鎢電極

目前，燃料電池多採用Pt/C或Pt合金催化劑作為氧還原催化劑，但是這種材料價格昂貴，且資源匱乏，大大限制了其應用範圍。 碳化鎢電極 是一種非貴金屬催化劑，具有類似鉑的電催化性能和抗CO中毒能力，因此它作為催化劑在電化學領域的應用越來越廣泛，且其研究的範圍也越來越大。 碳化鎢電極的製備： 1.稱取一定量的偏鎢酸銨（APT）將其配成10%的水溶液。在室溫下將該溶液導入噴霧乾燥儀作噴霧乾燥微球化處理，制得偏鎢酸銨粉體。 2.將偏鎢酸銨粉體置於管式電阻爐的石英舟內，通入H2和CO混合氣體，其中H2為還原氣體而CO為碳源，然後將爐內溫度升高至400℃，保溫1~2小時，再升溫至900℃，保溫6~7小時。 3.反應結束後關閉一氧化碳和氫氣，通入N2，使其自然冷卻降溫，制得碳化鎢（WC）。 4.催化層製備：將WC、活性炭、聚四氟乙烯（60%）乳液按10:1:3比例混合均勻，加入適當的無水乙醇，超聲分散5分鐘，然後放置於80℃水浴中加熱攪拌至混合物團聚，將凝聚物放置雙輥碾機上反復碾壓成膜，其厚約為0.2mm。 5.防水層製備：將乙炔黑、無水硫酸鈉和聚四氟乙烯按1：1：1品質比混合均勻，然後依照催化層製備的步驟，碾壓成膜，膜厚約為0.2mm。 6.將防水透氣層、集流體和催化層逐層疊合，在油壓機10MPa下壓制成碳化鎢氣體擴散電極。 電子郵件:  sales@chinatungsten.com 電話: +86 592 5129696/86 592 5129595 傳真: +86 592 5129797

稀土鎢電極 即摻雜了稀土成分製成的鎢電極，有一元稀土鎢電極，二元稀土鎢電極，三元稀土鎢電極等。瞭解其製備工藝重點有利於製備性能優良的鎢電極。 1.稀土摻雜的均勻性 要使得稀土能和原料均勻的摻雜，可以採用固液摻雜法。以APT和稀土硝酸鹽為原料，進行固液摻雜，使得稀土硝酸鹽進入或者吸附在APT顆粒的表面，有利於稀土在後續分解和還原的過程中進入鎢晶格實現均勻摻雜。 2.還原粉末粒徑 還原粉末的粒徑及分佈對後續燒結和加工有一定的影響。摻雜稀土的還原粉末具有較高的還原溫度，因此粉末的粒度的控制主要靠提高粉末的裝舟量或者增加還原爐 的溫度梯度，依靠高溫下氣態水合鎢氧化鎢的快速遷移及生長製備大粒徑寬分佈的金屬粉末的粒徑。另外，在保證後續燒結和加工工藝的情況下，要盡可能的降低還 原溫度，從而更好的稀土相粒子的粒徑。 3.燒結曲線 制定合理的燒結曲線能夠制得較好品質的燒結坯。在燒結過程中可以使電極坯在低溫下長時間保溫，使得稀土擴散揮發在電極內達到平衡後再緩慢升溫到較高的溫度區間。燒結溫度過高會導致稀土揮發嚴重，因此燒結工藝的制定要綜合考慮粉末的粒度、燒結溫度的最高溫等特性。 4.加工制度的確定 摻雜稀土的鎢電極具有較高的再結晶溫度，因此其加工溫度也有所提高。但是稀土對鎢晶粒的變形有阻礙的作用，增大了電極回復和再結晶的驅動力，因此隨著變形量的增大，其加工溫度應有所降低，其溫度的降幅應大於釷鎢電極、鈰鎢電極等單元稀土鎢電極。 電子郵件:  sales@chinatungsten.com 電話: +86 592 5129696/86 592 5129595 傳真: +86 592 5129797

隨著科學技術的發展和人類環保意識的提高，近年來，人們研究了多種新型電極材料來代替釷鎢電極。在60年代，蘇聯就開始新型材料的研製。中國在1973年，研製出了W-CeO2電極材料。80年代後期，日本推出了系列的單元稀土電極，包括W-Y2O3、W-CeO2和W-La2O3等。而複合稀土電極是在90年代推出的，通過添加多種稀土氧化物制得的複合電極具有優良的焊接性能。 HWCYL20鎢電極 的成分主要有0.4wt%La2O3,0.4wt%CeO2和1.2wtY2O3和氧化鎢。將三種稀土硝酸鹽溶液與藍鎢粉末混合，乾燥還原後，制得三元稀土鎢粉末。再通過壓制、燒結、錘鍛、退火、拉絲和磨削制得不同直徑的HWCYL20電極。 通過分析三元稀土鎢粉末的SEM照片發現，粉末的Fisher粒度大約為1.7um，粒度較小，這主要是因為稀土元素有利於抑制鎢晶粒長大。鎢電極經過燒結後，稀土氧化物顆粒作為第二相均勻分佈在鎢基體中。稀土氧化物顆粒尺寸為1~2um。經過焊接後，電極中稀土氧化物顆粒尺寸沒有發生明顯的變化。 對比Ø1.6mm的HWCYL20電極和釷鎢電極焊接性能發現，HWCYL20電極經過焊接測試後其尖端附近表面枝晶突起，損害了電極的起弧和焊接性能。在高倍鏡下發現電極尖端表面形成了凹陷。而釷鎢電極的尖端變鈍，嚴重影響了電極的起弧性能，燒損嚴重。另外，HWCYL20電極的電子逸出功是2.76eV，燒損量是釷鎢電極的50%。由此可知，HWCYL20電極具有較好的焊接性能。 電子郵件:  sales@chinatungsten.com 電話: +86 592 5129696/86 592 5129595 傳真: +86 592 5129797

在TIG焊（鎢極惰性氣體保護焊）， 鎢電極 在大電流、氬氣保護效果不好的情況下容易發生凸緣現象，即在電極尖端附近出現凸緣或者圓環（rim）。rim會阻礙氬氣的流動和電極表面稀土氧化物的遷移，加劇電極的燒損，破壞電極的穩定性。 在相同條件下，對W-La2O3、W-Y2O3和W-CeO3三種電極進行rim試驗，W-CeO2最早出現rim，其次是W-Y2O3，最後是W-La2O3。另外，氬氣流量、電弧長度也會對rim產生一定的影響。 氬氣流量的影響：試驗中，電極弧長為3mm，電流為160A，起弧電壓為76V。通過改變氬氣的流量發現，氬氣流量越小,rim出現的時間越短。 電弧長度的影響：試驗中，氬氣流量為3L/min，電弧電流為160A，電弧電壓為76V。通過改變電弧的長度發現，電弧長度越長，rim出現的時間越短。 觀察電極的SEM照片發現，電極從尖端後根部被分為3個區域，A區域粗糙，B區域光滑，C區域粗糙。而rim出現的位置一般在C區域與B區域之間。這個區域枝晶結構，說明rim的長大方式是以枝晶方式進行的。 在電弧燃燒的過程中，在電弧和電阻熱的共同作用下，電極表面的鎢一方面會出現熔化和蒸發，另一方面會發生重結晶，通過枝晶的長大方式從電極表面向外部生長。在C區域，由於鎢重結晶長大的速率大於鎢熔化和蒸發的速率，因此會出現rim現象。另外一方面，焊接過程中雖然有氬氣保護，但是還是存在少部分氧化性氣體雜質，加上空氣中氧分子的侵入，電極表面的鎢會在溫度較低的C區域氧化生成鎢的氧化物。這些氧化物在高溫下會發生分解，在重結晶枝晶上沉積，最終形成了rim。 電子郵件:  sales@chinatungsten.com 電話: +86 592 5129696/86 592 5129595 傳真: +86 592 5129797