1. Przygotowanie powłoki
Aby ułatwić późniejszy test elektrochemiczny, jako podstawę wybrano stal nierdzewną 304 30 mm × 4 mm.Wypoleruj i usuń papierem ściernym pozostałą warstwę tlenków i plamy rdzy na powierzchni podłoża, włóż je do zlewki zawierającej aceton, plamy na powierzchni podłoża traktuj myjką ultradźwiękową bg-06c firmy Bangjie Electronics przez 20min, usuń pozostałości zużycia na powierzchni metalowego podłoża alkoholem i wodą destylowaną, a następnie osusz je dmuchawą.Następnie przygotowano tlenek glinu (Al2O3), grafen i hybrydową nanorurkę węglową (mwnt-coohsdbs) w proporcjach (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) i wprowadzono do młyn kulowy (qm-3sp2 fabryki instrumentów NANDA w Nanjing) do mielenia i mieszania kulowego.Prędkość obrotową młyna kulowego ustawiono na 220 obr/min, a młyn kulowy włączono
Po frezowaniu kulowym należy ustawić prędkość obrotową zbiornika mielącego kulowego na 1/2 na przemian po zakończeniu frezowania kulowego, a prędkość obrotową zbiornika mielącego kulowego ustawić na 1/2 naprzemiennie po zakończeniu frezowania kulowego.Zmielone kulowo kruszywo ceramiczne i spoiwo miesza się równomiernie według udziału masowego 1,0 ∶ 0,8.Ostatecznie w procesie utwardzania uzyskano adhezyjną powłokę ceramiczną.
2. Test korozji
W tym badaniu w elektrochemicznym teście korozji zastosowano elektrochemiczną stację roboczą Shanghai Chenhua chi660e, a w teście zastosowano system testowy z trzema elektrodami.Elektroda platynowa jest elektrodą pomocniczą, elektroda srebrowo-chlorkowo-srebrowa jest elektrodą odniesienia, a powleczona próbka jest elektrodą roboczą, o efektywnej powierzchni ekspozycji wynoszącej 1 cm2.Elektrodę odniesienia, elektrodę roboczą i elektrodę pomocniczą w ogniwie elektrolitycznym połączyć z przyrządem w sposób pokazany na rysunkach 1 i 2. Przed badaniem próbkę namoczyć w elektrolicie, którym jest 3,5% roztwór NaCl.
3. Analiza Tafela korozji elektrochemicznej powłok
Ryc. 3 przedstawia krzywą Tafela dla niepowlekanego podłoża i powłoki ceramicznej pokrytej różnymi nanododatkami po korozji elektrochemicznej przez 19 godzin.Dane dotyczące napięcia korozyjnego, gęstości prądu korozyjnego i impedancji elektrycznej uzyskane z elektrochemicznego testu korozji przedstawiono w tabeli 1.
Składać
Gdy gęstość prądu korozji jest mniejsza, a skuteczność odporności na korozję jest wyższa, efekt odporności powłoki na korozję jest lepszy.Z rysunku 3 i tabeli 1 wynika, że przy czasie korozji wynoszącym 19h maksymalne napięcie korozji osnowy metalowej wynosi -0,680 V, a gęstość prądu korozyjnego osnowy jest również największa i wynosi 2,890 × 10-6 A /cm2. Po pokryciu powłoką ceramiczną z czystego tlenku glinu gęstość prądu korozyjnego spadła do 78%, a PE wyniosła 22,01%.Pokazuje, że powłoka ceramiczna odgrywa lepszą rolę ochronną i może poprawić odporność powłoki na korozję w obojętnym elektrolicie.
Gdy do powłoki dodano 0,2% mwnt-cooh-sdbs lub 0,2% grafenu, gęstość prądu korozyjnego spadła, odporność wzrosła, a odporność powłoki na korozję uległa dalszej poprawie, przy PE wynoszącym odpowiednio 38,48% i 40,10%.Gdy powierzchnia jest pokryta 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafenową mieszanką tlenku glinu, prąd korozji ulega dalszemu zmniejszeniu z 2,890 × 10-6 A/cm2 do 1,536 × 10-6 A/cm2, co stanowi maksymalny opór wartość wzrosła z 11388 Ω do 28079 Ω, a PE powłoki może osiągnąć 46,85%.Pokazuje, że przygotowany docelowy produkt ma dobrą odporność na korozję, a synergistyczne działanie nanorurek węglowych i grafenu może skutecznie poprawić odporność korozyjną powłoki ceramicznej.
4. Wpływ czasu wygrzewania na impedancję powłoki
W celu dalszych badań odporności korozyjnej powłoki, biorąc pod uwagę wpływ czasu zanurzenia próbki w elektrolicie na przebieg badania, uzyskuje się krzywe zmiany rezystancji czterech powłok przy różnym czasie zanurzenia, jak pokazano na rysunku 4.
Składać
W początkowej fazie zanurzenia (10 h), ze względu na dobrą gęstość i strukturę powłoki, elektrolit trudno jest zanurzyć w powłokę.W tym czasie powłoka ceramiczna wykazuje dużą odporność.Po pewnym czasie namaczania oporność znacznie maleje, ponieważ z biegiem czasu elektrolit stopniowo tworzy kanał korozyjny przez pory i pęknięcia w powłoce i wnika w głąb osnowy, co powoduje znaczny spadek rezystancji powłoki powłoka.
W drugim etapie, gdy produkty korozji osiągną określoną ilość, dyfuzja zostaje zablokowana, a szczelina stopniowo zatykana.Jednocześnie, gdy elektrolit przedostanie się do powierzchni łączącej dolnej warstwy wiążącej / osnowy, cząsteczki wody będą reagować z pierwiastkiem Fe w osnowie na styku powłoka / osnowa, tworząc cienką warstwę tlenku metalu, która utrudnia przenikanie elektrolitu do matrycy i zwiększa wartość rezystancji.Kiedy goła metalowa osnowa ulega korozji elektrochemicznej, większość zielonych kłaczkowatych opadów powstaje na dnie elektrolitu.Roztwór elektrolitu nie zmienił koloru podczas elektrolizy powleczonej próbki, co może świadczyć o zaistnieniu powyższej reakcji chemicznej.
Ze względu na krótki czas wygrzewania i duże czynniki zewnętrzne, w celu dalszego uzyskania dokładnej zależności zmiany parametrów elektrochemicznych, analizowano krzywe Tafela dla 19 h i 19,5 h.Gęstość prądu korozyjnego i odporność uzyskane za pomocą oprogramowania analitycznego zsimpwin pokazano w tabeli 2. Można stwierdzić, że po namoczeniu przez 19 godzin, w porównaniu z gołym podłożem, gęstość prądu korozyjnego czystego tlenku glinu i powłoki kompozytowej z tlenku glinu zawierającej nanomateriały dodatkowe wynosi mniejsza, a wartość rezystancji większa.Wartość rezystancji powłoki ceramicznej zawierającej nanorurki węglowe i powłoki zawierającej grafen jest prawie taka sama, natomiast struktura powłoki z nanorurkami węglowymi i materiałami kompozytowymi grafenowymi jest znacznie zwiększona, dzieje się tak ze względu na synergistyczne działanie jednowymiarowych nanorurek węglowych i dwuwymiarowego grafenu poprawia odporność materiału na korozję.
Wraz ze wzrostem czasu zanurzenia (19,5 h) wzrasta odporność gołego podłoża, wskazując, że znajduje się ono w drugim etapie korozji i na powierzchni podłoża wytwarza się film tlenków metalu.Podobnie, wraz ze wzrostem czasu wzrasta również odporność powłoki ceramicznej z czystego tlenku glinu, co wskazuje, że w tym czasie, mimo że powłoka ceramiczna działa spowalniająco, elektrolit przeniknął przez powierzchnię styku powłoka/osnowa i wytworzył warstwę tlenkową 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 spadła wraz ze wzrostem czasu, zmniejszyła się odpowiednio o 22,94%, 25,60% i 9,61%, co wskazuje, że w tym momencie elektrolit nie przedostał się w spoinę powłoki z podłożem, dzieje się tak dlatego, że struktura nanorurek węglowych i grafenu blokuje penetrację elektrolitu w dół, chroniąc w ten sposób macierz.Synergistyczny efekt tych dwóch produktów jest dalej weryfikowany.Powłoka zawierająca dwa nanomateriały ma lepszą odporność na korozję.
Dzięki krzywej Tafela i krzywej zmiany wartości impedancji elektrycznej stwierdzono, że powłoka ceramiczna z tlenku glinu z grafenem, nanorurkami węglowymi i ich mieszaniną może poprawić odporność na korozję metalowej osnowy, a synergistyczny efekt obu może jeszcze bardziej poprawić korozję wytrzymałość adhezyjnej powłoki ceramicznej.W celu dalszego zbadania wpływu nanododatków na odporność powłoki na korozję, zaobserwowano morfologię mikropowierzchni powłoki po korozji.
Składać
Rysunek 5 (A1, A2, B1, B2) przedstawia morfologię powierzchni odsłoniętej stali nierdzewnej 304 i powlekanej ceramiki z czystego tlenku glinu w różnym powiększeniu po korozji.Rysunek 5 (A2) pokazuje, że powierzchnia po korozji staje się szorstka.W przypadku gołego podłoża po zanurzeniu w elektrolicie na powierzchni pojawia się kilka dużych wżerów korozyjnych, co wskazuje, że odporność korozyjna osnowy z gołego metalu jest słaba, a elektrolit łatwo przenika do osnowy.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 inwazję elektrolitu, co wyjaśnia przyczynę skuteczna poprawa impedancji powłoki ceramicznej z tlenku glinu.
Składać
Morfologia powierzchni mwnt-cooh-sdbs, powłok zawierających 0,2% grafenu i powłok zawierających 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafenu.Można zauważyć, że dwie powłoki zawierające grafen na rysunku 6 (B2 i C2) mają płaską strukturę, wiązanie pomiędzy cząstkami w powłoce jest ścisłe, a cząstki kruszywa są szczelnie owinięte klejem.Chociaż powierzchnia ulega erozji pod wpływem elektrolitu, tworzy się mniej kanałów porów.Po korozji powierzchnia powłoki jest gęsta i występuje niewiele struktur defektowych.Dla rysunku 6 (A1, A2), ze względu na charakterystykę mwnt-cooh-sdbs, powłoka przed korozją ma równomiernie rozłożoną strukturę porowatą.Po korozji pory oryginalnej części stają się wąskie i długie, a kanał staje się głębszy.W porównaniu z rysunkiem 6 (B2, C2) struktura posiada więcej defektów, co jest zgodne z rozkładem wielkości wartości impedancji powłoki uzyskanym z badania korozji elektrochemicznej.Wykazano, że powłoka ceramiczna z tlenku glinu zawierająca grafen, zwłaszcza mieszanina grafenu i nanorurki węglowej, charakteryzuje się najlepszą odpornością 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 korozyjnej 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% mieszanki grafenu i powłoki ceramicznej z tlenku glinu, gęstość prądu korozyjnego wzrosła z 2,890 × 10-6 A / cm2 do 1,536 × 10-6 A / cm2, impedancja elektryczna wzrasta 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 złącza powłoka/podłoże, tworząc warstwę tlenku metalu, która utrudnia penetrację elektrolitu w podłoże.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.Po namoczeniu przez 19,5 h impedancja elektryczna powłoki zawierającej nanomateriały spadła odpowiednio o 22,94%, 25,60% i 9,61%, a odporność korozyjna powłoki była dobra.
6. Mechanizm wpływu na odporność korozyjną powłok
Dzięki krzywej Tafela i krzywej zmiany wartości impedancji elektrycznej stwierdzono, że powłoka ceramiczna z tlenku glinu z grafenem, nanorurkami węglowymi i ich mieszaniną może poprawić odporność na korozję metalowej osnowy, a synergistyczny efekt obu może jeszcze bardziej poprawić korozję wytrzymałość adhezyjnej powłoki ceramicznej.W celu dalszego zbadania wpływu nanododatków na odporność powłoki na korozję, zaobserwowano morfologię mikropowierzchni powłoki po korozji.
Rysunek 5 (A1, A2, B1, B2) przedstawia morfologię powierzchni odsłoniętej stali nierdzewnej 304 i powlekanej ceramiki z czystego tlenku glinu w różnym powiększeniu po korozji.Rysunek 5 (A2) pokazuje, że powierzchnia po korozji staje się szorstka.W przypadku gołego podłoża po zanurzeniu w elektrolicie na powierzchni pojawia się kilka dużych wżerów korozyjnych, co wskazuje, że odporność korozyjna osnowy z gołego metalu jest słaba, a elektrolit łatwo przenika do osnowy.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 inwazję elektrolitu, co wyjaśnia przyczynę skuteczna poprawa impedancji powłoki ceramicznej z tlenku glinu.
Morfologia powierzchni mwnt-cooh-sdbs, powłok zawierających 0,2% grafenu i powłok zawierających 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafenu.Można zauważyć, że dwie powłoki zawierające grafen na rysunku 6 (B2 i C2) mają płaską strukturę, wiązanie pomiędzy cząstkami w powłoce jest ścisłe, a cząstki kruszywa są szczelnie owinięte klejem.Chociaż powierzchnia ulega erozji pod wpływem elektrolitu, tworzy się mniej kanałów porów.Po korozji powierzchnia powłoki jest gęsta i występuje niewiele struktur defektowych.Dla rysunku 6 (A1, A2), ze względu na charakterystykę mwnt-cooh-sdbs, powłoka przed korozją ma równomiernie rozłożoną strukturę porowatą.Po korozji pory oryginalnej części stają się wąskie i długie, a kanał staje się głębszy.W porównaniu z rysunkiem 6 (B2, C2) struktura posiada więcej defektów, co jest zgodne z rozkładem wielkości wartości impedancji powłoki uzyskanym z badania korozji elektrochemicznej.Wykazano, że powłoka ceramiczna z tlenku glinu zawierająca grafen, zwłaszcza mieszanina grafenu i nanorurki węglowej, charakteryzuje się najlepszą odpornością 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 korozyjnej 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% mieszanki grafenu i powłoki ceramicznej z tlenku glinu, gęstość prądu korozyjnego wzrosła z 2,890 × 10-6 A / cm2 do 1,536 × 10-6 A / cm2, impedancja elektryczna wzrasta 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 złącza powłoka/podłoże, tworząc warstwę tlenku metalu, która utrudnia penetrację elektrolitu w podłoże.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.Po namoczeniu przez 19,5 h impedancja elektryczna powłoki zawierającej nanomateriały spadła odpowiednio o 22,94%, 25,60% i 9,61%, a odporność korozyjna powłoki była dobra.
(3) Ze względu na właściwości nanorurek węglowych, powłoka z dodatkiem samych nanorurek węglowych ma przed korozją równomiernie rozłożoną strukturę porowatą.Po korozji pory oryginalnej części stają się wąskie i długie, a kanały stają się głębsze.Powłoka zawierająca grafen ma płaską strukturę przed korozją, połączenie cząstek w powłoce jest bliskie, a cząstki kruszywa są szczelnie owinięte klejem.Chociaż po korozji powierzchnia ulega erozji pod wpływem elektrolitu, kanałów porów jest niewiele, a struktura jest nadal gęsta.Struktura nanorurek węglowych i grafenu może skutecznie blokować propagację pęknięć i chronić matrycę.
Czas publikacji: 09 marca 2022 r