Как качеството на синтерования метален прах влияе върху ефективността на водородния филтър

Когато системите за производство на водород работят по-слабо, инженерите често проследяват първопричината до една пренебрегвана променлива: суровината, захранваща филтъра. Качеството насинтерован метален прахоформя почти всеки измерим резултат във водороден филтър - от равномерност на порите до дългосрочна-структурна цялост. Разбирането на тази връзка помага на екипите за доставки и инженерите да вземат по-интелигентни решения за материалите, преди един компонент да влезе в производство.

Какво прави синтерования метален прах подходящ за филтриране на водород?

Настройките за водород са много трудни за работа. Газът е много порест, реагира химически с малки количества замърсители и обикновено се произвежда при високи температури и налягания. Не всички слаби метали могат надеждно да се справят с тези обстоятелства. Спеченият метален прах се използва във водородния филтър, защото има уникални химични и структурни качества, които трудно могат да бъдат намерени в други материали в голям мащаб.

Архитектура на порите, изградена от праха нагоре

Няма нужда да правите или пробивате дупки в синтерован филтър; структурата на порите просто се образува естествено, тъй като частиците на праха се слепват по време на синтероването. Когато нагретите частици от титанов прах се слеят заедно, пространствата между тях се превръщат в канали, които се свързват един с друг. Ширината на каналите, усукването и къде са разпръснати зависят от размера на частиците, формата и плътността на опаковката преди да започне синтероването. Титанов прах с висока-чистост, който винаги е сферичен, създава мрежи от пори, които са еднакви и повтаряеми. Тези мрежи пропускат водорода с малко съпротивление, докато блокират частиците. Проучване в Powder Technology показва, че формата на частиците пряко влияе върху това как порите в прахообразните порести метали се свързват една с друга.

Химическа съвместимост в агресивни водородни системи

PEM настройките за водна електролиза имат киселинна мембрана, производство на кислород в анода и силна йонна активност. Базираните на титан-части от „спечен порест метал“ са много по-добри за спиране на окислителната ръжда в тези ситуации, отколкото обикновените части от неръждаема стомана.

Титановият пасивен оксиден слой остава стабилен над голям електрохимичен прозорец. Това означава, че запазва способността си да филтрира точно и да провежда електричество в продължение на хиляди часове. Ниското количество кислород в суровия прах също намалява шанса твърда оксидна фаза да се образува вътре в разтопения скелет.

Как качеството на синтерован метален прах влияе върху точността на филтриране

Във водородните системи точността на филтриране не е фиксирана стойност; променя се в зависимост от качеството на използваните материали. Филтър от синтерован метал, направен от прахообразни партиди, които не са еднакви, може да отговаря на стандартите за номинален размер на порите през първия ден, но неговата производителност може да се промени при провеждането на повече кръгове. Има ясна и добре-известна връзка между качеството на праха и колко добре се филтрира с течение на времето. Това е описано в инженерната литература за индустриални филтри.

Разпределение на размера на частиците и контрол на размера на порите

Възможно е да се определи разпределението на размера на частиците насинтерован метален прахкойто влиза в процеса, като се гледа готовият "спечен филтърен елемент". Тесните диапазони на размера на порите са причинени от тесни, добре-контролирани разпределения. Широките разпределения създават дупки, които са твърде големи и позволяват на частиците да преминават през тях, както и пори, които са твърде малки и спират потока, което повишава разликата в налягането. NAVI Titanium използва само титанов прах от клас 0A-, тъй като неговото тясно разпределение на размера на частиците ви позволява да промените размера на порите в диапазон от 5–80 μm, което е спецификационен диапазон, който отговаря на повечето нужди на PEM системата без никакви проблеми.

Съдържанието на кислород и неговият ефект върху проводимостта

Количеството кислород в титановия прах е важен качествен фактор, който често се пренебрегва. Когато нивата на кислород са високи, TiO₂ фазите се образуват по краищата на зърната по време на синтероването. Тези фази не провеждат електричество, което прави рамката на слабия токоприемник в електролизерите PEM по-малко ефективна.

Проучвания, публикувани в Journal of Power Sources, показват, че PEM клетките губят ефективност на напрежението, когато техните порести титанови части имат високи количества оксид. Не е лукс да изберете прах с ниско-кислород; това е практическо условие за ефективно производство на водород.

Характеристики на синтерован метален прах за стабилен поток на водород

За стабилен поток на водород през филтър, той се нуждае от нещо повече от мрежа от отворени пори. Вътрешната структура трябва да запази формата си дори когато е изложена на химикали, променящи се температури и промени в налягането. Когато разглеждаме крайния продукт, свойствата на праха, които контролират структурната стабилност, често не са очевидни. Те обаче стават ясни след дълго време на употреба.

Активност на синтероване и плътност на скелета

Колко добре частиците се слепват по време на топлинния цикъл зависи от тяхната активност на синтероване на прах, която е функция на тяхната повърхност, чистота и форма на частиците. Когато смесите прах с висока-активност с други частици, получавате дебели, добре{2}}контакти, които не се износват лесно. Прахът, който не е активен или е замърсен, прави слаби гърла, които се счупват при промяна на налягането, освобождавайки бавно малки парчета метал във водородния поток. Когато необработеният „спечен метален прах“ има постоянна активност на синтероване, гръбначната плътност и дългосрочната -стабилност на потока също са надеждни.

Термична стабилност през работните цикли

Системи, които карат водорода да работи в цикли на топлина. Стартирането, смяната на товара и изключването на машината оказват напрежение върху филтърния материал. Титановият прах с малко примеси и контролиран размер на зърното остава със същия размер през тези цикли без много загрубяване или пълзене на зърното.

Една от причините NAVI Titanium да избере титан от клас 0A-като основен материал за използване на водородни филтри с високи-изисквания е, че той може да издържа добре на високи температури.

Как еднородността на праха влияе на производителността на филтъра за синтерован водород

Еднородността на праха от-до-партида е качествен фактор в производството, който има пряк ефект върху това колко добре работи филтърът от синтерован порест метал в производствените серии. Когато подаването на прах не е последователно, готовата част също не е последователна. Това е проблем, който бързо се влошава при широкомащабни-инфраструктурни проекти за водород.

Градиентно съотношение и дизайн на градиентния филтър

Инженерите могат да направят градиентни порести структури в едно филтърно тяло чрез смесване на груби и финисинтерован метален прахфракции в точни количества. Грубата фракция помага да се запази структурата здрава, а малката фракция управлява точността на повърхностния филтър. Градиентът на порите се променя, когато съотношението на градация се движи от партида на партида. Това променя както механичните характеристики, така и прекъсването на филтрацията. За производството на градиентни филтри са задължителни стриктното сертифициране на прахообразните партиди и единните процеси на доставчиците.

Съгласуваност на партиди и-надеждност на широкомащабни проекти

Проектите за зелен водород се нуждаят от хиляди подобни филтърни части, които да бъдат направени за дълги периоди от време. Ако доставчикът на прах предоставя на производителите на филтри унифицирани данни за размера на частиците, чистотата и морфологията в сериите, те могат да поддържат производствените лимити високи, без да се налага повторно-калибриране на процеса през цялото време. Това ниво на еднаквост намалява отпадъците, ускорява процеса на квалифициране и прави възможно големите инфраструктурни проекти да се разрастват по очакван начин.

Избор на синтерован метален прах за постоянно филтриране на водород

Когато избирате правилния прах за работа с филтриране на водород, не е достатъчно просто да изберете най-чистия клас, който е наличен. Свойствата на праха трябва да отговарят на условията на работата. При промишленото производство на водород разходно{2}}ефективната адаптация е също толкова важна, колкото и техническата ефективност.

Съответствие на класа на прах към изискванията за приложение

За да постигнат целите за проводимост и устойчивост на ръжда, високо-прецизните електролитни филтърни елементи PEM се нуждаят от титанов прах с висока-чистота и ниски нива на кислород. За по-добра механична якост може да са необходими прахове от-сплави на основата на никел или SS316L в баланс--приложения в инсталации, които работят при високи температури и налягания. Ценово{8}}ефективни видове прах често могат да се използват в масово-произведени филтърни части, които не влияят на това колко добре работят. Задаването на правилния клас прах за работата ви предпазва от недостатъчно-специфициране и харчене на твърде много за материали, които не са необходими.

Персонализирани прахообразни системи за дългосрочна-ефективност

Производителите на филтри могат да заключат производителността, вместо да я оставят да варира в зависимост от зърното, като предоставят персонализирана спецификация на праха, която включва разпределение на размера на частиците, степен на чистота, морфология и параметри на синтероване. Инженерният екип на NAVI Titanium помага на клиентите да изберат правилните материали и процеси на проектиране. Те също така помагат за адаптиране на прахови системи към специфични работни среди.

Използването на правилното количество прах увеличава живота на филтрите, намалява поддръжката и понижава общите разходи за притежание на електролитно оборудване за много години употреба.

Заключение

От суров прах до добър водороден филтър не е толкова далече, колкото изглежда, а качеството на материалите засяга всяка стъпка от пътя. Колко чист е прахът, как частиците са разпределени по размер, колко въздух има в него, колко синтероване се извършва и колко последователна е всяка партида, всичко това влияе върху структурата на порите на готовия филтър, проводимостта и експлоатационния живот. Избор на добър източник за "синтерован метален прах" не е последваща мисъл в процеса на доставка. Това е основата за пречистване на водород, която работи добре.

Партнирайте с NAVI Titanium за надеждни решения за синтерован метален прах

Прахът зад водородния филтър е също толкова важен за вашия проект, колкото и колко добре работи. От 2008 г. NAVI Titanium произвежда прецизни компоненти отсинтерован метален прахза PEM електролиза, пречистване на отпадъчни води, обработка на полупроводници и други трудни индустрии. Нашата фабрика е във високо-технологичната зона Baoji, която е центърът на китайската титанова индустрия. NAVI Titanium е надежден доставчик на синтерован метален прах. Те предлагат персонализирани структури на порите, вариращи от 5 до 80 μm, възможност за проследяване на суровини от клас 0A-и-на-експертна помощ от момента на заявката до доставката. Нашият екип е готов да работи с вас, за да намери решение, което точно отговаря на вашите нужди, независимо дали трябва да тествате прототип или да се уверите, че широкомащабното{11}}производство протича гладко. Свържете се с нас незабавно, за да разберете как качеството на материалите влияе на производителността на системата.

За повече информация, моля, пишете ни наsales@navititanium.com.

Референции

1. Duchesne, MA, & Hughes, RW (2014). Агломериране и уплътняване на порести метални структури за филтриране на газ: Микроструктурен анализ и ефективност. Технология на праха, 253, 441–449.

2. Carmo, M., Fritz, DL, Mergel, J., & Stolten, D. (2013). Изчерпателен преглед на PEM водна електролиза. Международен вестник за водородна енергия, 38 (12), 4901–4934.

3. Liu, C., & Nussbaumer, T. (2020). Ефекти на характеристиките на праха върху структурата на порите и механичните свойства на синтеровани титанови компоненти. Journal of Materials Processing Technology, 279, 116571.

4. Дебе, MK (2012). Електрокатализаторни подходи и предизвикателства за автомобилните горивни клетки. Природа, 486 (7401), 43–51.

5. Selamat, MZ и Ahmad, A. (2019). Влияние на разпределението на размера на частиците върху ефективността на филтъра от синтерован порест метал в системи за разделяне на водород. Journal of Power Sources, 418, 88–97.

6. Герман, RM (2005). Прахова металургия и обработка на дисперсни материали. Федерация на индустриите за метална прах, Принстън, Ню Джърси.