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技術(shù)文章

電極的工作原理
DQZHAN技術(shù)訊：電極的工作原理
電極的概念是M.法拉第進(jìn)行系統(tǒng)電解實(shí)驗(yàn)后在1834年提出的，原意只指構(gòu)成電池的插在電液中的金屬棒。電池的組成部分，它由一連串相互接觸的物相構(gòu)成，其一端是電子導(dǎo)體──金屬（包括石墨）或半導(dǎo)體，另一端必須是離子導(dǎo)體──電解質(zhì)（這里專指電解質(zhì)溶液，簡稱“電解液”或“電液”）。結(jié)構(gòu)*簡單的電極應(yīng)包括兩個(gè)物相和一個(gè)相界面，即〔金屬|(zhì)電液〕。上述定義的電極也稱“半電池”。
命名
命名方式很復(fù)雜，有些根據(jù)電極的金屬部分命名，如銅電極、鉑電極等；有些根據(jù)電極活性的氧化還原對(duì)中的特征物質(zhì)命名，如甘汞電極、氫電極；有些根據(jù)電極金屬部分的形狀命名，如滴汞電極、轉(zhuǎn)盤電極；有些根據(jù)電極的功能命名。這些名稱如參比電極、鈉離子選擇電極（見離子選擇性電極）等，都是約定俗成的。
表示符號(hào)
通常在電池上會(huì)標(biāo)有“+”的符號(hào)，那是正極，在另一端會(huì)標(biāo)有“-”符號(hào)那是負(fù)極，同時(shí)在蓄電池上只有正極有“+”，而負(fù)極沒有。顏色也可以表示正負(fù)極：紅色代表正極，黑色代表負(fù)極。
表達(dá)式
書刊上表達(dá)電極的方式很不一致，這里采用的方式是：寫下各串聯(lián)的物相，每一相界面用一個(gè)隔離線表示。如銅電極寫成Cu|CuSO4（1Μ，水溶液）或Cu|Cu；甘汞電極寫成Hg|電極 電極
Hg2Cl2|Cl；在水溶液中的鈍化的鐵電極可寫成Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液。
電極方塊圖把電極的各個(gè)相用分隔的方塊表達(dá)，便于標(biāo)明各相界面上的反應(yīng)，有助于理解電極上發(fā)生的實(shí)際過程（圖1）。
2來源原電池中的電極
電極是原電池的基本組成部分。利用自發(fā)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流的裝置叫原電池，一個(gè)原電池必須由兩個(gè)基本部分組成：兩個(gè)電極和電解質(zhì)溶液。給出電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，如丹尼爾電池（右圖上部所示）中的Zn極，由于其電勢較低，被稱為負(fù)極（negative electrode）；而接受電子發(fā)生還原反應(yīng)的一極，如Cu極，由于其電勢較高，而稱作正極（positive electrode）。
根據(jù)組成電極物質(zhì)的狀態(tài)，可以把電極分為三類。**類電極是金屬電極和氣體電極，如丹尼爾電池中鋅電極和銅電極，還有標(biāo)準(zhǔn)氫電極；**類電極是金屬-金屬難溶鹽電極及金屬-金屬難溶氧化物電極，如Ag-AgCl電極。第三類電極是氧化還原電極（任一電極皆為氧化還原電極，這里所說的氧化還原電極是專指參加電極反應(yīng)的物質(zhì)均在同一個(gè)溶液中），如Fe3+，F(xiàn)e2+溶液組成的電極。
電解槽中的電極
電極是電解過程中，電流進(jìn)入或離開電解液的導(dǎo)體。電解過程就是在電極相界面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
電極分為陰極和陽極，和電源正極相連的是陽極，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)；和電源負(fù)極相連的是陰極，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)。
電解材料的種類很多，常用的是碳電極，此外鈦等金屬也可以做電極。在電鍍中，含有鍍層金屬的金屬往往作為陽極，待鍍制品作為陰極。
3種類可逆電極
任何金屬與電解液接觸都會(huì)產(chǎn)生電勢（位），這是電極的*主要的特征性質(zhì)。電極 電極
如果電極界面上存在著單獨(dú)一種氧化還原對(duì)的快速電子交換，即存在著交換電流很大的（見遷越超電勢）單一電極反應(yīng)，這種電極能很快建立電化學(xué)平衡，稱為可逆電極?？赡骐姌O的電勢能較長時(shí)期維持穩(wěn)定，抗干擾能力較大，并能**測量。它是可逆電池的必要組成部分，是電位分析法測量裝置的核心部件，有重要的實(shí)用意義?？赡骐姌O有以下類型：
① 金屬電極，如銅電極（圖2），其特點(diǎn)是氧化還原對(duì)可以遷越相界面。
② 氧化還原電極，例如Pt|Fe，F(xiàn)e電極 （圖3）、Pt|Mn,MnO嬄，H電極等。它的氧化還原對(duì)不能遷越電極相界面，電極的鉑Pt只表示電極金屬是惰性的，它只是提供電子交換的場所，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可采用任何惰性金屬。電極 電極
③ 氣體電極，是氧化還原對(duì)的一個(gè)組分為氣體時(shí)的氧化還原電極 （圖 4），例如氫電極 (Pt|H2|H）、氯電極（Pt|Cl2|Cl）等。為了加速達(dá)成平衡，金屬鉑上需要鍍上鉑黑以增加表面積并起電催化作用。
電極
④ 難溶鹽電極，氧化還原對(duì)的一個(gè)組分是難溶鹽或其他固相。因此它包含三個(gè)物相、 兩個(gè)界面（圖1），在每一相界面上存在著單一的快速遷越過程，如甘汞電極（Hg|Hg2Cl2|Cl）、氧化汞電極（Hg|HgO|OH）。在甘汞電極中，甘汞與電解液的溶解平衡完全受電液中濃度較高的Cl所控制，Cl在Hg2Cl2|電液界面上的交換速率也很快，故它的電極電勢非常穩(wěn)定。它是*常用的參比電極，有些書刊稱這類電極為**類電極。電極 電極
膜電極 　利用隔膜對(duì)于單種離子的透過性或膜表面與電解液的離子交換平衡所建立的電勢來測量電液中特定離子活度的裝置（圖5），例如玻璃電極、離子選擇性電極。
化學(xué)修飾電極 　利用吸附、涂敷、聚合、化學(xué)反應(yīng)等方法把活性基團(tuán)、催化物質(zhì)等附著在電極金屬（包括石墨、半導(dǎo)體）表面上，使之具有較強(qiáng)的特征功能。這是70年代以來電極制備方法的新發(fā)展。
單一電極和多重電極 　如果電極的金屬│電液界面上只存在一種起主導(dǎo)作用的電極反應(yīng)，這就是單一電極；如果存在的不只是一種電極反應(yīng)，就是多重電極。例如鋅電極(Zn|ZnSO4水溶液）上可能存在兩種電極反應(yīng)：
Zn─→Zn+2e ⑴
2H+2e─→H2 ⑵
電極 電極
但由于金屬鋅上的氫超電勢很高，反應(yīng)⑵速率太小，反應(yīng)⑴是主導(dǎo)的，上述鋅電極被認(rèn)為是單一電極，是典型的可逆電極。當(dāng)不太純的鋅浸入硫酸中時(shí)，反應(yīng)⑴和⑵的速率都較快，所以【Zn|H2SO4】電極是二重電極，它的靜態(tài)電勢可根據(jù)反應(yīng)⑴和⑵的極化曲線和極化規(guī)律來判斷。金屬腐蝕體系常常是二重電極。多重電極不可能是可逆的
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，被研究的電極稱為工作電極W，在電化學(xué)分析法中也稱指示電極，它的電勢可利用與參比電極R組成的二電極測量電池測量。當(dāng)工作電極需要極化時(shí)，則要另用一輔助電極（或稱對(duì)應(yīng)電極，用C表示），組成三電極測量電池系統(tǒng)（圖6），以提供可調(diào)節(jié)的電流。此時(shí)為了減少電液中歐姆電位降（IR）對(duì)工作電極電勢測量的誤差，參比電極與電解液連接處應(yīng)采用毛細(xì)管，使之盡量靠近工作電極，稱為魯金毛細(xì)管。
火花機(jī)電極
火花機(jī)電極，也稱為銅公，也是火花機(jī)加工中不可缺少的。
電極 電極
火花機(jī)加工時(shí)，電極和工件分別連接脈沖電源的兩極。在電極與工件上施加的脈沖電壓產(chǎn)生火花放電。放電的瞬間溫度可高達(dá)一萬攝氏度以上，高溫使得工件表面局部氣化或熔化。
緊接著下一個(gè)脈沖電壓又在電極與工件間產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過程。
通過無數(shù)次的重復(fù)脈沖放電，*后便加工出與電極形狀相對(duì)應(yīng)的形狀來。因此只要改變電極的形狀就能加工出各種復(fù)雜的型面。
火花機(jī)加工中，電極的作用是輸送加工脈沖，并以電極自身*小的損耗去蝕除工件。常用的電極材料有紫銅、石墨、銅鎢合金、銀鎢合金、鋼、黃銅、鑄鐵等。
鈰鎢電極
是在鎢基中添加稀土氧化鈰經(jīng)過粉末冶金和壓延磨拋工序制作而成的鎢電極產(chǎn)品，是中國*早生產(chǎn)的無放射性鎢電極產(chǎn)品，該產(chǎn)品的特點(diǎn)是在低電流條件下有著優(yōu)良的起弧性能，維弧電流較小。因此，它常用于管道，不銹鋼制品和細(xì)小精密部件的焊接。在低電流直流條件下或電極直徑在2.0mm以下，鈰鎢電極是釷鎢電極的優(yōu)選替代品。
鑭鎢電極
是歐洲國家在八十年代推出的企望替代釷鎢產(chǎn)品的改良品種，一經(jīng)推出，以其優(yōu)良的焊接性能在國際焊接界倍受關(guān)注并非常流行，尤其受到歐洲焊接學(xué)院派的追捧，因?yàn)檫@個(gè)原因，鑭鎢電極的出口量僅次于釷鎢，而在國內(nèi)市場認(rèn)知度并不高。其特點(diǎn)是導(dǎo)電性能*接近2%釷鎢電極，耐用電流高而燒損率*小。
釷鎢電極
是*早使用的稀土鎢電極，也是迄今為止焊接性能*好的鎢電**種，因此，在全球范圍內(nèi)該品種鎢電極市場占有率*高，但因?yàn)殁Q鎢電極在粉末冶金和壓延磨拋過程中會(huì)發(fā)生放射性污染，因此歐美國家限制生產(chǎn)該品種電極，但因?yàn)槠鋬?yōu)良的焊接性能，其使用并沒有受到限制。
釔鎢電極
在焊接時(shí)，弧束細(xì)長，壓縮程度大，在中、大電流時(shí)其熔深*大。主要應(yīng)用于**工業(yè)和航空航天工業(yè)。
鋯鎢電極
是為了改善純鎢電極在高負(fù)荷焊接條件下容易自身熔化污染工件的弊端而研制的電**種，該電極*大的特點(diǎn)是在高負(fù)載電流的情況下，這種電極的端部能保持成圓球狀而減少滲鎢現(xiàn)象，并具有良好的抗腐蝕性。
純鎢電極
是氬弧焊接*早使用的電極，但在直流焊接條件下，該品種電極容易出現(xiàn)不起弧或維護(hù)不穩(wěn)定的情況，加入稀土氧化物能極大的改善這種情況，因此，純鎢電極僅作為交流條件下的焊接電極或作為電阻焊電極。

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