1. Przygotowanie powłoki
W celu ułatwienia późniejszego testu elektrochemicznego jako podstawę wybrano 30 mm × 4 mm ze stali nierdzewnej 304.Wypolerować i usunąć resztki tlenków oraz plamy rdzy na powierzchni podłoża papierem ściernym, włożyć do zlewki z acetonem, plamy na powierzchni podłoża czyścić myjką ultradźwiękową bg-06c firmy Bangjie electronics przez 20min, usunąć ścierać resztki na powierzchni metalowego podłoża alkoholem i wodą destylowaną i osuszyć je dmuchawą.Następnie sporządzono proporcjonalnie tlenek glinu (Al2O3), grafen i hybrydową nanorurki węglowe (mwnt-coohsdbs (100:0:0, 99,8:0,2), 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2 młyn kulowy (qm-3sp2 fabryki instrumentów Nanjing NANDA) do mielenia kulowego i mieszania.Prędkość obrotową młyna kulowego ustawiono na 220 obr./min, a młyn kulowy ustawiono na
Po frezowaniu kulowym ustaw prędkość obrotową zbiornika do mielenia kulowego na 1/2 naprzemiennie po zakończeniu frezowania kulowego i ustaw prędkość obrotową zbiornika do mielenia kulowego na 1/2 naprzemiennie po zakończeniu frezowania kulowego.Kruszywo ceramiczne zmielone kulowo i spoiwo są równomiernie wymieszane według udziału masowego 1,0 0,8.Ostatecznie adhezyjną powłokę ceramiczną uzyskano w procesie utwardzania.
2. Test korozyjny
W tym badaniu elektrochemiczny test korozji wykorzystuje elektrochemiczną stację roboczą Shanghai Chenhua chi660e, a test wykorzystuje trzyelektrodowy system testowy.Elektroda platynowa jest elektrodą pomocniczą, elektroda chlorkowo-srebrowa jest elektrodą odniesienia, a powlekana próbka jest elektrodą roboczą o efektywnej powierzchni ekspozycji 1 cm2.Elektrodę odniesienia, elektrodę pracującą i elektrodę pomocniczą w ogniwie elektrolitycznym połączyć z przyrządem, jak pokazano na rysunkach 1 i 2. Przed badaniem namoczyć próbkę w elektrolicie, którym jest 3,5% roztwór NaCl.
3. Analiza Tafela elektrochemicznej korozji powłok
Rys. 3 przedstawia krzywą Tafela niepowlekanego podłoża i powłoki ceramicznej pokrytej różnymi nanododatkami po korozji elektrochemicznej przez 19h.Napięcie korozyjne, gęstość prądu korozyjnego i dane z testu impedancji elektrycznej uzyskane z elektrochemicznego testu korozji przedstawiono w tabeli 1.
Składać
Gdy gęstość prądu korozyjnego jest mniejsza, a skuteczność odporności na korozję jest wyższa, efekt odporności na korozję powłoki jest lepszy.Z rysunku 3 i tabeli 1 widać, że gdy czas korozji wynosi 19h, maksymalne napięcie korozyjne gołej osnowy metalowej wynosi -0,680 V, a gęstość prądu korozyjnego osnowy jest również największa, osiągając 2,890 × 10-6 A /cm2 。 Po pokryciu powłoką ceramiczną z czystego tlenku glinu gęstość prądu korozyjnego spadła do 78%, a PE wyniósł 22,01%.Pokazuje, że powłoka ceramiczna odgrywa lepszą rolę ochronną i może poprawić odporność powłoki na korozję w neutralnym elektrolicie.
Gdy do powłoki dodano 0,2% mwnt-cooh-sdbs lub 0,2% grafenu, gęstość prądu korozyjnego zmniejszyła się, odporność wzrosła, a odporność na korozję powłoki uległa dalszej poprawie, przy czym PE wynosił odpowiednio 38,48% i 40,10%.Gdy powierzchnia jest pokryta 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% powłoką z tlenku glinu mieszanego grafenem, prąd korozyjny zostaje dodatkowo zmniejszony z 2,890 × 10-6 A/cm2 do 1,536 × 10-6 A/cm2, maksymalna rezystancja wzrosła z 11388 Ω do 28079 Ω, a PE powłoki może osiągnąć 46,85%.Pokazuje, że przygotowany produkt docelowy ma dobrą odporność na korozję, a synergiczne działanie nanorurek węglowych i grafenu może skutecznie poprawić odporność na korozję powłoki ceramicznej.
4. Wpływ czasu nasiąkania na impedancję powłoki
W celu dalszego zbadania odporności korozyjnej powłoki, biorąc pod uwagę wpływ czasu zanurzenia próbki w elektrolicie na badanie, uzyskuje się krzywe zmian odporności czterech powłok przy różnych czasach zanurzenia, jak pokazano na rysunku 4.
Składać
W początkowej fazie zanurzenia (10 h), ze względu na dobrą gęstość i strukturę powłoki, elektrolit jest trudny do zanurzenia w powłoce.W tym czasie powłoka ceramiczna wykazuje dużą odporność.Po pewnym czasie nasiąkania odporność znacznie spada, ponieważ z upływem czasu elektrolit stopniowo tworzy kanał korozyjny przez pory i pęknięcia powłoki i wnika w osnowę, co powoduje znaczny spadek odporności powłoki. powłoka.
W drugim etapie, gdy produkty korozji wzrosną do pewnej ilości, następuje zablokowanie dyfuzji i stopniowe zablokowanie szczeliny.W tym samym czasie, gdy elektrolit wnika w granicę wiążącą dolnej warstwy wiążącej/matrycy, cząsteczki wody będą reagować z pierwiastkiem Fe w osnowie na styku powłoka/osnowa, tworząc cienką warstwę tlenku metalu, która utrudnia wnikanie elektrolitu w osnowę i zwiększa wartość rezystancji.Kiedy nieosłonięta metalowa osnowa jest korodowana elektrochemicznie, większość wytrącania zielonych kłaczków powstaje na dnie elektrolitu.Roztwór elektrolityczny nie zmienił koloru podczas elektrolizy powlekanej próbki, co może świadczyć o istnieniu powyższej reakcji chemicznej.
Ze względu na krótki czas wygrzewania i duże czynniki wpływu zewnętrznego, w celu dalszego uzyskania dokładnej zależności zmian parametrów elektrochemicznych, analizowane są krzywe Tafela z 19h i 19,5h.Gęstość prądu korozyjnego i rezystancję uzyskane za pomocą programu analitycznego zsimpwin przedstawiono w tabeli 2. Można stwierdzić, że po wymoczeniu przez 19 h, w porównaniu z gołym podłożem, gęstość prądu korozyjnego dla czystego tlenku glinu i powłoki kompozytowej z tlenku glinu zawierającej nanododatki są mniejsza, a wartość rezystancji jest większa.Wartość odporności powłoki ceramicznej zawierającej nanorurki węglowe i powłoki zawierającej grafen jest prawie taka sama, podczas gdy struktura powłoki z nanorurek węglowych i materiałów kompozytowych grafenu jest znacznie zwiększona, Dzieje się tak, ponieważ efekt synergiczny jednowymiarowych nanorurek węglowych i dwuwymiarowego grafenu poprawia odporność materiału na korozję.
Wraz ze wzrostem czasu zanurzenia (19,5 h) odporność nagiego podłoża wzrasta, co wskazuje, że znajduje się ono w drugiej fazie korozji i na powierzchni podłoża tworzy się warstwa tlenku metalu.Podobnie, wraz z upływem czasu, odporność powłoki ceramicznej z czystego tlenku glinu również wzrasta, co wskazuje, że w tym czasie, pomimo spowolnienia działania powłoki ceramicznej, elektrolit przeniknął przez granicę wiążącą powłoka/matryca i wytworzył film tlenkowy poprzez reakcję chemiczną.
W porównaniu z powłoką z tlenku glinu zawierającą 0,2% mwnt-cooh-sdbs, powłoką z tlenku glinu zawierającą 0,2% grafenu i powłoką z tlenku glinu zawierającą 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafenu, rezystancja powłoki znacznie się zmniejszyła wraz ze wzrostem czasu odpowiednio o 22,94%, 25,60% i 9,61%, co wskazuje, że elektrolit nie przeniknął w tym czasie do połączenia między powłoką a podłożem, Dzieje się tak, ponieważ struktura nanorurek węglowych i grafenu blokuje wnikanie elektrolitu w dół, chroniąc w ten sposób macierz.Efekt synergiczny obu jest dalej weryfikowany.Powłoka zawierająca dwa nanomateriały ma lepszą odporność na korozję.
Poprzez krzywą Tafela i krzywą zmian wartości impedancji elektrycznej stwierdzono, że powłoka ceramiczna z tlenku glinu z grafenem, nanorurkami węglowymi i ich mieszaniną może poprawić odporność na korozję osnowy metalowej, a efekt synergiczny obu może dodatkowo poprawić korozję odporność adhezyjnej powłoki ceramicznej.W celu dalszego zbadania wpływu nanododatków na odporność korozyjną powłoki zaobserwowano mikromorfologię powierzchni powłoki po korozji.
Składać
Rysunek 5 (A1, A2, B1, B2) przedstawia morfologię powierzchni odsłoniętej stali nierdzewnej 304 i powlekanej czystej ceramiki z tlenku glinu w różnych powiększeniu po korozji.Rysunek 5 (A2) pokazuje, że powierzchnia po korozji staje się szorstka.W przypadku nagiego podłoża, po zanurzeniu w elektrolicie na powierzchni pojawia się kilka dużych wżerów korozyjnych, co wskazuje, że odporność na korozję gołej osnowy metalowej jest słaba, a elektrolit łatwo wnika w osnowę.W przypadku powłoki ceramicznej z czystego tlenku glinu, jak pokazano na Rysunku 5 (B2), chociaż po korozji powstają porowate kanały korozyjne, stosunkowo gęsta struktura i doskonała odporność na korozję powłoki ceramicznej z czystego tlenku glinu skutecznie blokują wnikanie elektrolitu, co wyjaśnia przyczynę skuteczna poprawa impedancji powłoki ceramicznej z tlenku glinu.
Składać
Morfologia powierzchni mwnt-cooh-sdbs, powłok zawierających 0,2% grafenu oraz powłok zawierających 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafenu.Można zauważyć, że dwie powłoki zawierające grafen na Figurze 6 (B2 i C2) mają płaską strukturę, wiązanie między cząstkami w powłoce jest ścisłe, a cząstki kruszywa są ciasno owinięte klejem.Chociaż powierzchnia jest erodowana przez elektrolit, powstaje mniej kanałów porów.Po korozji powierzchnia powłoki jest gęsta i niewiele jest struktur wadliwych.Na rysunku 6 (A1, A2), ze względu na charakterystykę mwnt-cooh-sdbs, powłoka przed korozją jest strukturą porowatą równomiernie rozłożoną.Po korozji pory oryginalnej części stają się wąskie i długie, a kanał staje się głębszy.W porównaniu z Rysunkiem 6 (B2, C2), struktura ma więcej wad, co jest zgodne z rozkładem wielkości wartości impedancji powłoki uzyskanej z elektrochemicznego testu korozji.Wynika z niego, że powłoka ceramiczna z tlenku glinu zawierająca grafen, zwłaszcza mieszanina grafenu i nanorurki węglowej, ma najlepszą odporność na korozję.Dzieje się tak, ponieważ struktura nanorurki węglowej i grafenu może skutecznie blokować dyfuzję pęknięć i chronić matrycę.
5. Dyskusja i podsumowanie
Poprzez badanie odporności na korozję nanorurek węglowych i dodatków grafenowych na powłoce ceramicznej z tlenku glinu oraz analizę mikrostruktury powierzchni powłoki, wyciągnięto następujące wnioski:
(1) Gdy czas korozji wynosił 19 godzin, po dodaniu 0,2% hybrydowej nanorurki węglowej + 0,2% powłoki ceramicznej z tlenku glinu z mieszanego grafenu, gęstość prądu korozyjnego wzrosła z 2,890 × 10-6 A/cm2 do 1,536 × 10-6 A/ cm2, impedancja elektryczna wzrosła z 11388 Ω do 28079 Ω, a skuteczność odporności na korozję jest największa i wynosi 46,85%.W porównaniu z powłoką ceramiczną z czystego tlenku glinu, powłoka kompozytowa z grafenem i nanorurkami węglowymi ma lepszą odporność na korozję.
(2) Wraz ze wzrostem czasu zanurzenia elektrolitu, elektrolit wnika w powierzchnię styku powłoki/podłoża tworząc warstewkę tlenku metalu, która utrudnia wnikanie elektrolitu do podłoża.Impedancja elektryczna najpierw maleje, a następnie wzrasta, a odporność na korozję powłoki ceramicznej z czystego tlenku glinu jest słaba.Struktura i synergia nanorurek węglowych i grafenu blokowały penetrację elektrolitu w dół.Przy moczeniu przez 19,5 h impedancja elektryczna powłoki zawierającej nanomateriały zmniejszyła się odpowiednio o 22,94%, 25,60% i 9,61%, a odporność na korozję powłoki była dobra.
6. Wpływ na mechanizm odporności powłoki na korozję
Poprzez krzywą Tafela i krzywą zmian wartości impedancji elektrycznej stwierdzono, że powłoka ceramiczna z tlenku glinu z grafenem, nanorurkami węglowymi i ich mieszaniną może poprawić odporność na korozję osnowy metalowej, a efekt synergiczny obu może dodatkowo poprawić korozję odporność adhezyjnej powłoki ceramicznej.W celu dalszego zbadania wpływu nanododatków na odporność korozyjną powłoki zaobserwowano mikromorfologię powierzchni powłoki po korozji.
Rysunek 5 (A1, A2, B1, B2) przedstawia morfologię powierzchni odsłoniętej stali nierdzewnej 304 i powlekanej czystej ceramiki z tlenku glinu w różnych powiększeniu po korozji.Rysunek 5 (A2) pokazuje, że powierzchnia po korozji staje się szorstka.W przypadku nagiego podłoża, po zanurzeniu w elektrolicie na powierzchni pojawia się kilka dużych wżerów korozyjnych, co wskazuje, że odporność na korozję gołej osnowy metalowej jest słaba, a elektrolit łatwo wnika w osnowę.W przypadku powłoki ceramicznej z czystego tlenku glinu, jak pokazano na Rysunku 5 (B2), chociaż po korozji powstają porowate kanały korozyjne, stosunkowo gęsta struktura i doskonała odporność na korozję powłoki ceramicznej z czystego tlenku glinu skutecznie blokują wnikanie elektrolitu, co wyjaśnia przyczynę skuteczna poprawa impedancji powłoki ceramicznej z tlenku glinu.
Morfologia powierzchni mwnt-cooh-sdbs, powłok zawierających 0,2% grafenu oraz powłok zawierających 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafenu.Można zauważyć, że dwie powłoki zawierające grafen na Figurze 6 (B2 i C2) mają płaską strukturę, wiązanie między cząstkami w powłoce jest ścisłe, a cząstki kruszywa są ciasno owinięte klejem.Chociaż powierzchnia jest erodowana przez elektrolit, powstaje mniej kanałów porów.Po korozji powierzchnia powłoki jest gęsta i niewiele jest struktur wadliwych.Na rysunku 6 (A1, A2), ze względu na charakterystykę mwnt-cooh-sdbs, powłoka przed korozją jest strukturą porowatą równomiernie rozłożoną.Po korozji pory oryginalnej części stają się wąskie i długie, a kanał staje się głębszy.W porównaniu z Rysunkiem 6 (B2, C2), struktura ma więcej wad, co jest zgodne z rozkładem wielkości wartości impedancji powłoki uzyskanej z elektrochemicznego testu korozji.Wynika z niego, że powłoka ceramiczna z tlenku glinu zawierająca grafen, zwłaszcza mieszanina grafenu i nanorurki węglowej, ma najlepszą odporność na korozję.Dzieje się tak, ponieważ struktura nanorurki węglowej i grafenu może skutecznie blokować dyfuzję pęknięć i chronić matrycę.
7. Dyskusja i podsumowanie
Poprzez badanie odporności na korozję nanorurek węglowych i dodatków grafenowych na powłoce ceramicznej z tlenku glinu oraz analizę mikrostruktury powierzchni powłoki, wyciągnięto następujące wnioski:
(1) Gdy czas korozji wynosił 19 godzin, po dodaniu 0,2% hybrydowej nanorurki węglowej + 0,2% powłoki ceramicznej z tlenku glinu z mieszanego grafenu, gęstość prądu korozyjnego wzrosła z 2,890 × 10-6 A/cm2 do 1,536 × 10-6 A/ cm2, impedancja elektryczna wzrosła z 11388 Ω do 28079 Ω, a skuteczność odporności na korozję jest największa i wynosi 46,85%.W porównaniu z powłoką ceramiczną z czystego tlenku glinu, powłoka kompozytowa z grafenem i nanorurkami węglowymi ma lepszą odporność na korozję.
(2) Wraz ze wzrostem czasu zanurzenia elektrolitu, elektrolit wnika w powierzchnię styku powłoki/podłoża tworząc warstewkę tlenku metalu, która utrudnia wnikanie elektrolitu do podłoża.Impedancja elektryczna najpierw maleje, a następnie wzrasta, a odporność na korozję powłoki ceramicznej z czystego tlenku glinu jest słaba.Struktura i synergia nanorurek węglowych i grafenu blokowały penetrację elektrolitu w dół.Przy moczeniu przez 19,5 h impedancja elektryczna powłoki zawierającej nanomateriały zmniejszyła się odpowiednio o 22,94%, 25,60% i 9,61%, a odporność na korozję powłoki była dobra.
(3) Ze względu na właściwości nanorurek węglowych powłoka z dodatkiem samych nanorurek węglowych ma przed korozją równomiernie rozłożoną porowatą strukturę.Po korozji pory oryginalnej części stają się wąskie i długie, a kanały stają się głębsze.Powłoka zawierająca grafen ma płaską strukturę przed korozją, połączenie między cząstkami w powłoce jest bliskie, a cząstki kruszywa są ciasno owinięte klejem.Chociaż powierzchnia ulega erozji przez elektrolit po korozji, istnieje niewiele kanałów porów, a struktura jest nadal gęsta.Struktura nanorurek węglowych i grafenu może skutecznie blokować propagację pęknięć i chronić matrycę.
Czas publikacji: mar-09-2022