Складений електрод анодного заземлювача

Реферат: Складений електрод анодного заземлювача містить конструкційну трубчасту основу, пов'язану всередині електричним контактом з провідником струмопровідного кабелю, і робоче покриття з хімічно стійкого струмопровідного оксидного матеріалу. Конструкційна трубчаста основа виконана у вигляді біметалевої труби, яка складається з внутрішньої сталевої труби з попередньо нанесеним по всій її довжині гальванічним покриттям з міді і зовнішньої циліндричної оболонки з титану або його сплаву. При цьому поверхня зовнішньої циліндричної титанової оболонки з боку робочого покриття сформована рельєфною і піддана плазмохімічній активації, а робоче покриття складається з послідовно нанесених електролітичного і термохімічного шарів діоксиду марганцю. Причому електролітичний шар містить у своєму складі співосаджений діоксид титану. UA 106462 U (12) UA 106462 U UA 106462 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технічної електрохімії та електротехніки, а саме до катодного захисту від корозії металевих споруд і комунікацій, і може бути використана в пристроях анодного заземлення, що розміщуються в ґрунті і водних середовищах. Відомий складений електрод трубчастої конструкції як елемент анодного заземлювача, що містить основу з вентильного металу - титану та його сплаву і анодностійке електроактивне покриття з металу або оксиду металу платинової групи, переважно, діоксиду рутенію в композиції з діоксидом титану [патент US № 4452683, заявл. 22.12.1982, опубл. 05.01.1984, МПК C23F 13/00]. Недоліками відомого електрода є складність конструкції, низька надійність виконаних механічно електричних контактів, висока вартість використовуваних матеріалів. Відомі електроди для електрохімічних процесів, що складаються з титанової основи і хімічно стійкого робочого покриття, у складі якого використовуються оксиди неблагородних металів марганцю, кобальту, олова та ін. [Якименко Л.М. Електродні матеріали в прикладної електрохімії - М: Хімія, 1977, С - 264; патент РФ № 2425176, заявл. 01.09.2004, опубл. 10.10.2008, МПК С25В 11/04]. Недоліками електродів-аналогів є низька механічна і адгезійна міцність покриття, пористість, пасивація основи під покриттям. Найближчим аналогом корисної моделі є анодний заземлювач, виконаний у вигляді порожнистої наскрізної або глухої труби з хімічно стійкого вентильного металу - титану, ніобію, їх сплавів, на поверхню якого нанесено покриття з металу або оксиду металу платинової групи [корисна модель РФ № 129102, заявл. 26.02.2013, опубл. 20.06.2013, МПК C23F 13/16]. До складу покриття з оксиду благородного металу може входити оксид металу основи, а електричний контакт провідника електропроводки з електродом здійснений за допомогою пружного елемента, розташованого в порожнині електрода, заповнюваної електроізоляційною герметизуючою речовиною. Полегшена трубчаста конструкція електрода краща для зручності монтажу і установки багатоелементного протяжного і глибинного заземлювачів, однак його застосування як елемента заземлювача ускладнене низькою електропровідністю металу основи, нестабільністю перехідного електричного опору механічних контактів при підвищених струмових навантаженнях, нерівномірністю поверхневого розподілу щільності анодного струму, що веде до підвищеного витрачання електроенергії і зниження економічності заземлювача. Крім того, виготовлення електрода вимагає використання дорогих матеріалів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення конструкції складеного електрода, яка дозволяє поліпшити електротехнічні, механічні і адгезійні характеристики електрода і понизити вартість використовуваних матеріалів. Це, в свою чергу, дозволяє підвищити надійність і економічність анодного заземлювача при тривалих термінах експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що в складеному електроді анодного заземлювача містить конструкційну трубчасту основу, пов'язану всередині електричним контактом з провідником струмопровідного кабелю, і робоче покриття з хімічно стійкого струмопровідного оксидного матеріалу, згідно з корисною моделлю, конструкційна трубчаста основа виконана у вигляді біметалевої труби, яка складається з внутрішньої сталевої труби з попередньо нанесеним по всій її довжині гальванічним покриттям з міді і зовнішньої циліндричної оболонки з титану або його сплаву, при цьому поверхня титанової оболонки з боку робочого покриття сформована рельєфною і піддана плазмохімічній активації, а робоче покриття складається з послідовно нанесених електролітичного і термохімічного шарів діоксиду марганцю, причому електролітичний шар містить у своєму складі співосаджений діоксид титану. Згідно з корисною моделлю, торці біметалевої труби завальцьовані, а рельєфна поверхня циліндричної титанової оболонки сформована механічною накаткою різьбових канавок. Згідно з косою моделлю, плазмохімічна активація поверхні зовнішньої циліндричної титанової оболонки проведена в газовому середовищі, що містить азот або його сполуки, або суміш сполук азоту і вуглецю. Згідно з корисною моделлю. електричний контакт з провідником струмопровідного кабелю здійснений за допомогою пайки. Внутрішня сталева труба як складова конструкційної основи електрода, будучи додатковим струмопровідним матеріалом, сприяє зниженню електричного опору, покращує механічні характеристики для формування рельєфною тонкостінної титанової оболонки, а також забезпечує контактну поверхню для електричного з'єднання з провідником кабелю за допомогою пайки. Прошарок міді забезпечує щільність і якість з'єднання суміщених труб, що досягається пресуванням за допомогою горизонтального трубопресового агрегату. 1 UA 106462 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Рельєфна поверхня титанової оболонки з боку робочого покриття дозволяє підвищити адгезійну міцність покриття. Плазмохімічна активація поверхні титану в газовому середовищі сполук азоту або суміші сполук азоту і вуглецю призводить до модифікування поверхні з утворенням нітридів або карбонітридів, що підвищують стійкість титану до пасивації. Робоче покриття з діоксиду марганцю виконано двошаровим. Електроосаджений шар γ діоксид марганцю, що містить у своєму складі діоксид титану, характеризується щільною кристалічною структурою, підвищеною механічною і адгезійною міцністю, стійкістю до помірних ударних впливів. Термохімічний шар діоксиду марганцю у складі покриття дозволяє знизити анодний потенціал працюючого електрода і за рахунок цього підвищити економічність процесу електрохімічного захисту. Електричний контакт всередині складеного електрода з провідником струмопровідного кабелю, здійснений шляхом пайки, підвищує надійність і зменшує перехідний опір електричного з'єднання в широкому діапазоні струмових навантажень. Корисна модель ілюструється кресленням, де показаний загальний вигляд складеного електрода анодного заземлювача в розрізі. Внутрішня сталева труба 1 з'єднана прошарком міді 2 з зовнішньою титановою оболонкою 3, при цьому торці трубчастої основи завальцьовані. На підготовленій рельєфної поверхні титанової оболонки 3 сформовано двошарове робоче покриття діоксиду марганцю 4, яке складається з прилеглого до оболонки електроосадженого шару γ-діоксиду марганцю, що містить у своєму складі діоксид титану, і поверхневого шару, отриманого термічним розкладанням сполуки двовалентного марганцю. В порожнині сталевої труби 1 за допомогою з'єднувального провідника 5 шляхом пайки здійснено електричний контакт 6 між провідником 7 струмопровідного кабелю 8 і поверхнею сталевої труби 1. Контакти 6 захищені ізоляційним герметиком 9. Збільшення провідності основи електрода 1 досягається за рахунок більшої сумарної площі перерізу і низької в порівнянні з титаном величини питомого омічного опору сталі. Додатковий вклад у збільшення провідності основи електрода 1 і рівномірності розподілу щільності струму на його поверхні вносить прошарок міді 2. Прошарок міді 2 являє собою пластичне гальванічне покриття, нанесене попередньо на поверхню сталевої труби 1, яка виконує роль твердого мастила. Так, при товщині мідного покриття 2 сталевої труби 25 мкм і діаметрі труби 25 мм 2 площа перерізу прошарку 2 становить ~ 2 мм , що можна порівняти з перерізом мідного провідника кабелю з струмовим навантаженням до ~ 20 А. Збільшення електропровідності основи 1 дозволяє обмежитися одиничним контактним з'єднанням в порожнині електрода відносно великої довжини 1,0-1,5 м, при цьому, на відміну від титану, контакт з поверхнею сталі може бути виконаний нероз'ємним за допомогою паяння твердим припоєм. Підвищення жорсткості основи за рахунок сталевої опорної складової 1 дозволяє сформувати рельєф тонкостінної титанової оболонки 3 шляхом механічної обробки - накаткою різьбових канавок, що дозволяє збільшити площу контактної поверхні з робочим покриттям 4 у 1,5-2 рази і, відповідно, підвищити адгезійну міцність покриття. Плазмохімічна активація поверхні титану 3 дозволяє уникнути застосування хімічної обробки її в агресивних і токсичних розчинах кислот, а присутність в газовому середовищі сполук азоту або суміші сполук азоту і вуглецю призводить до утворення нітридів або карбонітридів, що підвищує стійкість титану до пасивації. Як робочий матеріал покриття 4 використаний діоксид марганцю, який належить до найбільш хімічно стійких оксидних з'єднань неблагородних металів і характеризується провідністю n-типу, а також високою електрокаталітичною активністю. Особливістю корисної моделі є двошарова структура робочого покриття діоксиду марганцю, де прилеглий до основи шар являє собою електролітичний γ-діоксид марганцю, в якому міститься співосаджений діоксид титану, а поверхневий шар нанесений термічним розкладанням сполуки двовалентного марганцю. 3+ Співосадження діоксиду титану відбувається в результаті анодного окислення іонів Ті в 2+ умовах основної анодної реакції окислення іонів Мп , при цьому діоксид титану чинить специфічну, вирівнюючу дію на формування електролітичного шару, що сприяє заповненню матеріалом покриття мікро- і макронерівностей поверхні основи. Візуальною ознакою співосадження діоксиду титану є поява блиску і зниження мікрошорсткості покриття. Разом з тим, співосадження діоксиду титану веде до зниження каталітичної активності γдіоксиду марганцю, що проявляється у зростанні перенапруги анодної реакції: + 2Н2О - 4е → О2+4Н . Термохімічний шар діоксиду марганцю в складі покриття, отриманий розкладанням розчину або розплаву нітрату марганцю, характеризується мікропористою структурою і дозволяє знизити анодний потенціал працюючого електрода на 0,2-0,3 В. Крім того, при температурі 2 UA 106462 U 5 10 15 20 термохімічної реакції  180 °C в умовах формування поверхневого шару відбувається дегідратація і видалення абсорбованих домішок у складі раніше осадженого шару γ-діоксиду марганцю, в тому числі, в результаті розкладання в ньому домішок оксигидратів, яке сприяє ущільненню структури і зміцнення робочого матеріалу покриття. Випробування комбінованого двошарового покриття, нанесеного на підготовлену поверхню титану, проведені на зразках в електролітичній комірці в розчині 0,5 м H2SO4 при анодній густині 2 струму 100 А/м протягом 1000 год. показали стабільність напруги в межах 2,4-2,5 В. Стендові випробування в середовищі мінералізованої води з підвищеним вмістом хлоридів 2 протягом року при анодній щільності струму 50 А/м підтвердили стабільність анодного потенціалу електрода, незмінність стану і товщини робочого покриття. Витрата матеріалу -4 -5 робочого покриття склала ~ 10 -10 г/А/рік, що можна порівняти з витратою покриття з металів платинової групи або їх оксидних сполук. Експлуатація анодного заземлювача з електродами, виготовленими в результаті використання корисної моделі, демонструє стабільність електричного режиму при загальному струмовому навантаженні 25 А протягом усього терміну експлуатації, який складає до теперішнього часу більше 3 років. Таким чином, використання корисної моделі дозволяє удосконалити пристрій складеного електрода, в якому конструкційна трубчаста основа має підвищену електропровідність, рельєфну поверхню, а матеріал робочого покриття являє собою оксид недорогоцінного металу і характеризується механічною і адгезійною міцністю, анодною стійкістю та електрокаталітичною активністю. Все це дозволяє підвищити надійність і економічність анодного заземлювача при тривалих термінах експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Складений електрод анодного заземлювача, що містить конструкційну трубчасту основу, пов'язану всередині електричним контактом з провідником струмопровідного кабелю, і робоче покриття з хімічно стійкого струмопровідного оксидного матеріалу, який відрізняється тим, що конструкційна трубчаста основа виконана у вигляді біметалевої труби, яка складається з внутрішньої сталевої труби з попередньо нанесеним по всій її довжині гальванічним покриттям з міді і зовнішньої циліндричної оболонки з титану або його сплаву, при цьому поверхня зовнішньої циліндричної титанової оболонки з боку робочого покриття сформована рельєфною і піддана плазмохімічній активації, а робоче покриття складається з послідовно нанесених електролітичного і термохімічного шарів діоксиду марганцю, причому електролітичний шар містить у своєму складі співосаджений діоксид титану. 2. Електрод за п. 1, який відрізняється тим, що торці біметалевої труби завальцьовані, а рельєфна поверхня циліндричної титанової оболонки сформована механічною накаткою різьбових канавок. 3. Електрод за п. 1, який відрізняється тим, що плазмохімічна активація поверхні зовнішньої циліндричної титанової оболонки проведена в газовому середовищі, що містить азот або його сполуки, або суміш сполук азоту і вуглецю. 4. Електрод за п. 1, який відрізняється тим, що електричний контакт з провідником струмопровідного кабелю здійснений за допомогою пайки. 3 UA 106462 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4