Fluoras elektrolite: kodėl danga negali išsaugoti titano

Kartą pirkėjas atsiuntė elektrooksidacijos bako brėžinį ir paprašė „įprasto Ir-Ta anodo, kaip ir paskutiniame projekte“. Paskutinis projektas buvo vario folija. Tai buvo fluoro turintis ėsdinimo medžiagų atkūrimo srautas. Ta pati forma, toks pat srovės tankis popieriuje, visiškai kitoks gedimo kelias.

Titanas lengvai nerūdija. Štai kodėl žmonės ja pasitiki. Tačiau pasyvioji titano plėvelė turi žinomą silpnąją vietą: fluoro joną. Net esant mažai koncentracijai, F⁻ reaguoja su TiO₂ greičiau, nei plėvelė gali atsinaujinti. Reakcija yra TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → [TiF₆]²⁻ + 2H₂O. Heksafluorotitanato kompleksas ištirpsta. Danga yra ant tos plėvelės. Užpuolus po danga esančią plėvelę, danga netenka substrato – ne todėl, kad katalizatorius netinkamas, o todėl, kad tirpsta pagrindas.

Tai nėra dangos problema. Ru-Ir, Ir-Ta, platina, nė vienas jų nepataiso. Platinos sluoksnis geriau atsparus fluoridui nei MMO, tačiau platinuoto titano struktūroje gedimo vieta vis tiek yra titanas prie kraštų, suvirinimo siūlių ir mikroįtrūkimų. Platina neuždengia tirpstančio pagrindo. Brangi klaida – cituoti tą patį anodą kaip ir praėjusį kartą, nes piešinys atrodo pažįstamas. Anodas nepasikeitė. Vanduo padarė.

Praktiškai įspėjamieji ženklai yra tylūs. Įtampa kyla per kelias savaites. Iš pradžių niekas nemato duobių. Tada šalia suvirinimo siūlės, krašto, varžto skylės atsiranda maža ruda arba pilka dėmė. Tuo metu, kai potencialus dreifuoja, titanas jau prarado vietinį storį. Tirpimas plyšiuose dar labiau koncentruoja fluoridą, kuris pagreitina ataką – savaime stiprėjanti kilpa, kuri nesustoja, kai padidinate srovę.

Lauko taisyklė, kurią naudojame: jei terpė turi išmatuojamą F⁻, prieš ką nors cituodami paklauskite skaičiaus. Ne „ar yra fluoro“ – laisvas fluoras arba bendras kiekis, ppm, kompleksinis ar ne, pH, temperatūra ir tai, ar anodas yra įjungtas, ar įmirksta po išjungimo. Slenkstis nėra viena eilutė. Esant rūgščiai, maždaug pH 2–4, laisvasis fluoras, viršijantis maždaug 5–10 ppm, pradeda atakuoti 2 laipsnio titaną; šalia neutralios jis pasislenka link 20–30 ppm; didelio grynumo elektromobilyje, pavyzdžiui, vario folijoje, praktinis tikslas yra mažesnis nei 1 ppm. Temperatūra yra svarbi tiek pat, kiek koncentracija – ta pati ppm 80 laipsnių temperatūroje gali būti daug prastesnė nei 25 laipsnių temperatūroje.

Kas iš tikrųjų veikia vietoj to:

Pakeiskite pagrindo logiką: tantalu sutvirtinti kraštai arba netitano nešiklis, kai terpė yra agresyviai rūgšti ir fluorinta. Plonas tantalo oksido barjeras tarp dangos ir titano sulėtina ataką, tačiau tai nėra nuolatinis ilgalaikio didelio fluoro naudojimo pataisymas.

Pakeiskite anodo formą: platinuotas titanas geriau susidoroja su fluoru nei MMO, kai titano kraštai yra ekranuoti. Ti/PbO₂ gali būti labiau piktnaudžiaujama oksiduojančia rūgštimi, tačiau fluoridas vis tiek pasiekia titano bazę per defektus, o stiprus šarmas ištirpdo PbO₂ – tai nėra bendras atsakymas.

Pakeiskite veikimą: mažesnis srovės tankis, nepertraukiamas intensyvus veikimas, nekeičiamas poliškumas, išskalaukite po išjungimo, kad fluoras nesusikauptų plyšiuose.

Pakeiskite specifikacijų kalbą: „anodas turi atlaikyti vidutinę analizę X“, o ne „Ir-Ta, 8 g/m², 20 metų“.

Titano anodas yra toks pat stabilus, kaip ir plėvelė tarp dangos ir elektrolito. Kai ši plėvelė yra veikiama fluoro, tauriųjų metalų oksidai yra tik gerai katalizuojamas sluoksnis ant nykstančio pagrindo.