tvoří s titanem křehké sloučeniny a fáze. Při použití pájek na bázi cínu a olova o nízké teplotě táníje proto nutné opatřit povrch titanu slabou vrstvou kovuschopného pájení, jako je železo, mě5, nikl, olovo, cín, zi-nek, hliník.

Potřebná vrstva mědi o tloušťce do 0,4 nim se výhodněvytvoří technologií žárového stříkání pomocí plamenného, elektřometalizačního nebo plazmového stříhacího zařízení z mate-riálu ve formě drátu nebo prášlcu. Před nanášením měděného povlaku se titanový materiályopatřený na anodové pracovní ploše elektrokatalytickým povla-kem, zbaví na ploše určené k pájení oxidické vrstvy mechanickyotryskání korundem.

Snadno pájitelnou vrstvu* např. mědi je vhodné vytvořiti na vnitřní styčné ploše určené k pájení. Pír?, se spojenínízkotavitelné slitiny’- s katodovým materiálem zlepší.

Pokud je katodová vrstva opatřená průduchy,nesmí býtvětší než 1 mm a jejich povrch musí být rozválcován (např.vrubovacím kolečkem) tak, aby při nanášení dobře pájitelnévrstvy materiálu (např. mědi) technologií žárového stříkánínedošlo k jejich naplnění, jestliže jsou na vnitřní straněkatodového materiálu.

Na katodový materiál (desku) opatřený vrstvou kovu schopného pájení se nanese nízkotavitelná slitina, technolo- gií žárového stříkání z drátu nebo prášku, překryje se tita- novou deskou tak, aby strana pokrytá např. měděným povlakem 6 229 453 přiléhala na vrstvu nízkotavitelné slitiny» Komplet se vložído lisu vyhřívaného na teplotu o 10 aa 40 °C vyšší, než jeteplota tání slitiny (pájky). Po vyhřátí na zvolenou teplotuse elektroda za tlaku nechá vychladnout na teplotu asi o 50 °Cnižš^ než je teplota tání pájky.

Složení^ a tím i teplota tavení pájky se volí podle- způ-sobu použití elektrody a podle jejich případných dalších úprav.V praktických případech bude vyhovovat slitina o složení:

1. 25 Sn + 22 z* Pb + 53 Ϊ 3i b.t. 121 °C 2. 33 Sn + 50 <·* z* Pb + 17 íS 3i b.t. 160 °c 3. 62 Sn + 22 íS Pb b.t. 183 Op 4. 50 Sn + 50 ‘,5 Pb b.t. 213 °G V případě potřeby, zejména za účelem reaktivace anodovéhopovrchu, se elektroda rozloží nahřátím nad teplotu tání pájky,což je snadné ve vyhřívacín lis«< bez působení tlaku. Opětnésložení elektrody se provede stejně jako u nové elektrody. * V některých případech se za účelem zvětšení elektrodovéplochy navařují na anodovou a katodovou desku hřebenovíté elektrodové plechy’, na kterých probíhá převážná část elektro- chemické reakce. Jestliže ke konstrukci plošné elektrody stačínapř. titanová a ocelová deska tloušíky 1 mm, případně i nižší, (u ocelové je nutno brát v úvahu i její funkci nosného materiá-lu a její potřebná tloušlka bude závislá na velikosti elektro-dy), u hřebenových elektrod bude potřebná síla desek větší zedvou důvodů: a) ocelové i titanové desky ponesou větší počet elektrodových plechů tloušťky asi 2 nm 7 229 453 b) navalování prováděné až po lisování vyžaduje rychlýodvod tepla proto, aby nízkotavitelná slitina bylachráněna před roztavením Z tohoto důvodu je třeba volit slitinu o vysoké teplotětavení, nejlépe slitinu 50 Sn + 50 Pb. Tři praktickýchzkouškách navařování titanových plechů na bimetalovou desku2 mm Ti + 14 mm ocele nepřestoupio ohřátí materiálu 40 °C, ikdyž se pracovalo bez přídavného chlazení.

Tlousíka titanové desky musí být proto nejméně 2 mn. Vý-hodné je poloautomatické navařování např. automatem »71» OP 315v ochranné atmosféře argonu při navařování titanových plechůa v ochranné atmosféře COg u plechů ocelových. Deformace připoloautomatickém svařování jsou nevýznamné. 3 ohledem na postup výroby elektrodové základní deskynavařují se elektrodové titanové a ocelové plechy až po liso-vání. Obdobný postup je třeba dodržet v případě, že povlakna titanových elektrodových plechách je třeba obnovit. Plechyse od Ti základu odřežou a po reaktivaci se navaří spět.

Pipolární elektrodu podle vynálezu je možno použít k elektrolytické přípravo chloreěnanů, chlornanu, chlóru a louhu ipři dalších procesech, při nichž difunduje vodík k anodovéčásti elektrody.

Claims (1)

1. B 229 453 Bipolární elektroda# sestávající z pasivovatelného ková/jako je titan, tantal, zirkon, niob a. jejich slitiny ve funk-cí. anody a z katodového kovuj jako je železo, nikl, kobalt ajejich slitin;7, vyznačená tím, že anodová, případně i katodováčást bipolární elektrody jsou na vnitřní styčné straně pokry-ty vrstvou kovu schopného pájení^ jako je železo, měčí, nikl,olovo, cín, zinek a hliník, přičemž vlastní spoj anodové akatodové části tvoří vrstva nízkotavitelné slitiny na bázicínu a olova o teplotě tání 110 až 250 °C. Vytiskly Moravské tiskařské závody, provoz 12, Leninova 21, Olomouc Cena: 2,40 Kčs