130 лет в сварке: угольный электрод
На чтение 8 мин. Просмотров 5k. Опубликовано Обновлено
Угольный электрод – вещь сугубо специализированная. Он не может похвастаться повсеместной популярностью и востребованностью среди мастеров сварочного дела, как, например, с металлическими стержнями.
Но в некоторых случаях без угольного расходника не обойтись. Давайте разбираться, в чем его фишки, как он устроен, и для чего применяется угольный электрод.
Внутреннее устройство угольного электрода
Это расходники чаще с круглым сечением, диаметр которого может быть самым разным – от 5-ти до 25 мм. Длина угольников также разнообразна: от 25-ти до 300 мм. Виды с самой большой длиной используются для сварки в труднодоступных местах.
По форме они выпускаются в нескольких вариантах: с круглым, полукруглым, прямоугольной и полой формой сечения. Чаще применяются круглые и полукруглые расходники – с ними отвечает всем требованиям технических стандартов.
У прямоугольных стержней свои задачи: они отлично справляются с ремонтом самого разного рода дефектов стальных поверхностей. Что касается полых расходников, то их фишка – способность формировать в месте сварочного шва канавку в виде буквы U.
[box type=”fact”]Выполнены эти электроды из довольно сложной смеси кокса и угля с различными добавками вяжущего характера типа смолы и специальных элементов типа металлического порошка или стружки для усиления состава.[/box]Технология производства включает в себя отдельные этапы. Сначала формируется смесь, затем из нее формируются стержни. Третьим самым важным технологическим этапом является специальная термическая обработка вновь сформированных стержней. Именно от термического этапа производства зависит качество расходников.
Иногда путают две разновидности специализированных стержней: угольные и графитовые электроды. Путать их не нужно, это разные расходники как по своему составу, так и по сфере применения.
Есть еще один вид угольных электродов – так называемые омедненные. Это стержни, покрытые медным напылением. Это делает их более прочными при сохранении всех остальных характеристик в том же виде.
Где применяются?
Главная отличительная особенность угольных расходников – их универсальность. Область применения – разнообразнейшая: от резки металлов до наплавки и . Заготовки могут быть какой угодно формы, сортамент соединяемых деталей намного шире, чем у электродов с металлическими стержнями.
Природа металлов также допускается практически любая:
Сталь
Могут быть сплавы любого направления: нержавеющая сталь, сплавы с низким содержанием углерода, низколегированные или высоколегированнее марки и т.д.
Чугун и бронза
Вполне по силам угольному электроду. Здесь есть технический нюанс: его конец нужно заточить под углом 65°.
Цветные металлы
Здесь тоже нужна заточка кончика расходника, угол в данном случае 30°. Понимающие и опытные сварщики предпочитают для сварки капризных цветных металлов угольные модели, а не традиционную пайку. Делается это из-за более высокого качества соединения – его прочности прежде всего.
Дополнительным преимуществом является экономия времени: сварка угольным электродом требует намного меньше, чем на манипуляции паяльником и припоем с кислотой.
Угольный электрод чаще применятся в промышленных сварочных работах на автоматическом оборудовании. Особенность – редкое подключение переменного тока. Дело в том, что дуга в данном случае весьма неустойчива, причем ее трудно нивелировать.
[box type=”info”]Если процесс идет на промышленном производстве, там применяются специальные соленоиды мощного калибра для формирования магнитного поля для компенсации. Если же сварка ручная, соленоиды применить невозможно.[/box]Главный источник питания – постоянный ток с подключением прямой полярности, когда плюсовой полюс приходится на заготовке, а минусовой – на угольном стержне. Сила тока нужна не бог весть какая, чтобы сформировать дугу длиной, к примеру, в пять сантиметров, вполне хватит 5 А.
Сварка с помощью угольного электрода.Если же полярность подключена неправильно – по обратному типу, электрод сразу же целиком перегреется – по всей длине, в результате чего угольная масса выгорает и снижается качество сварочного процесса.
Значительным преимуществом угольных расходников – отсутствие весьма неприятного явления в сварке – прилипания стержня к свариваемой поверхности заготовки. Это происходит благодаря низкой скорости выгорания массы расходника.
Прилипание не происходит даже при нарушениях технологии сварки, что при других методах мгновенно приводит к этой беде. Поэтому угольные электроды являются любимым методом в начальных стадиях обучения сварочному делу.
Научившись работе с данными электродами, можно приступить к методам сварки посложнее, чтобы освоить навыки избегания прилипания электродов.
Как варить угольными электродами: особенности
Прежде всего нужно знать и помнить, что они относятся к неплавким расходникам. Это означает, что по ходу процесса они выполняют роль лишь электрического проводника, но не принимают участия в формировании сварочной ванны в отличие от своих металлических собратьев.
В это трудно поверить, но даже уголь может кипеть. Делает он это при температуре 4200°С, но перед кипением он плавится – также при заоблачных температурах. По ходу сварочных работ угольные стержни разогреваются, но не плавятся и, теме более, не кипят: температура обычной сварки для просто детская.
Здесь уже упоминалось, что при данном способе можно использовать лишь постоянный ток прямой полярности без каких-либо вариантов.
Варка проходит с помощью присадочных материалов двумя способами:
- справа налево, где в общем расположении деталей впереди всегда находится присадка;
- слева направо с присадкой, которая идет по след электрода.
Угольные электроды в домашних мастерских
Схема сварки медной проволоки.Для работы с ними кустарным образом вполне подойдет традиционный электродуговой сварочный аппарат. Одна из преимущественных сторон – очень скромная сила тока для создания электрической дуги благодаря низкой теплопроводности: вполне хватает 3 – 5 А.
Электрическая угольная может быть протянута на длину до 50-ти мм, ее очень легко и комфортно вести вдоль будущего шва из-за медленного испарения электрода во время сварки и отсутствия эффекта прилипания.
Учиться сварке с угольными электродами на примерах соединения проводов, металлических заготовок с тонкими краями и т.д. – чудесная возможность освоить все навыки быстро и эффективно.
Важный совет: заниматься этим видом сварки нужно только в закрытых помещениях. Дело в том, что дуга в таких технологиях может потухнуть при малейшем дуновении ветра, не говоря уж о газовых потоках, магнитных полях и других факторах внешней среды.
Лучше всего заточить электрод с обоих концов: в этом случае не нужно будет тратить лишнего времени не перестановку расходника в держателе. Кроме того, снизится риск перегрева расходника при сварке.
А с заточенными концами держатель может разворачиваться на 180° при перегреве одного конца, чтобы продолжать работу другим концом. Это позволит в том числе сэкономить на расходных материалах.
[box type=”fact”]Иногда применяют неплавящиеся угольные электроды для сварки шин из меди в трансформаторах на подстанциях. Варят и медные провода, но это главным образом в мелких мастерских кустарного характера.[/box]В качестве присадочных материалов самым лучшим вариантом являются прутки из бронзового сплава. Они бывают с разными диаметрами, которые нужно подбирать, исходя из толщины соединяемых металлических заготовок, которая используется в расчетах по специальной формуле.
Еще одним видом работ, в которых используются угольники, является резка металлов.
Сварка угольными электродами алюминия
Алюминий и его сплавы – одни из самых сложных и капризных металлов для сварочных работ. Угольникам алюминий по силам.
У данного металла низкая плотность в сочетании с высокой теплопроводностью и стойкостью к коррозийным явлениям. Плавится алюминий при низкий температурах – всего 660°С. Трудностью является его интенсивное взаимодействие с кислородом, в результате чего заготовки покрываются оксидной пленкой в виде окиси алюминия.
Если к «оксидной» проблеме добавить высокий риск образования пор и трещин в сварочном шве, то сложится полный комплект «алюминиевых» сварочных проблем. Угольные расходники могут справиться с этим комплектом неприятностей.
Именно поэтому данные электроды имеют широкое применение в специализированных цехах электролиза для сварки алюминиевых шин. Чаще применяют швы встык на подкладке из графита.
Если соединяются две алюминиевые поверхности, лучше использовать угольную электродуговую сварку с использованием присадочной проволоки или прутка тоже из алюминия.
Что же касается неприятности в виде оксидной пленки, то с ней без проблем справляются флюсовые смеси, которые добавляются прямо на кромки сварочного шва. в данном случае – однородная мелкодисперсная смесь.
Угольные электроды для сварки — применение и особенности
Угольные электроды для сварки относятся к неметаллическим неплавким электродам. Они почти не расходуются во время работы и не требуют частой замены, что очень удобно. Данный вид расходников не очень распространен и используется преимущественно в промышленности. Встретить их в частном хозяйстве практически невозможно.
Содержание статьи:
Применение угольных электродов
Этот тип электродов используется для создания отверстий в стальных заготовках. Ими выполняется строжка и резка металла, а также сварка медных проводов. Угольные стержни часто применяются в сталелитейной промышленности, судостроении и других подобных сферах.
Очень часто их можно встретить в работах по горячей сварке чугуна и при сварке тонких изделий. При помощи угольных электродов устраняются дефекты литья, что гораздо выгоднее, чем отливать лист металла заново. Стержни применяются для наплавки твердых составов и сварки цветных металлов.
Особенности сварки
Для работы такими электродами требуется постоянный ток прямой полярности. При сварке обратной полярностью дуга горит нестабильно и происходит науглероживание металла шва, что отрицательно сказывается на его параметрах. Содержание углерода может повышаться вплоть до 1%.
Во время работы нужно учитывать такие особенности:
- Дуга, возникающая при сварке данными стержнями является очень чувствительной к магнитному дутью, газам и ветру.
- Производительность угольных электродов ниже, чем у обычных металлических плавящихся стержней.
Изделия такого типа применяются также при дуговой пайке. Она может быть прямой (когда дуга образуется между электродом и деталью) или косвенной, с использованием дуги, образованной между двумя электродами.
Омедненные электроды круглого сечения предназначены для резки, строжки и снятия фасок. Стержни с прямоугольным сечением применяются для выравнивания дефектов и зачистки поверхностей.
Разновидности угольных электродов
Среди угольных электродов представленных на рынке, можно найти несколько разновидностей:
- Круглые стержни с добавлением меди. Применяются в разных сферах и могут иметь диаметр от 3,2 до 19 мм.
- Бесконечные омедненные. Очень экономичные изделия, которыми можно работать в течение долгого времени. Для них нужна специальная машинка. Диаметр 8 — 25 мм.
- Омедненные плоские. Имеют квадратное или прямоугольное сечение диаметром до 25 мм.
- Полукруглые с добавлением меди. Эти стержни применяются чаще всего. С одной стороны они плоские, с другой круглые. Это позволяет использовать их для любых задач. Диаметр может быть от 10 до 19 мм.
- Полые омедненные. Применяются для стружки и создания U-канавок. Их диаметр может варьироваться от 5 до 13 мм.
Состав и технические характеристики
Основным компонентом угольных стержней является угольный кокс. Помимо него, в составе есть металлический порошок, придающий электроду прочность и смола, соединяющая все компоненты. Диаметр таких электродов может быть различным — от 1,5 мм до 300 мм.
Помимо размеров и сечения, угольные электроды имеют и другие параметры:
- Сила тока, которая подается на электрод. Она зависит от материала и оборудования, с которым вы работаете.
- Формы и размеры канавок. Они зависят от конца стержня и его размеров. Самыми популярными являются большие электроды, которыми можно работать с массивными деталями.
- Толщина среза зависит от мощности тока. Но здесь нужно внимательно следить за тем, чтобы изделие выдержало и не проплавилось.
Маркировка и обозначения
По большей части в маркировке угольных электродов можно встретить только буквенные шифры. Цифры в названиях моделей означают диаметр и длину стержня.
- буква “С” — означает что электрод сварочный;
- “К” — круглое сечение;
- “ВД” — воздушно-дуговая сварка;
Наиболее популярные марки
На рынке можно встретить 2 основные разновидности угольных электродов. Это СК и ВДК. Они соответственно предназначены для обычной и воздушно-дуговой сварки.
На российском рынке чаще всего встречаются электроды Arcair от Esab. Ими выполняются такие работы:
- устранение дефектов;
- ремонт изделий и конструкций;
- удаление швов;
- подготовительные работы;
- удаление лишнего материала;
- обрезка лишней арматуры и фрагментов изделий.
На этом видео можно увидеть, как выполняется воздушно-дуговая сварка:
Заключение
Угольные электроды применяются в промышленном производстве при работе с особыми конструкциями и изделиями. Они отличаются высокой экономичностью и малым расходом. В большинстве случаев их используют вместе со специальным сварочным оборудованием, с которым они показывают наибольшую эффективность.
Угольный электрод. Его отличительные особенности
Как показывает статистика и отзывы пользователей, на сегодняшний день более широким спросом пользуются электроды со стальным плавящимся стержнем. Однако, в отдельных случаях, для сварки просто необходим угольный электрод. При помощи такого стержня можно выполнять сварку, резку, плавку. О том, что такое угольные электроды и в чем их преимущества вы узнаете из этой статьи.
Содержание статьи
Свойства и предназначение
Сварочный угольный электрод — это такой стержень, ключевым компонентом которого является уголь (кокс). Помимо этого в его состав входят некоторые добавки, среди которых: смола, выступает объединяющим звеном, металлический порошок – придает изделию прочность. Габариты такого электрода по диаметру находятся в промежутке от 1,5 до 25 мм, а по длине – от 25 до 300 мм. Изготавливаются изделия очень легко: изначально создается состав из всех компонентов, затем происходит процесс формовки, и заключительный этап – сушка.
Нужно сказать, что применение описываемых изделий нашло себя во многих строительных работах.
Чаще всего применяется угольный электрод для сварки металлов, для выполнения воздушной духовой резки металлов и иных действий.
Специалисты, выполняющие сварку на профессиональном уровне, отмечают, что описываемые стержни могут применяться для работы не только с медью, но и с некоторыми другими изделиями:
- сталь разных сортов, сюда входит и нержавейка, низколегированная, в которой содержится небольшое количество углерода,
- тяжелые и легкие сплавы, например бронза, чугун. Но в случае выполнения работ с этими материалами, необходимо заточить окончание электрода под углом 65 градусов,
- всевозможные цветные металлы. Кстати следует знать, что здесь можно получить достаточно качественное и надежное соединение, чего нельзя достичь методом обычной пайки. И сам процесс работы по времени будет менее продолжительным.
Разновидности угольных электродов
Для повышения прочности расходных материалов, в процессе их изготовления начали применять технологию напыления на электроды медного порошка. Другой способ – электролитический. Он подразумевает собой помещение в ванну с электролитом и самого стержня и медного порошка. Под воздействием электрического поля медь оседает на плоскости расходника. Исходом данной процедуры является образование омедненного угольного электрода.
В настоящее время, электрод угольный омедненный выпускается в пяти основных модификациях, которые различаются между собой по форме сечения:
- круглые, у таких изделий диаметр стержня равен 3,2-19 мм;
- круглые бесконечные, за этим видом наименование закрепилось благодаря его экономичности. То есть в процессе сварки его расход минимальный, если сравнивать его с другими существующими разновидностями;
- плоские, здесь сечение стержней выполнено в прямоугольной форме (в редких случаях в квадратной), размер равен 8-25 мм. Чаще всего применяются для заделки дефектов на поверхностях отливок из стали;
- полукруглые, у данных изделий сечение составляет – 10-19 мм. В настоящее время они считаются самыми распространенными и пользуются наибольшим спросом. Посредством полукруглых электродов можно решить любые проблемы, которые касаются резки металлических заготовок. В процессе сварки вы получите шов, который приобретет нужную форму;
- полые, применяются нечасто. Характерная черта – используя данный вид электродов можно сформировать U-образную канаву. Диаметр стержня составляет 5-13 мм.
На заметку! Некоторые пользователи отмечают, что когда не было возможности приобрести угольный электрод, а сварку нужно было производить срочно, использовали угли из батарейки.
Однако, такая процедура скорее всего не обвенчается успехом. Если ваша цель — получение качественного и прочного шва, то лучше купить готовое изделие.
Режим сварки
Угольный электрод для сварки входит в категорию неплавких электродов, что и отличает его от других металлических стержней. Таким образом, осуществляя сварочные работы с таким изделием, можно применять исключительно постоянный ток прямой полярности. Это означает, что минус подсоединяется к электроду, а плюс к заготовке из металла.
В определенных ситуациях для сварки необходимо использовать присадочный элемент. Например, при отбортовке тонких металлических заготовок. Такая процедура будет более выгодной и простой. На рынке представлен большой выбор присадок, которые используются при таком виде сварки. Например, если вы работаете с медью, лучше отдать предпочтение бронзовому присадочному материалу.
Также следует обращать внимание на параметры сечения присадочной проволоки или пластины. Если оно больше, то существует риск того, что шов не проварится. При недостаточном сечении – наоборот можно его пережечь.
Совет! Выбирая для сварки электроды угольные омедненные, выбирайте присадочный материал, опираясь на толщину соединяемых заготовок.
Принцип сварки
Выделяется два метода сварки в процессе работы с угольным электродом:
- правый, он подразумевает собой перемещение электрода справа налево, а присадка идет сразу за ним$
- левый, в такой ситуации стержень движется слева направо, а присадка – перед ним.
Правая сварка считается более действенной, в плане применения тепловой энергии в участке сварки. Таким способом удобнее производить сварку деталей большой толщины. Да и скорость самого процесса выше примерно на 20-30%. Однако на практике сварщики отдают большее предпочтение левой технологии.
Подводя итог следует сказать, что чаще всего угольные электроды применяются для сварки медных проводов, в домашних условиях они нашли свое применение в резке металлов.
[Всего: 2 Средний: 1.5/5]Сварка угольным электродом
Угольные электроды для сварки применяются реже, чем аналоговые со стальным плавящимся стержнем. Но они в некоторых ситуациях просто незаменимы. К тому же с помощью угольного электрода можно проводить большой спектр работ: сварка, резка, плавка. Плюс им обрабатываются практически все виды современных металлов, от тугоплавких и тяжелых, до легких и пористых. Но вначале необходимо разобраться, что собой представляет угольный электрод.
Это стержень, в основе которого лежит уголь (кокс), плюс несколько добавок: в качестве связующего применяется смола, в качестве упрочняющего элемента металлический порошок. Размеры угольного электрода варьируются по диаметру от 1,5 до 25 мм, по длине от 25 до 300 мм. Процесс производства очень прост: изготовление смеси компонентов, формовка и сушка. Может возникнуть вопрос, почему такой большой разброс длины. Все дело в различных проблемах, которые решаются угольными электродами. К примеру, если свариваемые детали расположены в неудобном месте, то применение длинного стержня решает возникшую проблему.
Виды угольных электродов
Сегодня производители предлагают пять видов, которые отличаются друг от друга формой сечения.
- Круглые. Применение неограниченно. Диаметр стержня – 3,2-19 мм.
- Круглые бесконечные. Свое название получили за самый малый расход, то есть, это самые экономичные сварочные электроды этой категории. Диаметр – 8-25 мм. Обычно для проведения сварки применяется специальная машинка.
- Плоские. Сечение стержней прямоугольное (иногда квадратное) размером 8-25 мм. В основном используются для заделки дефектов на поверхностях стальных отливок.
- Полукруглые. Сечение – 10-19 мм. На сегодняшний день это самые востребованные электроды, с помощью которых можно решить любые проблемы, связанные с резкой металлических заготовок. При сварке шов получается необходимой формы. При формировании кромок им равных нет.
- Полые. Редко используются. Отличительная черта – с их помощью можно сформировать U-образную канавку. Диаметр стержня: 5-13 мм.
Чтобы увеличить прочностные характеристики расходников, в технологии их производства стал использоваться метод напыления на электроды медного порошка. Второй метод – электролитический. Это, когда в ванну с электролитов помещают и сам стержень, и медный порошок. Здесь под действием электрического поля медь оседает на плоскости расходника. То есть, получился подвид, который называется – электроды угольные омедненные. По типу разделения он точно такой же, как и обычные угольные электроды.
Режим сварки
Электрод угольного типа относится к категории неплавких элементов. Это и есть его основное отличие от основной категории металлических сварных стержней. Поэтому при сварке с его помощью используется только постоянный ток прямой полярности. То есть, минус присоединяется к электроду, плюс к металлической заготовке.
Получается так, что для сварки металлов с помощью угольного электрода потребуется присадочный элемент. Правда, не всегда. К примеру, по отбортовке тонких металлических заготовок или при некоторых вариантах сварки угловых стыков. Это и выгоднее, и удобнее. Необходимо добавить, что производительность сварочных работ при соединении листов толщиною 1-3 мм с использованием угольных электродов без применения присадочного материала в разы выше, чем при сварке обычными неугольными электродами.
Но тут есть один момент. При сварке две заготовки соединяются между собой путем расплавления самого металла. И такой шов очень прочным назвать нельзя. Поэтому данный вид сваривания лучше всего использовать для сборки неответственных конструкций.
Существует достаточно большая линейка присадочных материалов, которая применяется в этом виде сварки. Все будет зависеть от марки свариваемого металла. К примеру, для сварки меди лучше всего использовать бронзовый присадочный материал.
Очень важен и показатель сечения присадочной проволоки или пластины. Если оно будет большое, то есть вероятность, что сварочный шов будет не проварен, при небольшом сечении может произойти пережог. Поэтому выбор сечение производится в соответствии с толщиною соединяемых заготовок. Вот некоторые соотношения:
| Толщина свариваемых заготовок, мм | Диаметр присадочного прутка, мм |
| 1,5 | 1,5 |
| 1,5-2,5 | 2 |
| 2,5-4 | 3 |
| 4-8 | 5 |
| 8-15 | 8 |
| Больше 15 | 10 |
Конечно, качество шва будет зависеть от того, какой силой тока производится сварка угольным стержнем. Зависимость в нижней таблице.
| Толщина свариваемых заготовок, мм | Сварочный ток, А |
| 2 | 160-200 |
| 3 | 210-260 |
| 4 | 240-280 |
| 5 | 260-300 |
| 6 | 300-350 |
| 7 | 300-360 |
Сварочный режим также зависит и от диаметра используемого электрода. Зависимость в таблице ниже.
| Толщина свариваемых заготовок, мм | Диаметр угольного электрода, мм |
| 2-5 | 15 |
| 5-10 | 18 |
| 10-15 | 25 |
Особенности сварки
Существует два вида сварки.
- Правый. Это когда электрод перемещается слева направо, а присадка за ним следом.
- Левый. Стержень движется справа налево, а присадка перед ним.
Самое удивительное, что правая сварка угольным стержнем эффективнее в плане использования тепловой энергии в зоне сварки. При этом удобнее варить детали большой толщины. Да и скорость процесса больше на 20-25%. Но на практике чаще всего применяется именно левая технология.
И другие особенности.
- Электрическая дуга очень чувствительна к различным внешним воздействиям: к ветру, к потокам разных газов, к магнитному влиянию и так далее. Поэтому сварку угольными электродами нужно проводить в закрытых помещениях.
- КПД этого вида сварки ниже, чем у процессов, где используются металлические плавящиеся электроды.
- Плавку угольными стержнями провести невозможно, потому что температура плавления и температура их кипения практически одинаковы: Тпл=3800С, Ткип=4200С.
Использование угольных электродов для сварки медных проводов – один из основных вариантов применения. Особенно ими производится соединение электрических медных шин в трансформаторных подстанциях. Как показала практика, другие способы малоэффективны. В домашних же мастерских угольные электроды используются в основном для резки металлов. То есть, это происходит чаще, чем сваривание. Все дело в условии и возможностях мастерской.
Поделись с друзьями
0
0
0
0
Угольные электроды: сфера применения и характеристики
Угольный электрод отличается от других видов таких расходных материалов особенностью своего строения и сферой применения.
Строение угольного электрода
Наиболее частая форма сечения угольных электродов — круглая, с диаметрами от 5 до 25 миллиметров. Длина в зависимости от диаметра находится в диапазоне от 25 до 300 миллиметров. Электроды с самой большой длиной удобно применять при работе в труднодоступных местах. Помимо круглого сечения угольный электрод для сварки может иметь полукруглое, квадратное или прямоугольное сечение. Также имеются электроды с полым сечением, задачей которых является формирование в месте шва канавки, имеющей форму буквы «U».
Электроды с круглым сечением являются универсальными. Расходники полукруглые применяют, когда требуется разрезать заготовки на отдельные части. Квадратные и прямоугольные электроды используются для исправления дефектов.
Материалом для изготовления электродов угольного типа служит достаточно сложная смесь, состоящая в основном из кокса и угля. В нее входят различные добавки, обладающие вязкостью, например, смола, а также для усиления металлический порошок или мелкая стружка.
Технологический процесс изготовления угольных электродов состоит из трех этапов:
- формирование смеси;
- изготовление электродов;
- термическая обработка.
Угольные электроды нельзя путать с графитовыми, отличающимися от них по своему составу. Разновидностью являются электроды угольные омедненные. Омедненный электрод представляет собой стержень, покрытый снаружи напылением из меди.
Все характеристики такого электрода сохраняются, но к ним прибавляется повышенная прочность. Медное покрытие имеет следующие функции:
- увеличение скорости процесса;
- поддержка стабильности горения дуги;
- придание электроду стойкости к внешним воздействиям;
- защита мягкого угля от механических повреждений.
Основное отличие угольных электродов от обычных заключается в том, что они не плавятся. Соответственно не требуется их частая замена.
Сфера применения
Угольные электроды находят применение при производстве следующих работ:
- Сварка.
- Наплавка.
- Удаление дефектов на поверхности.
- Резка.
- Строжка.
Работа с угольными электродами возможна при обработке практически всех видов материалов: сталь, чугун, бронза, цветные металлы. По сравнению с обычными электродами, имеющими металлический стержень, сфера применения является более широкой. Преимуществом является уменьшение времени процесса сварки.
При работе с чугуном и бронзой следует затачивать конец электрода под углом 65 градусов, а при работе с цветными металлами — 30 градусов. Электроды угольные сварочные работают при постоянном токе. Полярность при этом следует устанавливать прямую, чтобы избежать перегревания электрода. В домашних условиях можно использовать угольный электрод, извлеченный из батарейки. Это находит применение при небольших работах с тонкостенными конструкциями.
Наиболее часто угольные электроды применяют при резке воздушно-дуговым способом. Она заключается в том, что расплавленный металл подвергается воздействию потока сжатого воздуха. Электрод при этом зажимают в специальном держателе. При этом процессе происходит большой выброс расплавленного металла, поэтому не следует забывать принимать меры предосторожности и безопасности.
Работа с угольными электродами
Сварочный процесс с применением угольных электродов имеет два варианта:
- правосторонний;
- левосторонний.
При первом варианте движение электрода происходит справа налево, а при втором наоборот. В обоих случаях присадка движется вслед за стержнем. Правосторонний способ целесообразно использовать при сварке толстых деталей, а для тонкостенных использовать левосторонний. Диаметр угольных электродов следует выбирать в зависимости от силы тока.
Особым видом работ этими электродами является строжка. Этот процесс является разновидностью резки металлов. При этом деталь не прорезается насквозь, а снимается только его часть. Строжка применяется в тех случаях, когда возникает необходимость удалить дефекты, возникшие внутри шва. Металл при этом снимается не полностью на всю толщину изделия, а только до места, где имеется дефект шва. Также этот способ может применяться для создания канавок.
Металл может удаляться не сразу весь, а отдельными полосами. Строжка позволяет добраться до дефекта, расположенного не на поверхности, в глубине шва. Дуга зажигается между электродом и деталью, металл начинает плавиться, а сжатый воздух выдувает расплавленный металл из сварочной ванны. Методом строжки можно осуществлять зачистку корней швов, удаление старых швов, срезание неровностей и выступов на поверхности металлов, удаление вкраплений и окалины.
Интересное видео
Угольные электроды
Угольные электроды изготавливаются из аморфного электротехнического угля в форме круглого сечения стержней длиной 250…700мм, диаметром 6…18мм с черной гладкой поверхностью. Конец электрода затачивается под углом 60…70 градусов, а для сваривания цветных металлов – под углом 20…40 градусов.
Блок: 1/2 | Кол-во символов: 291
Источник: https://WeldElec.com/ugolnye/
Общие сведения
Что собой представляет такой сварочный электрод? Это стержень, основной его компонент — коксовый уголь. В его классический состав также включены и другие материалы.
Например, металлический порошок, который делает заготовку прочной, смола — объединяющий компонент. Диаметр его (в зависимости от типа) 1,5-25 мм, а длина – 25 — 300 мм.
Изготовление угольного изделия делится на три этапа: на первом этапе создается «смесь» из всех материалов, затем смеси придают форму, а в конце производства стержни проходят сушку.
Блок: 2/6 | Кол-во символов: 531
Источник: https://prosvarku.info/elektrody/ugolnyj-ehlektrod
Назначение угольных электродов
Угольные электроды, в основном, используются для заделки дефектов в поковках, литых заготовках и металлопрокате, снятия излишков металла с поверхности сварочных швов и массивных заготовок, а также при сварке отдельных видов металлов и их сплавов. Обычно их применяют при таких видах работ, как:
- устранение приливов, раковин и прочих дефектов;
- строжка корней сварочных швов;
- срезание прихваток и старой сварки;
- прожигание отверстий;
- срезание заклепок;
- сварка металлических заготовок с тонкими краями;
- сваривание цветных металлов;
- сварочное соединение жил и шин при электротехнических работах.
При срезании лишнего металла обычно применяют метод строжки — выдувание кипящего металла из сварочной ванны узконаправленным потоком сжатого воздуха (см. далее). Таким способом вычищаются каверны в литых заготовках и поковках, а также снимается дефектный слой металла со сварных швов.
Применение этих изделий для сварки цветных металлов, в основном, ограничено чугуном, медью и ее сплавами (см. таблицу).
| № | Материал детали | Материал присадочных прутков | Флюс | Доп. условия |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Медь | Оловянно-фосфористая бронза, кремнистая латунь и медь (М1 или МСр1). | Бура с добавками древесного угля, гидрофосфата натрия и кремниевой кислоты. | — |
| 2 | Бронза | Тот же, что и основное изделие. | Для оловянистых бронз — бура, для алюминиевых бронз — хлориды и фториды. | Перед сваркой прогреть до 250÷350 °C. |
| 3 | Латунь | Тот же, что и основное изделие. | — | Погружение конца угольного стержня в расплавленный металл, чтобы дуга была полностью окружена парами цинка. |
| 4 | Чугун | Чугунные прутки марок А и Б. | На основе буры. | — |
Сварка угольными электродами листового проката обычно производится без использования присадочных прутков, путем расплавления металла кромок заготовки. При этом толщина свариваемых листов обычно составляет 1÷2 мм, а их края соединяются или встык с отбортовкой (подогнутыми кромками) или внахлест.
Блок: 2/6 | Кол-во символов: 1863
Источник: https://WikiMetall.ru/oborudovanie/grafitovyie-elektrodyi.html
Применение угольных электродов
Дуговая электросварка с применением угольных электродов в нашей промышленности применяется, главным образом, для горячей сварки чугуна, для сваривания тонкостенных изделий с отбортовкой, исправления дефектов стального литья, а также для наплавки твердых сплавов и сваривания цветных металлов. Угольные электроды с успехом могут применяться для сваривания тонколистового металла.
Сварка угольным электродом требует использования постоянного напряжения при прямой полярности (на электроде – минус). При сварке с обратной полярностью наблюдается неустойчивое горение дуги. Обратная полярность, кроме того, способствует науглероживанию основного металла. Содержание углерода, при этом, в основном металле при сваривании малоуглеродистой стали может увеличиться на 0,6-1,0 процента. Обратная полярность применяется при воздушно дуговой резке.
Процесс сварки угольными электродами обладает некоторыми особенностями:
- сварка возможна только на прямой полярности (на электроде минус), а при обратной полярности дуга горит неустойчиво, шов формируется плохо, происходит науглероживание наплавленного металла, сильно греется электрод на большой длине и увеличивается его испарение;
- дуга чувствительна в процессе сварки к различным внешним воздействиям: магнитному дутью, потокам газов, ветру;
- коэффициент полезного действия (КПД) дуги ниже при сварке угольным электродом, чем при сварке плавящимся металлическим электродом.
Угольные электроды применяются также при дуговой пайке. Пайка угольными электродами осуществляют дугой прямого действия, которая горит между электродом и деталями. Иногда используется дуга косвенного действия, которая горит между двумя угольными электродами.
Угольные электроды омедненные круглого сечения используются преимущественно для резки, строжки канавок, снятия фасок. Электроды прямоугольного сечения применяются для устранения дефектов поверхности на стальных отливках и для очистки поверхности.
Блок: 2/2 | Кол-во символов: 1951
Источник: https://WeldElec.com/ugolnye/
С чем можно работать?
- Сталь. Причем самая разная – нержавейка, низколегированные сорта, малоуглеродистые и так далее.
- Тяжелые и легкие сплавы (к примеру, чугун, бронза). Для такой работы конец электрода затачивается на 65º.
- Цветные металлы. Профессионалы при скреплении медных проводников сварку угольными электродами (с углом заточки 30º) предпочитают традиционной пайке. Такая технология однозначно позволяет добиться большей прочности соединения. А если учесть, что времени понадобится значительно меньше, чем при работе паяльником, припоем и кислотой, то преимущество налицо.
На рисунке показаны возможные типы соединений.
Особенность сварки угольными электродами состоит в том, что источник переменного тока подключается крайне редко. В основном, в промышленных сварочных установках-автоматах. Главная причина – неустойчивость дуги, которую нивелировать довольно сложно. На производстве для этого используются мощные соленоиды, создающие компенсирующее магнитное поле. При сварке ручной частично стабилизировать дугу можно нанесением вдоль линии реза специальных флюсов или паст.
При работе угольными электродами основным источником питания служит аппарат постоянного тока, причем способ подключения – прямая полярность («+» – на образце, «–» – на стержне). Достаточно 4±1 А, чтобы получить устойчивую электрическую дугу длиной до 5 см.
А вот полярность обратная (при неправильном подключении) приводит к тому, что температура электрода резко повышается, причем по всей его длине, происходит интенсивное выгорание угольной массы, снижается качество работы. Последнее объясняется тем, что изначально заточенный кончик стержня притупляется. Кроме того, длина дуги ограничена (не более 1,2 см), начинает «играть», а в металле образца повышается концентрация углерода.
Существенный плюс угольных электродов в том, что выгорание массы вещества (при прямом включении) происходит медленно, и стержень практически не прилипает к обрабатываемой поверхности даже при нарушении правил резки (сварки). Именно поэтому они рекомендуются к использованию как в процессе начального обучения, так и приобретения профессиональных навыков. Освоив все тонкости работы с ними, можно легко перейти на иные технологии.
Как правило, при возможности выбора методики сварка угольными стержнями ведется, если по местным условиям работать нужно лишь одной рукой, то есть без подачи в рабочую зону присадочной проволоки. Если производится сварка образцов толщиной не более 3 мм, то скорость работы резко повышается. Эта особенность технологии и учитывается при определении оптимального способа соединения заготовок в каждом конкретном случае.
Блок: 2/2 | Кол-во символов: 2631
Источник: https://ismith.ru/welding-equip/ugolnye-elektrody-dlya-svarki/
Устройство и характеристики
Угольные электроды — это стержни круглого или прямоугольного сечения, изготовленные из электротехнического угля, который представляет собой смесь углерода (в виде кокса или антрацита), сажи и связующих веществ (каменноугольная смола или жидкое стекло). Круглые изготавливают методом экструзии и поставляются потребителям в виде стержней диаметром от 4 до 18 мм и длиной 250÷700 мм, а прямоугольные — методом прессования в формах. Помимо типоразмеров ГОСТ также применяются специальные стержни увеличенной толщины (15х15, 20х20 и т. п.), изготовленные по ТУ.
Угольные электроды намного дешевле и прочнее графитовых. Но удельное сопротивление электротехнического угля в несколько раз выше, чем у графита. Поэтому для улучшения электротехнических характеристик угольных стержней их поверхность покрывают медью.
В качестве примера в таблице приведены основные параметры круглых омедненных угольных электродов марки ВДК длиной 305 мм.
| Диаметр (мм) | Рабочий ток (А) | Удаление металла (г/см) | Канавка (ширина/глубина) (мм) | Толщина реза (мм) |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 150÷200 | 10 | 6÷8/3÷4 | 7 |
| 6 | 300÷350 | 18 | 9÷11/4÷6 | 9 |
| 8 | 400÷500 | 33 | 1÷13/6÷9 | 11 |
| 10 | 500÷550 | 49 | 13÷15/8÷12 | 13 |
Обязательное условие применения этих изделий — выполнение работ только на прямой полярности. При обратном включении дуга очень неустойчива, качество шва из-за науглероживания металла получается низким, рабочая температура угольного стержня гораздо выше, что увеличивает скорость его испарения.
Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1423
Источник: https://WikiMetall.ru/oborudovanie/grafitovyie-elektrodyi.html
Омедненные угольные электроды
Предназначение и использование омедненных угольных вариантов этих изделий обширно, и поэтому сами они и пользуются стабильно высоким спросом.
Сваривание проводов является наиболее эффективным и надежным способом их соединения. Однако, говоря о сварке, стоит помнить, что алюминиевые провода сейчас не используются, так как предпочтение отдаётся медным. Без сварочного инвертора в этом деле никак не обойтись: он отвечает за контролирование величины сварочного тока, при этом сопоставляя диаметр электрода и работу, которая с ним проводится. Температура плавления угольных электродов равна 3800 градусам, это способствует их многократному использованию и делает их подходящими для сварки проводов.
Благодаря их применению в сварочном процессе, такое соединение проводов приобретает множество преимуществ: это и прочность, и безопасность, и минимальное сопротивление электротока в том месте, где производилась сварка.
Также угольные электроды активно используются для того, чтобы резать и прошивать отверстия, для строжки в углеродистых сталях (как легированных, так и низколегированных).
Их омеднение происходит электролитическим способом, но стоит не забывать о том, чтобы медное покрытие полностью прилегало к поверхности, при этом не имея раковин. Благодаря омеднению увеличивается длительность пользования воздушно-дуговыми горелками – а это несомненный плюс.
Стоит отметить, что омедненные угольные электроды активно используются и в других сферах, помимо сталелитейной промышленности. Также они активно применяются в судостроении, машиностроении и при производстве металлоконструкций.
От привычных способов резки металла угольные электроды отличают их особенности и связанный с ними ряд преимуществ: благоприятный метод использования углерода, электрического тока и сжатого воздуха – благодаря этому происходит поверхностная резка непосредственно с удалением металла. Омедненный углерод имеет широкий диапазон использования, охватывающий как малоуглеродистые стали, так и сплавы вроде чугуна, нержавеющей стали и, конечно, легких сплавов.
Физический контакт между сжатым воздухом и возникшей электрической дугой позволяет легко удалять расплавленный металл при помощи воздушной струи.
Время хранения омедненных изделий от предприятия-изготовителя – двенадцать месяцев, а неомедненных – тридцать шесть месяцев.
Блок: 3/4 | Кол-во символов: 2363
Источник: https://www.graphitservis.ru/catalog/grafitovye-plastiny/coal/
Разновидности угольных электродов
Среди угольных электродов представленных на рынке, можно найти несколько разновидностей:
- Круглые стержни с добавлением меди. Применяются в разных сферах и могут иметь диаметр от 3,2 до 19 мм.
- Бесконечные омедненные. Очень экономичные изделия, которыми можно работать в течение долгого времени. Для них нужна специальная машинка. Диаметр 8 — 25 мм.
- Омедненные плоские. Имеют квадратное или прямоугольное сечение диаметром до 25 мм.
- Полукруглые с добавлением меди. Эти стержни применяются чаще всего. С одной стороны они плоские, с другой круглые. Это позволяет использовать их для любых задач. Диаметр может быть от 10 до 19 мм.
- Полые омедненные. Применяются для стружки и создания U-канавок. Их диаметр может варьироваться от 5 до 13 мм.
Блок: 4/8 | Кол-во символов: 772
Источник: http://instrument-blog.ru/svarka/ugolnye-elektrody-dlya-svarki-primenenie-i-osobennosti.html
Таблица соответствий
Советуем ознакомиться с таблицей соответствия диаметра электродов силе их тока, ширине канавки, которая образуется во время работы в зависимости от толщины реза и благодаря их массе в граммах:
| Диаметр | 4 мм | 6 мм | 8 мм | 10 мм |
| Ток, А | 150-200 | 300-350 | 400-500 | 500-550 |
| Удаление металла, г/см | 10 | 18 | 33 | 40 |
Канавка: ширина | 6-8 | 9-11 | 11-13 | 13-15 |
| Толщина реза, мм | 7 | 9 | 11 | 13 |
| Масса, г | 7 | 16 | 28 | 38 |
Предприятия-изготовители упаковывают готовые электроды в пачки: 25 штук – тогда, когда диаметр электродов 15 и 18 мм, 50 штук – если диаметр составляет 10 мм, 100 штук – если диаметр 6 и 8 мм.
Блок: 4/4 | Кол-во символов: 793
Источник: https://www.graphitservis.ru/catalog/grafitovye-plastiny/coal/
Угольные электроды в домашних мастерских
Схема сварки медной проволоки.
Для работы с ними кустарным образом вполне подойдет традиционный электродуговой сварочный аппарат. Одна из преимущественных сторон – очень скромная сила тока для создания электрической дуги благодаря низкой теплопроводности: вполне хватает 3 – 5 А.
Электрическая угольная дуга может быть протянута на длину до 50-ти мм, ее очень легко и комфортно вести вдоль будущего шва из-за медленного испарения электрода во время сварки и отсутствия эффекта прилипания.
Учиться сварке с угольными электродами на примерах соединения проводов, металлических заготовок с тонкими краями и т.д. – чудесная возможность освоить все навыки быстро и эффективно.
Важный совет: заниматься этим видом сварки нужно только в закрытых помещениях. Дело в том, что дуга в таких технологиях может потухнуть при малейшем дуновении ветра, не говоря уж о газовых потоках, магнитных полях и других факторах внешней среды.
Лучше всего заточить электрод с обоих концов: в этом случае не нужно будет тратить лишнего времени не перестановку расходника в держателе. Кроме того, снизится риск перегрева расходника при сварке.
А с заточенными концами держатель может разворачиваться на 180° при перегреве одного конца, чтобы продолжать работу другим концом. Это позволит в том числе сэкономить на расходных материалах.
Иногда применяют неплавящиеся угольные электроды для сварки шин из меди в трансформаторах на подстанциях. Варят и медные провода, но это главным образом в мелких мастерских кустарного характера.
В качестве присадочных материалов самым лучшим вариантом являются прутки из бронзового сплава. Они бывают с разными диаметрами, которые нужно подбирать, исходя из толщины соединяемых металлических заготовок, которая используется в расчетах по специальной формуле.
Еще одним видом работ, в которых используются угольники, является резка металлов.
Блок: 5/6 | Кол-во символов: 1934
Источник: https://tutsvarka.ru/vidy/ugolnyj-elektrod
Советы по сварке
При сварке медных проводников следует помнить, что в первую очередь нужно подготовить и очистить свариваемые поверхности, а затем надежно их зафиксировать. Сварка медных проводов и шин осуществляется только в положении сверху вниз, т. к. расплавленная медь обладает повышенной текучестью. При этом используется флюс «борный шлак». Еще одной особенностью данного типа электродов является то, что процесс плавления у них почти неразличим, т. к. практически сразу начинается испарение (электротехнический уголь плавится при температуре 3800 °C, а испаряется — при 4200 °C).
Рекомендуемый угол заточки торцов угольных стержней — 60÷70°, но для сварки цветных металлов их необходимо затачивать под углом 20÷40°. Листовую медь толщиной до 4 мм можно сваривать без использования присадочных прутков (но с обязательной отбортовкой кромок), а свыше 4 мм — встык с присадочным материалом и разделкой кромок под углом 45°. Технология сварки латуни требует разделки кромок под углом 60÷70° с притуплением торцов на 1÷2 мм. Сварка производится путем погружения конца стержня, который должен быть полностью окутан парами цинка.
Рисунок 5 — Провода из латуни
Блок: 5/6 | Кол-во символов: 1157
Источник: https://WikiMetall.ru/oborudovanie/grafitovyie-elektrodyi.html
Итоги и выводы
Во время работы с электродом из угля есть два возможных варианта сварочного процесса:
- правосторонний — сварщик переносит электрод справа налево, а сразу за стержнем идет присадка;
- левосторонний – наоборот, электрод двигают слева направо, но присадка всё так же идет за ним.
Правый вариант более эффективный, если учитывать приложение тепла непосредственно в участке сварки. Детали с большой толщиной удобнее варить именно правосторонним способом, а тонкие — левосторонним.
Кроме того, скорость «правой» работы выше скорости левостороннего примерно на четверть. Однако, многие сварщики чаще предпочитают именно второй способ работы.
Угольные электроды в целом используют для работы с медью и резки металлов. А благодаря разнообразию, прочности и удобству, они нашли своё применение в домашнем хозяйстве.
Блок: 6/6 | Кол-во символов: 818
Источник: https://prosvarku.info/elektrody/ugolnyj-ehlektrod
Строжка угольным электродом
Строжка — это удаление узкого поверхностного слоя с использованием электродуговой сварки угольными электродами. Само слово ведет свое происхождение от глагола «строгать», т. к. этот процесс в чем-то аналогичен обработке пазов на строгальном станке. Технология строжки основана на разогреве металла электрической дугой до температуры кипения с последующим выдуванием его из сварочной ванны узконаправленным потоком воздуха. Строжка выполняется на глубины до десятков миллиметров, а ее производительность, зависящая от толщины угольного электрода и силы тока, измеряется в граммах удаленного металла на сантиметр канавки.
При выполнении строжки электрод под наклоном 30÷45° равномерно перемещают вперед, формируя канавку, которая на несколько миллиметров шире и глубже диаметра электрода. Строжка производится специальным воздушно-дуговым резаком, который имеет устоявшееся жаргонное название «строгач». Контактная пластина с соплами для подачи воздуха расположена на нижней губке строгача, поэтому поток воздуха направлен вдоль нижней части электрода в сторону сварочной ванны (см. рис. ниже). Подача воздуха должна прекращаться через несколько секунд после разрыва контакта электрода с металлом.
Рисунок 6 — Направление воздуха при сварке
Применение сварки угольными электродами для соединения электротехнических шин из меди и алюминия подробно регламентировано инструкцией «Росэлектромонтажа» И 1.08-08. Но там ничего не говорится о сварке проводов. Вместе с тем в интернете достаточно много фотографий, демонстрирующих использование такой сварки при монтаже электропроводки в обычных квартирах и офисных помещениях. Однако найти даже упоминание о нормативном документе, регламентирующем такую технологию, нам пока что не удалось. Если вам что-нибудь известно об этом, пожалуйста, напишите комментарий к этой статье.
Блок: 6/6 | Кол-во символов: 1841
Источник: https://WikiMetall.ru/oborudovanie/grafitovyie-elektrodyi.html
Наиболее популярные марки
На рынке можно встретить 2 основные разновидности угольных электродов. Это СК и ВДК. Они соответственно предназначены для обычной и воздушно-дуговой сварки.
На российском рынке чаще всего встречаются электроды Arcair от Esab. Ими выполняются такие работы:
- устранение дефектов;
- ремонт изделий и конструкций;
- удаление швов;
- подготовительные работы;
- удаление лишнего материала;
- обрезка лишней арматуры и фрагментов изделий.
На этом видео можно увидеть, как выполняется воздушно-дуговая сварка:
Блок: 7/8 | Кол-во символов: 519
Источник: http://instrument-blog.ru/svarka/ugolnye-elektrody-dlya-svarki-primenenie-i-osobennosti.html
Заключение
Угольные электроды применяются в промышленном производстве при работе с особыми конструкциями и изделиями. Они отличаются высокой экономичностью и малым расходом. В большинстве случаев их используют вместе со специальным сварочным оборудованием, с которым они показывают наибольшую эффективность.
Блок: 8/8 | Кол-во символов: 307
Источник: http://instrument-blog.ru/svarka/ugolnye-elektrody-dlya-svarki-primenenie-i-osobennosti.html
Количество использованных доноров: 7
Информация по каждому донору:
- https://prosvarku.info/elektrody/ugolnyj-ehlektrod: использовано 2 блоков из 6, кол-во символов 1349 (5%)
- https://WeldElec.com/ugolnye/: использовано 2 блоков из 2, кол-во символов 2242 (9%)
- http://instrument-blog.ru/svarka/ugolnye-elektrody-dlya-svarki-primenenie-i-osobennosti.html: использовано 5 блоков из 8, кол-во символов 2627 (11%)
- https://tutsvarka.ru/vidy/ugolnyj-elektrod: использовано 3 блоков из 6, кол-во символов 4943 (20%)
- https://WikiMetall.ru/oborudovanie/grafitovyie-elektrodyi.html: использовано 4 блоков из 6, кол-во символов 6284 (25%)
- https://ismith.ru/welding-equip/ugolnye-elektrody-dlya-svarki/: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 2631 (11%)
- https://www.graphitservis.ru/catalog/grafitovye-plastiny/coal/: использовано 3 блоков из 4, кол-во символов 4640 (19%)
Угольные электроды: свойства и применение
Угольные электроды применяются для осуществления воздушной духовой резки металлов. Кроме этого с их помощью производят сварку металлов, удаляют дефекты металлических листов, срезают заклепки и выполняют другие операции. Угольные электроды изготавливаются из электротехнического аморфного угля.
Готовые изделия имеют листово-черную поверхность и представляют собой круглые стержни, сечение которых варьирует от 6 до 18 миллиметров. Стандартная длина стержней составляет 25-70 сантиметров.Для резки различных видов металла угольные электроды затачивают под разными углами. Так, для обработки черных металлов один конец стержня затачивают под углом около 65 градусов. Для выполнения сваривания материалов из цветных металлов, в том числе для наплавки твердых сплавов, производят заточку электрода под углом 30 градусов.
В процессе изготовления электродов используются технологии декструзии или формования и термообработки композиций. В основу изделий включаются кокс или уголь, а также добавляют различные связующие вещества (деготь, смолу и т.д.). В некоторых случаях в угольный электрод включают металлический порошок или стружку.
Изделия используются в различных отраслях. Их применяют для резки стальных материалов, выполнения отверстий в легированных, углеродистых и низколегированных сталях. Кроме этого с их помощью разрезают медь, нержавеющую или малоуглеродистую сталь, а также другие сплавы, используемые при производстве металлоконструкций, в машиностроении, судостроении, сталелитейной промышленности.
Сварка угольным электродом зарекомендовала себя как очень качественная. Она имеет по сравнению с другими распространенными видами резки множество преимуществ. При выполнении сварки с использованием угольных электродов используют углерод, сжатый воздух или электрический ток, позволяющий выполнить отличную резку металла с удалением. Сварочные работы производятся с применением сжатого воздуха или электродуги, которая не только расплавляет металл, но и самоудаляется с помощью воздушной струи.
Данный способ сварки металлических изделий имеет свои особенности. К примеру, вся работа может осуществляться только при постоянном токе, а длина дуги должна быть в диапазоне 6-15 миллиметров.
При этом поджигается дуга очень просто и имеет достаточную устойчивость. Однако при возникновении обратной полярности дуга потеряет устойчивость, а электрод станет обгорать и испаряться.Образуемая при сваривании материалов угольными электродами дуга проявляет высокую чувствительность к погодным условиям (дождю, магнитному дутью, потокам газов). Кроме этого при выполнении сварочных работ, где используются угольные электроды, получается меньший КПД дуги по сравнению с применением обычных металлических стержней. Однако ценность угольных стержней нельзя недооценить. Они позволяют сваривать цветной металл, тонколистовые материалы, выполнять наплавку электроприхватки и твердых сплавов при силе тока в пределах 1 кА.
XPS Интерпретация углерода
Первичная область XPS: C1s
Перекрывающиеся области: Ru3d, Sr3p 1/2 , K2p
Содержание углеродной секции
| Химическое состояние | Энергия связи C1s / эВ |
|---|---|
| К-С | 284,8 |
| К-О-С | ~ 286 |
| O-C = O | ~ 288.5 |
Заряд, связанный с дополнительными C1, пик C-C при 284,8 эВ
Экспериментальная информация
- Большинство образцов, подвергшихся воздействию атмосферы, будут иметь определяемое количество случайное углеродное загрязнение. (Обычно при толщине слоя 1-2 нм.)
- Остаточный углерод можно удалить напылением аргона.
- Используйте луч аргона с наименьшей энергией (например, 200 или 500 эВ) или кластеры аргона для предотвратить / минимизировать химическое повреждение основного материала.
Интерпретация XPS Spectra
Случайное загрязнение углеродом обычно используется в качестве эталона заряда для спектров XPS.
- Спектр C1s для загрязнения обычно содержит компоненты C-C, C-O-C и O-C = O.
- По умолчанию для компонента C-C может быть установлена энергия связи 284,8 эВ.
- Не всегда действительное эталонное значение заряда (например, пик C1s для случайного углерода на самородном оксиде алюминия появляется при ~ 286 эВ).
Несколько нанометров случайного углерода на образце могут существенно повлиять на результаты исследования. спектр этого образца.
- Количественное определение может быть неточным при использовании пиков со значительно различающейся энергией.
- Интенсивность пиков с более высокой энергией связи может быть уменьшена относительно их
аналоги при более низкой энергии связи.
- Например, пик Na1s (энергия связи = 1071 эВ) может быть слабее, чем ожидается, или полностью исчезнет, но пик Na KLL (энергия связи = 497 эВ) остается сильным.
- Неупругое рассеяние электронов через придаточный углеродный слой может вызвать большой изменение формы фона по сравнению со спектром чистого образца.
| Химическое состояние | Энергия связи C1s / эВ |
|---|---|
| К-С | 284,8 |
| К-О | ~ 286 |
| C = O | ~ 289 |
| CF 2 | ~ 292 |
| CF 3 | ~ 294 |
Экспериментальная информация
- Получение валентной полосы может быть полезно для идентификации полимеров по «отпечатку пальца».
- Особенно полезно в случаях, когда данные C1s XPS не могут легко различить полимеры, например полиэтилен и полипропилен.
- Некоторые полимеры чувствительны к длительному воздействию рентгеновского излучения.
- Различные полимеры имеют разную скорость разложения.
- По возможности минимизируйте время анализа.
- Области C1s для полимеров часто могут иметь время захвата
- Сначала захватите интересующие регионы (например,g., C1s, O1s) перед выполнением обследования, если это возможно.
- Если поверхность образца химически однородна, может быть предпочтительнее быстрый сбор данных
из многих точек, а затем интегрировать данные после сбора.
- Общее время сбора данных складывается из каждой точки (дает хороший сигнал-шум статистика), но количество рентгеновских повреждений у каждого человека незначительно.
- Хороший метод анализа самоорганизующихся монослоев.
- Требуется нейтрализация заряда.
- Источник кластеров аргона предпочтителен для глубинного профилирования полимеров.
- Некоторые полимеры можно успешно распылять с помощью мономеров аргона 200 эВ
- Полимерные материалы, содержащие F или Cl, часто разлагаются распылением мономера Ar + с потерей F или Cl.
Интерпретация XPS Spectra
- Пик C-C при 284,8 эВ часто используется в качестве эталона коррекции заряда из-за его удобства
- Не всегда надежно, возможно меняется в зависимости от характера поверхности углеводородная пленка толщина и характер образца.
Спектры - C1s для полимеров обычно имеют симметричные компоненты пика.
- Протяженные делокализованные электроны в образце (например, ароматические кольца) могут привести к сателлитной структуре,
от нескольких эВ до более высокой энергии связи основного пика.
- Спутник π-π * виден на 6 эВ от основного пика C1s, например, в полиэтилентерефталате. Спутник
- π-π * можно спутать с пиком калия K2p 3/2 .
- Проверить наличие пиков K2p 1/2 и K2s для подтверждения наличия калия
Общие комментарии
Нет
Энергии связи общих химических состояний:| Химическое состояние | Энергия связи C1s / эВ |
|---|---|
| sp 2 углерод | ~ 284 |
| sp 3 углерод | 284.8 |
Экспериментальная информация
- Получите C1s, C KLL и области валентной зоны.
- Максимально увеличивает способность различать углерод sp2 и sp3. Условия регистрации
- C KLL: энергия прохождения = 100 эВ, размер шага = 0,5 эВ, 100 сканирований, диапазон сканирования энергия связи = 1190eV-1246eV.
- Может потребоваться нейтрализация заряда, особенно для функционализированного графена / графита или алмаза.
Интерпретация XPS Spectra
- Спектр C1s от образца с высокой концентрацией углерода sp 2 будет иметь широкий
асимметричный хвост в сторону большей энергии связи.
- Также будут наблюдаться одна или несколько спутниковых деталей, находящихся на расстоянии нескольких эВ от основного пика C1s. в образцах с высокой концентрацией sp 2 .
- Для высоких концентраций углерода, связанного с sp 3 , пик C1s будет иметь более симметричную форму. и также будет немного сдвинут в сторону более высокой энергии связи.
- Функционализированный графен будет иметь сложный спектр C1s, содержащий компоненты sp 2 и sp3.
- Установите деталь sp 2 асимметричной формы (предпочтительно из настоящего графита). или образец графена), включая при необходимости симметричные пики потерь.
- Углерод sp 3 и функционализированный углерод должны иметь симметричные формы выступов.
- Пик углерода sp 3 должен составлять 1 эВ по отношению к стороне с более высокой энергией связи компонента sp 2 .
- Как правило, невозможно однозначно подобрать пик для смешанных спектров sp 2 / sp 3 .
- Анализ индуцированного рентгеновскими лучами оже-пика C KLL может помочь полуколичественным образом различить эти состояния связывания для нефункционализированных образцов.
- Дифференцированная форма спектра C KLL позволяет измерять D-параметр,
что дает представление об относительных количествах углерода sp 2 и sp 3 .
- Измерьте энергетическое разделение между максимумами и минимумами в дифференцированном спектре C KLL.
- Для образцов функционализированного углерода следует соблюдать осторожность при использовании этого метода.
Общие комментарии
Нет
Энергии связи общих химических состояний:| Химическое состояние | Энергия связи C1s / эВ |
|---|---|
| Карбид металла | ~ 283 |
| Карбонат металла | 288–290 |
Экспериментальная информация
- В присутствии рутения соберите полные области Ru3d и C1s (270–300 эВ), убедившись, что собраны компоненты Ru3d 5/2 и Ru3d 3/2 .
- Карбиды металлов могут непреднамеренно образоваться во время распыления аргоном металлсодержащих соединений, например оксидов, нитридов и боридов.
- Используйте луч Ar + с меньшей энергией для профилирования по глубине, чтобы минимизировать этот эффект.
Интерпретация XPS Spectra
- Карбонаты металлов часто наблюдаются на образцах оксидов металлов в исходном состоянии.
- При получении поверхности из оксидов металлов и карбонатов металлов также могут иметь гидрокарбонатные или карбонатные гидроксидные компоненты [1] .
- Компонент C1s для гидрокарбонатов имеет тенденцию смещаться в сторону более высокой энергии связи по сравнению с карбонатом [1] .
- Для элементов группы I было обнаружено, что энергия связи пика карбоната C1s увеличивается. с увеличением потенциала ионизации [1] .
- Карбонатный компонент C1s перекрывается с пиком сложного эфира (O-C = O) (обычно присутствует в спектрах C1s
придаточный углерод).
- Сложный эфирный компонент имеет тенденцию иметь такую же интенсивность, что и C-O в спектрах побочного углерода, и намного слабее, чем компонент C-C.
- Пик карбоната металла, как правило, уже, чем типичный пик сложного эфира.
- Проверьте соотношение интенсивности карбоната C1s по отношению к металлическим частицам, например, в образце CaCO 3 наблюдаемое соотношение [Ca] / [CO 3 2- ] должно быть 1.
- Прямое перекрытие между пиками Ru3d 3/2 и C1s.
- Используйте Ru3d 5/2 , который не перекрывается с C1, в качестве ориентира для любой подгонки пика.
- Интенсивность и энергия связи пика Ru3d 3/2 задаются пиком Ru3d 5/2 в соответствии со спин-орбитальным расщеплением и соотношением.
- Остаток интенсивности при Ru3d 3/2 энергии можно отнести на счет углерода.
Список литературы
- [1] А.В. Щукарев, Д.В. Корольков, CEJC 2 (2) 2004 347-362
Символ: C
Дата открытия: Древние времена
Происхождение имени: Латинское карбо
Внешний вид: может быть черным
Первооткрыватель: неизвестен
Получено от:34 горение при недостатке кислорода
Точка плавления: 3773.15 K
Температура кипения: 5100,15 K
Плотность [кг / м3]: 2267
Молярный объем: 5,29 × 10-6 м3 / моль
Протоны / электроны: 6
Нейтроны: 6
Структура оболочки: 2,4
Электронная конфигурация: [He] 2s22p2
Степень окисления: 4,2
Кристаллическая структура: гексагональная
Углерод известен с древних времен, когда его получали путем сжигания органических материалов в присутствии недостаточного количества кислорода.Известно четыре аллотропа углерода: аморфный (например, уголь и сажа), графит, алмаз и фуллерены. Небольшой размер углерода позволяет ему образовывать множественные связи со многими другими небольшими атомами, включая атомы углерода, и он преобладает в большом количестве химических соединений. Соединения на основе углерода являются основой всех живых систем и составляют структуру ископаемого топлива в виде углеводородов. Важны несколько изотопов углерода. Международный союз чистой и прикладной химии определил изотоп C-12 в качестве основы для атомных весов, в то время как нестабильный изотоп C-14 с периодом полураспада 5700 лет используется для датирования углерода.
Вернуться к таблице элементов
.Статус углеродных материалов, полученных из биомассы, для применения в суперконденсаторах
Обзорная статья | Открытый доступ
, том 2017 | Код статьи 6453420 | https://doi.org/10.1155/2017/6453420Талам Кибона Энок, Сесил К. Кинг’онду, Александр Погребной, Юсуфу Абейд Чанде Джанде, «Статус углеродных материалов, полученных из биомассы, для применения в суперконденсаторах», International Journal of Electrochemistry , т. 2017, идентификатор статьи 6453420, 14 страниц, 2017. https://doi.org/10.1155/2017/6453420
Показать цитатуТалам Кибона Энок, 1,2 Сесил К.King’ondu , 1,3 Александр Погребной, 1 и Юсуфу Абейд Чанде Джанде 1
1 Департамент материаловедения и энергетики, науки и техники, Африканский институт науки и технологий имени Нельсона Манделы, P.O. Box 447, Аруша, Танзания
2 Департамент физики, Педагогический колледж Университета Мквава, Университет Дар-эс-Салама, P.O. Box 2513, Иринга, Танзания
3 Департамент химии, Университет Юго-Восточной Кении, П.O. Box 170-90200, Китуи, Кения
ПодробнееАкадемический редактор: Серджио Ферро
Получено 24 августа 2016 г.
Исправлено 16 декабря 2016 г.
Принято 25 декабря 2016 г.
Опубликовано 31 января 2017 г.
.Электроаналитические характеристики электрода с углеродной пастой, модифицированного кофейной шелухой, для количественного определения ацетаминофена при контроле качества выпускаемых на рынок фармацевтических таблеток
Электрохимическое определение ацетаминофена (APAP) было успешно выполнено с использованием электрода с углеродной пастой (CPE), модифицированного кофейной шелухой (CH -CPE). Сканирующая электронная микроскопия (SEM) и SEM-энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (SEM-EDX), соответственно, использовались для морфологической и элементной характеристики кофейной шелухи перед их использованием.Электрохимическое окисление APAP исследовали с помощью циклической вольтамперометрии (CV), дифференциальной импульсной вольтамперометрии (DPV) и прямоугольной вольтамперометрии (SWV). Метод SWV оказался более чувствительным, так как ток окисления APAP был в два раза выше с датчиком CH-CPE, чем с CPE без покрытия, в связи с увеличением органофильного характера поверхности электрода. Кроме того, на CH-CPE текущий ответ APAP линейно изменялся с его концентрацией в диапазоне от 6,6 мкМ M до 0.5 мМ, что дает предел обнаружения 0,66 мк M (). Наконец, предложенный датчик CH-CPE был успешно использован для определения количества APAP в коммерческих таблетках (Doliprane® 500 и Doliprane 1000) со степенью извлечения от 98% до 103%. Этот новый датчик открывает путь для разработки недорогих и надежных устройств для электроанализа фармацевтических препаратов в развивающихся странах.
1. Введение
Ацетаминофен (4′-гидроксиацетанилид или N-ацетил p -аминофенол, далее именуемый APAP) является одним из наиболее широко используемых во всем мире лекарств из-за его высокой активности против слабых и умеренных болей, связанных с головная боль, боли в спине и артрите [1] и их эффективность при снятии температуры [2].Как правило, APAP не проявляет каких-либо вредных побочных эффектов, но гиперчувствительность или передозировка при приеме внутрь в некоторых случаях приводит к образованию токсичных метаболитов, которые могут вызывать тяжелую нефротоксичность и гепатотоксичность [3, 4], что в некоторых случаях сопровождается почечной недостаточностью [5, 6] . Традиционные аналитические методы, используемые для определения APAP, включают титриметрию [7], УФ-видимую спектрофотометрию [8–10], спектрофлуориметрию [11], хемилюминесценцию [12] и хроматографию [13–15]. Хотя эти методы работают достаточно хорошо, они обычно требуют больших затрат времени и усилий.Более того, они не удобны для обнаружения APAP в очень низких концентрациях. В качестве альтернативы электрохимические методы предлагают несколько преимуществ с точки зрения стоимости, точности, селективности и чувствительности [16–18]. Обращение к электроаналитическим методам также обеспечивается электроактивным характером APAP, который может легко окисляться в надлежащих условиях благодаря фенольным, гидроксильным и аминогруппам, которые он содержит в своем ароматическом кольце. В течение последних нескольких лет много работ было сосредоточено на электрохимическом определении APAP.Некоторые недавние сообщения о его количественной оценке с помощью химически модифицированных электродов включают использование золотых наночастиц / многослойных углеродных нанотрубок / стеклоуглеродного электрода [19] или легированного бором алмазного электрода, модифицированного Nafion © и пленок свинца [20] и использование модифицированного углеродными пленочными электродами из углеродных нанотрубок из поли (тионина) [21]. Аналогичным образом, электроды из углеродной пасты (CPE), химически модифицированные активным соединением и / или материалом, проявляющим сродство к APAP, оказались полезными инструментами для обнаружения APAP.В качестве типичных примеров Бейтоллахи и Некоои [22] сообщили об использовании электрода из углеродной пасты, модифицированного наночастицами CuO, для одновременного определения APAP и других лекарств. В тех же строках датчик на основе электрода из углеродной пасты, модифицированного () -2 — ((2-хлорфенилимино) метил) бензол-1,4-диолом (CD) и наночастицами диоксида титана, был успешно подготовлен Мохаммадом и др. . [23]. Shahmiri et al. [24] сообщили о простом и быстром методе анализа APAP и глутатиона, основанного на CPE, модифицированном этинилферроценом и нанокомпозитом NiO / MWCNT.Совсем недавно CPE, химически модифицированные наночастицами TiO 2 [25], поли (глицином) [26] и наночастицами Fe (III) -клиноптилолита [27], были применены в качестве электроаналитических устройств для вольтамперометрического определения APAP. Эти последние упомянутые исследования демонстрируют, что CPE, введенный в электроанализ в 1958 г. Адамсом [28], до сих пор остается удобным устройством для качественного и количественного анализа различных соединений. CPE легко приготовить, недороги и обычно дают воспроизводимые сигналы [29].Кроме того, они демонстрируют низкий фон и долгосрочную стабильность, а также высокие поляризационные пределы как в анодном, так и в катодном направлениях [30]. Принимая во внимание эти особенности, разработка недорогих, простых и точных электрохимических датчиков для обнаружения APAP представляет постоянный интерес для анализа контроля качества фармацевтических препаратов и для медицинского контроля биологических жидкостей, таких как сыворотка или плазма.
С другой стороны, использование лигноцеллюлозных материалов (ЛЦМ) в качестве эффективных сорбентов для органических соединений, таких как красители и пестициды, широко исследовалось в течение последнего десятилетия [31–34].Поглощение таких органических соединений обычно достигается за счет гидроксильных и карбонильных групп, которые в большом количестве присутствуют в полисахаридах (целлюлоза и гемицеллюлозы) и лигнине, которые вместе составляют около 90% высушенных ЖКМ [35]. Их привлекательность обусловлена их доступностью, низкой стоимостью, биоразлагаемостью и органофильностью. Кофе, один из самых популярных напитков в мире, выращивают примерно в 80 странах мира [36]. В западном регионе Камеруна в основном производятся два основных сорта кофе: Coffea arabica и Coffea robusta .При их преобразовании образуется большое количество побочных продуктов, таких как кофейная шелуха, которые получаются при обработке кофейных ягод методом сушки [36]. Кофейная шелуха — это часть, в которой заключены кофейные зерна; он составляет около 12% от сухой массы ягоды. Обычно он содержит целлюлозу, гемицеллюлозу, лигнин и золу [37]. Этот привлекательный состав обоснованно предполагает, что в качестве LCM кофейная шелуха может использоваться либо в качестве сорбента для различных соединений, либо в качестве эффективного модификатора электродов в области амперометрических датчиков.
В данной работе была разработана простая, надежная и быстрая процедура для определения ацетаминофена с помощью прямоугольной вольтамперометрии на основе CPE. Следует отметить, что использование кофейной шелухи, а не углеродных нанотрубок [38] или наночастиц ZrO 2 [39] в качестве модификаторов электродов CPE, и даже вместо некоторых других электродов на основе углерода [40–42], привело к более чувствительное устройство к обнаружению APAP. Хотя имеется много сообщений о вольтамперометрических датчиках APAP с нижним пределом обнаружения, предложенный здесь метод имеет некоторые преимущества, поскольку приготовленный CH-CPE достаточно чувствителен для своего предполагаемого назначения, а именно анализа фармацевтических составов.Кроме того, он недорог, прост в изготовлении и подходит для определения APAP без помех со стороны матриц образцов.
Перед оценкой кофейной шелухи в качестве модификатора электрода их макромолекулярный состав был определен с использованием метода кислотно-детергентного волокна (ADF-) нейтрального детергентного волокна (NDF). Поверхность полученного электрода охарактеризована методами сканирующей электронной микроскопии и циклической вольтамперометрии. Наконец, аналитические характеристики предложенного CH-CPE для количественного определения APAP оценивали с помощью прямоугольной вольтамперометрии (SWV) в коммерческих фармацевтических таблетках.
2. Материалы и методы
2.1. Реагенты
Ацетаминофен (APAP) был приобретен у Aldrich в виде порошка и использовался в полученном виде. 0,1 М фосфатный буферный раствор (pH 7,4) (PBS) использовали в качестве поддерживающего электролита. Все остальные водные растворы были приготовлены из химикатов аналитической чистоты с использованием деионизированной воды, полученной из системы сверхчистой воды Elga LabWater (Purelab-UV-UF, Эльга, Франция) (pH 6,5, проводимость <1 мкм См · см -1 , и ТОС <0.1 М). Таблетки Долипран 500 и Долипран 1000 (производство в феврале 2014 г.) были закуплены у Санофи-Авентис (Франция) и доставлены под номером партии 5768.
2.2. Кофейная шелуха
Кофейная шелуха, использованная в этом исследовании, была собрана на фабрике по переработке кофе в Сантчу (округ Менуа, Западный Камерун) и высушена под солнечным светом в течение 3 дней. Их измельчали и измельчали, и серия сит позволила получить их мелкую фракцию (средний размер 0–100 мкм мкм, использованный для приготовления электрода из модифицированной углеродной пасты).
2.3. Аппарат
Электрохимические измерения проводили с использованием электрохимического анализатора PG580 (Uniscan Instruments, UK), подключенного к персональному компьютеру. Используемое электрохимическое программное обеспечение — UiEchem версии 3.27 от Uniscan Instruments. Использовалась классическая трехэлектродная конфигурация ячейки, состоящая из чистых или модифицированных CPE, служащих в качестве рабочих электродов, насыщенного каломельного электрода сравнения (SCE) и противоэлектрода из платиновой проволоки.
2.4. Приготовление CPE
Немодифицированный CPE был приготовлен путем тщательного ручного смешивания 30 мг силиконового масла с 70 мг графитового порошка (аналитическая чистота, ультра F, <325 меш, от Alfa) в ступке. Часть композитной смеси была помещена в цилиндрическое отверстие трубки Teflon®, снабженное медной проволокой, служащей электрическим контактом с остальной частью схемы. Поверхность, подвергавшуюся воздействию раствора, перед использованием полировали на бумаге для взвешивания, чтобы придать ей гладкость. Электроды из углеродной пасты, модифицированной кофейной шелухой (CH-CPE), были приготовлены, как описано для CPE без покрытия, с использованием 65 мг порошка графита, 30 мг силиконового масла и 5 мг порошка кофейной шелухи.Для сравнения был приготовлен третий электрод со следующим составом: 65 мг порошка графита, 30 мг силиконового масла и 5 мг чистой целлюлозы; во всем тексте он упоминается как Ce-CPE. Когда они не использовались, CPE удаляли из фонового электролита и хранили при комнатной температуре.
2,5. Другие процедуры
Для определения APAP в фармацевтических составах каждую коммерческую таблетку тщательно взвешивали, затем измельчали в порошок и растворяли в 1 л PBS.Затем аликвоту этого раствора объемом 1,25 мл разбавляли до метки PBS в мерной колбе на 50 мл. Наконец, в образцы добавляли известные количества APAP, и концентрацию APAP в растворе определяли с использованием стандартного метода добавления.
Морфологический анализ поверхности CPE был выполнен с помощью сканирующей электронной микроскопии с полевой эмиссией (FEGSEM) на аппарате JSM-6301F от JEOL (SCIAM, Университет Анжера, Франция). Порошок кофейной шелухи иммобилизовали на держателе образца SEM с помощью липкой углеродной ленты.Получены изображения вторичных электронов с энергией 3 кэВ с увеличением от 25 до 20 000. Для экспериментов по энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX), проведенных на том же оборудовании, энергия пучка составляла 20 кэВ.
Оценка трех париетальных компонентов (целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина), содержащихся в кофейной шелухе, была произведена с использованием метода ADF-NDF Ван Соста и Вина [46, 47]. Растворимость в растворах ADF, NDF и ADF-KMnO 4 также экстраполирована.Солюбилизацию и фильтрацию проводили в системе Fibertec M2, снабженной устройством нагрева и флегмы (от FOSS, Франция). Все определения проводили в двух экземплярах.
Измерения краевого угла смачивания проводились на немодифицированном CPE и модифицированном CH-CPE с помощью метода лежащей капли, который позволяет сравнивать материалы. Для этого электроды были свежеприготовлены и высушены при комнатной температуре в эксикаторе. После полного высыхания каплю сверхчистой воды (20 мкм л) наносили на поверхность CPE с помощью микрошприца и измеряли угол контакта капли с поверхностью с помощью измерителя угла смачивания KRÜSS DSA30.Приведенные значения представляют собой средний угол смачивания 3 капель. В течение короткого времени измерения (менее 1 минуты) изменения краевого угла не наблюдалось. Изменение угла на 2 градуса считалось значительным.
Для оценки реальной площади поверхности электродов использовались CPE, CH-CPE и Ce-CPE для записи с помощью циклической вольтамперометрии кривых 5 мМ [Fe (CN) 6 ] 3− раствор в 0,1 М PBS (pH 7,4). Пиковая интенсивность () аналита на данном электроде может использоваться для определения реальной площади поверхности () этого электрода на основе уравнения Рэндлса-Севчика:, где, — число молей электронов, перенесенных на моль электроактивного частиц, (см 2 ) — площадь электрода, (см 2 с -1 ) — коэффициент диффузии электроактивных частиц, (моль л -1 ) — объемная концентрация электроактивных частиц. видов, а (V s −1 ) — скорость развертки потенциала [48].
3. Результаты и обсуждение
3.1. СЭМ и EDX характеристика различных электродов
СЭМ 2D-изображения чистого CPE и CH-CPE показаны на рисунке 1. Как можно видеть, на поверхности обоих электродов не наблюдалось значительной разницы. Тем не менее, их можно различить по виду угольной пасты. Немодифицированный CPE имеет пластинчатый вид, тогда как CH-CPE демонстрирует другой аспект в отношении присутствия порошка кофейной шелухи, который по существу состоит из волокон целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы.
Чтобы установить присутствие кофейной шелухи в модифицированном CPE, эксперименты EDX были выполнены, и ответ, полученный по разнице между спектрами EDX чистого CPE и CH-CPE, представлен на рисунке 1 (c). Согласно литературным данным, лигноцеллюлозные материалы в основном состоят из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина [43]. Они также могут содержать экстрагируемые вещества (от 2 до 8% сухого вещества), катионы металлов, такие как Mg 2+ , Ca 2+ , K + и Na + , и другие химические элементы, такие как P, N, S или Si [43, 49].Как и ожидалось, полученный EDX-спектр на рисунке 1 (c) показал присутствие K, Ca, O, Na, Mg, Si, P и S по отношению к присутствию порошка кофейной шелухи в модифицированном электроде. Процентное содержание целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы в порошке кофейной шелухи определяли с использованием метода ADF-NDF. Целлюлоза и лигнин составляли 55,1% и 9,2% от общего сухого веса, состав, который отличается от того, о котором сообщалось для кофейной шелухи из Эфиопии [37], где их было 24.5% целлюлозы и такое же количество лигнина (23,7%). Однако химический состав кофе и кофейной шелухи варьируется от страны к стране, а внутри страны он зависит от географического положения, климата, возраста и состояния почвы [36]. Например, наши результаты полностью согласуются с результатами другого исследования, проведенного в Португалии [50], где было обнаружено, что в нем содержится 43,0% целлюлозы и 9,0% лигнина.
3.2. Измерения угла контакта с неподвижной каплей
Органофильный характер CPE оценивался с помощью измерений контакта с неподвижной каплей.Наблюдалось постепенное уменьшение краевого угла смачивания от чистого CPE до CH-CPE и Ce-CPE, наряду с увеличением содержания целлюлозы в углеродной пасте. Таким образом, эти результаты продемонстрировали уменьшение гидрофобного характера поверхности электрода из-за присутствия на поверхности Ce-CPE целлюлозы, хорошо известного гидрофильного вещества, или кофейной шелухи, содержащей большое количество целлюлозы, на поверхность CH-CPE. Из этих данных можно предположить более высокую чувствительность CH-CPE и Ce-CPE в отношении поглощения APAP по сравнению с немодифицированным электродом, поскольку существует взаимосвязь между чувствительностью электродов и гидрофильным характером их поверхности [51 ].
3.3. Определение геометрических и реальных поверхностей немодифицированного CPE, CH-CPE и Ce-CPE
Для измерения электрохимически активных площадей поверхности CPE и CH-CPE был подготовлен третий электрод, содержащий чистую целлюлозу в качестве модификатора (Ce-CPE) . Геометрические поверхности этих электродов рассчитывались по формуле, где и мм — геометрический радиус () электродов. Таким образом, геометрические площади испытанных электродов составили 0,071 см 2 .Напротив, электрохимически активные площади поверхности CPE, CH-CPE и Ce-CPE были оценены по плотности тока, полученной для каждого электрода с помощью циклической вольтамперометрии. Наблюдаемый пиковый ток, заданный уравнением Рэндлса-Севчика (см. Раздел 2.5), был использован для определения реальной площади поверхности исследуемых рабочих электродов. Используя следующие данные:, см 2 с −1 , мМ, и Vs −1 , были получены поверхности: см 2 , см 2 и см 2 для голого ЦПЭ, CH -CPE и Ce-CPE соответственно.Тем не менее, полученные плотности тока составили = () × 10 −4 для голого CPE, = () × 10 −4 для CH-CPE и = () × 10 −4 μ А см −2 для Ce-CPE. Можно разумно отнести наблюдаемые различия к модификаторам (кофейная шелуха и целлюлоза), которые улучшили органофильный характер электродов, тем самым увеличив количество APAP, химически преобразованного на этих электродах.
Затем три электрода использовали для регистрации с помощью циклической вольтамперометрии сигнала раствора APAP в 75 мг L -1 в PBS (кривые не показаны).Отношения пиковых интенсивностей и реальных площадей поверхности, полученные с модифицированными CPE, по отношению к чистым CPE, приведены в таблице 1. Можно заметить, что горох
.Электрокаталитическое исследование парацетамола на стекловидном углеродном электроде, модифицированном однослойной углеродной нанотрубкой / никелевым нанокомпозитом
Был разработан быстрый, простой и чувствительный метод электрохимического определения парацетамола. Однослойный нанокомпозит углеродные нанотрубки / никель (ОСУНТ / Ni) был приготовлен и иммобилизован на поверхности стеклоуглеродного электрода (GCE) посредством механического крепления. В этой статье сообщается об исследовании вольтамперометрии влияния концентрации парацетамола, скорости сканирования, pH и температуры на электроде, модифицированном SWCNT / Ni, при определении парацетамола.Характеристики ОСУНТ / Ni / GCE проводились с помощью циклической вольтамперометрии. Сканирующая электронная микроскопия переменного давления (VPSEM) и энергодисперсионный рентгеновский спектрометр (EDX) были использованы для исследования морфологии поверхности и профиля элементов модифицированного электрода, соответственно. Циклическая вольтамперометрия показала значительное увеличение пикового тока для определения парацетамола на электроде, модифицированном SWCNT / Ni. Линейная калибровочная кривая была получена для концентрации парацетамола между 0.05 и 0,50 мМ. SWCNT / Ni / GCE показал чувствительность 64 мА M -1 и предел обнаружения 1,17 × 10 -7 M при обнаружении парацетамола. Предлагаемый электрод может быть использован для определения парацетамола в реальных фармацевтических образцах с удовлетворительными характеристиками. Результаты показывают, что электроды, модифицированные SWCNT и наночастицами никеля, проявляют лучшую электрокаталитическую активность по отношению к парацетамолу.
1. Введение
Спрос на новые сенсорные материалы растет в связи с ростом электрохимической промышленности.Наноматериалы в последнее время привлекли к себе большое внимание из-за их превосходных физико-химических свойств и потенциальных применений в электрокатализаторах, фотокатализаторах, суперконденсаторах и устройствах автоэмиссии. Электроды, модифицированные наноматериалами, обладают превосходными характеристиками, которые превосходят обычные медиаторы, такие как оксиды металлов [1], полимеры [2–5], неорганические комплексы [6] и ДНК [7]. Исследования модифицированных электродов с наноматериалами проводились с различными типами наночастиц [8, 9], углеродными нанотрубками (УНТ) [10–14] и композитами из наноматериалов [15–24].
УНТ обладают уникальными свойствами, такими как превосходная теплопроводность и электрическая проводимость, отличные физико-химические свойства и большая площадь поверхности [12, 13]. Однослойные углеродные нанотрубки (ОСУНТ), одномерные наноструктурированные материалы, широко используются в модификации электродов из-за высокого отношения поверхности к объему. ОСУНТ имеют преимущество перед многослойными углеродными нанотрубками (МУНТ) благодаря уникальной цилиндрической форме одного листа графита и отличной активности электронного переноса.Электроды, модифицированные УНТ, были оценены и считаются имеющими хорошую чувствительность и воспроизводимость [12, 13, 25].
Механическая насадка [21] представляет собой простой и недорогой метод изготовления химически модифицированного электрода (ХМЭ). В последнее время большое внимание было уделено CME через УНТ посредством определения различных веществ, таких как ионы металлов [8, 26], антибиотики [27], биохимические вещества [28–31], химические вещества [32] и лекарства [33, 34]. Наночастицы проявляют хорошую электрокаталитическую активность с некоторыми электроактивными веществами, включая парацетамол.Гибрид ОСУНТ и наночастиц может быть использован в качестве многообещающего медиатора электронного переноса. Конфигурация нанокомпозита ОСУНТ / наночастицы вызывает большой интерес благодаря его трехмерным наноструктурам с большой площадью поверхности.
Парацетамол (ацетаминофен, 4-ацетамидофенол или N-ацетил- p -аминофенол) представляет собой фармацевтический продукт с жаропонижающими и обезболивающими свойствами. Это эффективное лекарство, используемое для облегчения головной, зубной, шейной и различных болей.Парацетамол также широко назначают при простуде, гриппе и лихорадке. Хроническое употребление или передозировка парацетамола приводит к накоплению токсичных метаболитов в печени, что может вызвать тяжелую или смертельную гепатотоксичность и нефротоксичность, кожную сыпь и воспаление поджелудочной железы. Количественное определение парацетамола важно для обеспечения качества фармацевтической промышленности и жизненно важно для отрасли здравоохранения. Следовательно, необходима разработка простого, быстрого, чувствительного и точного аналитического метода определения парацетамола.Сообщалось об электрохимическом определении парацетамола с использованием различных модифицированных электродов, построенных из УНТ [12, 14, 25, 35–38].
В этой статье композит, состоящий из однослойных углеродных нанотрубок и никеля, был выбран в качестве посредника и использован при изготовлении ГЭУ. Разработана чувствительная электроаналитическая методика на основе ОСУНТ и модифицированного никелем GCE для определения парацетамола. Будет обсуждаться циклическая вольтамперометрия для характеристики электрода, модифицированного SWCNT / Ni.
2. Материалы и методы
2.1. Химические вещества и реагенты
Одностенные углеродные нанотрубки (ОСУНТ) чистотой 90% и наночастицы никеля (Ni) (99,9%, 40–60 нм) были приобретены у SkySpring Nanomaterials, Inc. Панадол (GlaxoSmithKline, GSK), a коммерческий продукт для парацетамола был использован для исследования восстановления. Все следующие химические вещества были использованы без дополнительной очистки: парацетамол (или 4′-гидроксиацетанилид, C 8 H 9 NO 2 ) от Merck Schuchardt OHG, Германия, и дигидрофосфат калия (KH 2 PO 4 ).Для приготовления всех растворов использовалась деионизированная вода из водоочистителя обратного осмоса.
2.2. Instrumentation
Электрохимическая рабочая станция CV-50W Voltammetric Analyzer, Bioanalytical Systems, Inc. (BASi), подключенная к внешнему настольному компьютеру, использовалась для всех вольтамперометрических измерений. Изучение морфологии поверхности нанокомпозита проводили с использованием сканирующего электронного микроскопа с переменным давлением (LEO 1455 VPSEM), присоединенного к энергодисперсионному рентгеновскому спектрометру (Oxford Inca EDX) с ускоряющим напряжением 20 кВ.
2.3. Подготовка модифицированного электрода
Перед использованием поверхность GCE была отполирована суспензией оксида алюминия 0,05 мкм мкм и очищена в ультразвуковой ванне в течение 3 минут. Электрод, модифицированный ОСУНТ / Ni, готовили следующим образом: нанопорошок ОСУНТ высокой чистоты и наночастицы никеля смешивали в соотношении 1: 2 до получения гомогенного нанокомпозита. Приготовленный композит ОСУНТ / Ni наносился на поверхность ГКЭ диаметром 3 мм с помощью механической насадки [21].Растворенный кислород удаляли из электролита, пропуская через раствор чистый газообразный азот перед электрохимическими измерениями.
2.4. Электрохимическая характеристика
Соответствующее количество стандартного раствора парацетамола было добавлено в электролитическую ячейку, содержащую около 10 мл 0,1 М раствора электролита KH 2 PO 4 при pH 5,2. Использовалась трехэлектродная конфигурация, в качестве рабочего электрода использовался GCE, модифицированный SWCNT / Ni. Электрод серебро / хлорид серебра (Ag / AgCl, 3 M KCl) и платиновая проволока (диаметр 1 мм) использовались в качестве электрода сравнения и вспомогательного электрода соответственно.Если не указано иное, все электрохимические измерения выполняли в диапазоне от -1,0 до 1,0 В, при скорости сканирования 100 мВ с -1 и температуре 25 ± 2 ° C.
3. Результаты и обсуждение
3.1. Морфология электрода
Нанопленка ОСУНТ / Ni, которая была нанесена на электрод из пиролитического графита в базовой плоскости (BPPGE), была исследована с помощью VPSEM. Микрофотография поверхности графитового электрода до электроанализа показана на рисунке 1 (а). Из рисунка видно, что нанокомпозит ОСУНТ / Ni неправильной формы был распределен по поверхности графита в жгуты с диаметрами в диапазоне от 1 до 4 мкм мкм.Получены неправильные массивы микрокристаллов и поверхностная пористость. Затем электрод, модифицированный ОСУНТ / Ni, погружали в 0,1 М раствор KH 2 PO 4 , содержащий 0,1 мМ парацетамола, и подвергали циклической вольтамперометрии. Сканирующее электронно-микрографическое изображение нанокомпозита ОСУНТ / Ni после электроанализа было записано, как показано на рисунке 1 (b). Однако было также замечено, что размер нанокомпозитов увеличился с 1–4 до 4–10 мкм мкм. Сильное притяжение парацетамола к нанопленке SWCNT / Ni может быть связано с электростатическим взаимодействием между наноматериалами и электроактивными частицами.
3.2. Enhancement Study
Был проведен эксперимент для выяснения электрохимического поведения SWCNT / Ni / GCE по отношению к окислительно-восстановительной реакции парацетамола. На рисунке 2 представлены вольтамперограммы 0,1 мМ парацетамола в 0,1 M KH 2 PO 4 при (а) GCE без покрытия, (b) GCE, модифицированном Ni, и (c) GCE, модифицированном SWCNT / Ni в 0,1 M KH . 2 PO 4 раствор. Пара стабильных и четко определенных кривых наблюдалась с голым и модифицированным электродами. Коэффициент усиления 5 в анодном пиковом токе означает, что GCE, модифицированный SWCNT / Ni, более чувствителен, чем другие электроды, при определении парацетамола и что нанопленка SWCNT / Ni имеет хорошую электрокаталитическую активность с парацетамолом.
Предлагаемая схема медиаторного поведения нанопленки в электрокаталитическом окислении парацетамола показана на рисунке 3. Повышенный пиковый ток может быть отнесен к лучшей электронной проводимости SWCNT / Ni / GCE. ОСУНТ / Ni, иммобилизованные на поверхности электрода GCE, обеспечивают большую площадь поверхности, что увеличивает проводящую поверхность, облегчая перенос электронов [12, 25], и приводит к более высокой чувствительности по сравнению с GCE без покрытия. Понятно, что нанопленка ОСУНТ / Ni может быть использована в качестве потенциального медиатора переноса электрона для определения парацетамола.
3.3. Влияние скорости сканирования
Эффект изменения скорости сканирования используется для определения типа вовлеченного процесса массопереноса и изучения кинетики электродов. Циклические вольтамперограммы электрокаталитической реакции парацетамола на ОСУНТ / Ni / GCE были получены при увеличении скорости сканирования в диапазоне 2–1000 мВ с –1 . Увеличение скорости сканирования вызвало увеличение тока пика анода, что привело к смещению тока пика анода в более положительном направлении потенциала.Как показано на графике зависимости логарифмического анодного пикового тока от логарифмической скорости сканирования (Рисунок 4), пиковый ток отклика увеличивается линейно с увеличением скорости сканирования. Уравнение линейной регрессии имело поправочный коэффициент 0,999. На основании полученного уравнения наклон 0,69 показывает, что массоперенос электроактивных частиц к поверхности электрода контролируется процессами как диффузии, так и адсорбции.
3.4. Влияние циклирования потенциала
Стабильность электрода, модифицированного SWCNT / Ni, оценивали с помощью циклической вольтамперометрии.Модифицированный электрод подвергали 5 непрерывным потенциальным циклам для исследования стабильности электрокаталитической реакции парацетамола. Значительное уменьшение пикового тока наблюдалось во время первого цикла (Рисунок 5). Это говорит о том, что нанокомпозит был слабо связан с поверхностью электрода методом механического прикрепления. Стабильность пикового тока наблюдалась начиная со второго цикла. Даже после пятого цикла анодный пиковый ток окисления парацетамола оставался высоким.Стабильность модифицированного электрода может быть объяснена присутствием нанопленки, которая образует сетчатую наноструктуру, которая ограничивает потери нанокомпозита SWCNT / Ni. SWCNT / Ni / GCE были относительно стабильными, в то время как в 0,1 M KH 2 PO 4 .
3.5. Влияние концентрации парацетамола
Влияние изменения концентрации парацетамола в 0,1 М растворе электролита KH 2 PO 4 было исследовано в SWCNT / Ni / GCE.Серия четко определенных пиков была получена из вольтамперометрических ответов на добавление парацетамола в диапазоне 0,05–0,50 мМ. Была установлена линейная зависимость между током анодного пика и концентрацией парацетамола (рис. 6). Как описано уравнением, было обнаружено, что хорошая чувствительность к окислению парацетамола составляет 64 мМ A -1 . Используя график, была определена отличная корреляция, и был получен низкий предел обнаружения 1,17 × 10 -7 М.Электрохимическое поведение ГХЭ, модифицированного ОСУНТ / Ni, для определения парацетамола сравнимо с некоторыми из ранее описанных электродов [12, 39].
3.6. Влияние температуры
Влияние температуры на определение парацетамола на электроде, модифицированном ОСУНТ / Ni, исследовали с помощью циклической вольтамперометрии. Пиковый ток постепенно увеличивался при повышении температуры в диапазоне 20–75 ° C. График логарифмического анодного пикового тока в зависимости от обратной температуры был получен с наклоном 0.175 (рисунок 7). График был довольно линейным и соответствовал термодинамическому ожиданию уравнений Аррениуса [39].
Взаимосвязь между проводимостью, диффузионной способностью и температурой описывается следующим уравнением Аррениуса:
.