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活性炭電極涂層

來源：韓研活性炭網作者：韓研活性炭網 2017-09-01

　　活性炭電極涂層的結構和性能。活性炭涂層具有納米晶體結構。取決于放電脈沖的持續時間和頻率，涂層中活性炭和鋼之間的比例是不同的。硬質合金中的添活性炭使我們將涂層的顯微硬度和耐磨性提高了2-3倍。在機器部件和工具表面上沉積耐磨電噴涂層，包括納米結構涂層，可以顯著提高其使用壽命。具有鈷粘合劑的活性炭化鎢基硬質合金已經作為用于制備涂層的電極材料而廣泛使用。然而，這些電極材料具有很高的耐腐蝕性，并且難以向陰極轉移。此外，當放電轟擊陰極時，在熱應力下經常在硬化的沉積層中形成裂紋。硬質合金中耐火材料的納米粉末添加劑對電噴涂層的顯微組織和摩擦學特性產生積極的影響。

　　在我們的工作中，通過粉末冶金的常規技術燒結基于碳化鎢和鈷的電極材料。使鈷含量恒定(10重量%)，活性炭濃度變化(2.5和4.5重量%)。粉末混合物通過行星式球磨機以250rpm的轉速混合30分鐘，同時加入5ml異丙醇。將獲得的活性炭粉末與橡膠在汽油中的溶液混合，然后使用具有30kN負荷的機器壓制。用于燒結的樣品質量相同，相當于13g。將壓制的混合物在真空管式烘箱中在1400℃下燒結8小時。用作電極的硬質合金棒的尺寸為40'5'5 mm 3。燒結樣品的質量損失(由增塑劑蒸發引起，由于初始粉末中存在殘留氧和結晶水而導致的碳，鎢和鈷的燃燒)平均為4%。

　　所創建的活性炭涂層的微觀結構如圖1所示。在4%硝酸在乙醇中蝕刻后，觀察到鋼基體的鐵素體珠光體結構，在用氫氧化鈉和鐵氰化鉀(III)的混合物蝕刻后，在沉積層中看到微結構。白色層含有分散的鐵活性炭化物和陽極分解產物的聚集體。表層的主要部分由活性炭W 2 C(涂層上部的灰色區域)和活性炭的小夾雜物組成。圖2所得涂層的表面和橫截面的SEM圖像顯示其元素組成對應于活性炭化鎢的白色顆粒的存在。此外，與10%Co涂層相比，10%Co-4.5%C涂層中的這些晶粒的量要大得多。隨著電極中碳含量的增加，其在整體涂層中的濃度增加，因為10%Co-4.5%C樣品上的涂層中的碳濃度范圍為30至40at。%，而使用標準10%Co電極為26-31at%。通過施加具有較高碳含量的陽極沉積的表面層的結構更均勻，盡管存在一些微孔。從而，得到的活性炭涂層的平均厚度為7?80μm。隨著脈沖持續時間的增加，電流的厚度增加。

　　在合金表面層陰極的橫截面進行金相分析時，我們發現表層有孔隙和微裂紋;，該結構在厚度上不均勻。活性炭表面層的損傷隨著放電能量的演變而增加。由于涂層和鋼基材的熱膨脹系數之間的差異，形成微裂紋。在鄰接沉積層的鋼片上觀察到鐵素體。珍珠巖組分由于熱效應和快速冷卻而被淬火。與白色層相鄰的部分受到放電和等離子體的熱作用，隨后快速冷卻。結果，我們觀察到其中珠光體組分被淬火的薄層。該區域的顯微硬度增加(圖1)。

　　活性炭涂層基于具有小活性炭化鎢夾雜物的碳化物W2C。在局部位置觀察到活性炭化鎢WC到碳化物W2C 的分解，這是由于放熱引起的放電的影響以及電極材料與空氣中氧的相互作用的增強。此外，脫碳可能發生在活性炭與鐵基質的相互作用之后，已經觀察到電沉積和HVOF噴涂。所得活性炭涂層的組成不同。隨著放電脈沖的持續時間和頻率的增加，這種變化開始以特別顯著的方式表現出來。在1kHz的較高放電頻率下，硬質合金的脫碳強烈。與以0.1kHz沉積的相同涂層相比，在該頻率下產生的WC-10%Co涂層幾乎完全與W 2 C一起少量WC。在0.1kHz 的頻率下，涂層組合物中的活性炭化鎢以氨基碳化物W2C 為主。在高頻(1kHz)和短長度(<20μs)下，周圍的氣體介質沒有實質的作用。

　　我們研究了通過在鋼35上電沉積活性炭炭化鎢10%Co合金與Al 2 O 3或活性炭添加劑產生的涂層。在所獲得的涂層中觀察到尺寸為1至20微米的活性炭化鎢的微晶。表層具有納米結構。隨著陽極材料中活性炭含量的增加，活性炭化的量增加。基于活性炭化鎢的電極材料中的氧化鋁添加劑使我們能夠提高涂層的耐磨性。如果使用活性炭添加劑，則顯微硬度和耐磨性變得更大。這是因為隨著陽極材料中活性炭濃度的增加，活性炭化鎢的脫碳降低。

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