1. Örtük hazırlığı
Sonrakı elektrokimyəvi sınaqları asanlaşdırmaq üçün əsas kimi 30 mm × 4 mm 304 paslanmayan polad seçilir. Substratın səthindəki qalıq oksid təbəqəsi və pas ləkələri zımpara ilə cilalanır və təmizlənir, asetonlu bir stəkana qoyulur, substratın səthindəki ləkələr Bangjie elektronika şirkətinin bg-06c ultrasəs təmizləyicisi ilə 20 dəqiqə emal edilir, metal substratın səthindəki aşınma qalıqları spirt və distillə edilmiş su ilə təmizlənir və üfləyici ilə qurudulur. Daha sonra alüminium oksidi (Al2O3), qrafen və hibrid karbon nanotübü (mwnt-coohsdbs) nisbətdə (100: 0: 0, 99.8: 0.2: 0, 99.8: 0: 0.2, 99.6: 0.2: 0.2) hazırlanır və kürə frezeleme və qarışdırma üçün kürə dəyirmanına (Nanjing NANDA cihazlar fabrikinin qm-3sp2) qoyulur. Kürə dəyirmanının fırlanma sürəti 220 dövr/dəq olaraq təyin edildi və kürə dəyirmanı fırlandı
Kürəcikli frezerdən sonra, kürəcikli frezer çəninin fırlanma sürətini növbə ilə 1/2 olaraq təyin edin və kürəcikli frezer çəninin fırlanma sürətini növbə ilə 1/2 olaraq təyin edin. Kürəcikli frezerlənmiş keramika aqreqatı və bağlayıcı 1.0 × 0.8 kütlə payına uyğun olaraq bərabər şəkildə qarışdırılır. Nəhayət, yapışqan keramika örtüyü bərkimə prosesi ilə əldə edildi.
2. Korroziya testi
Bu tədqiqatda elektrokimyəvi korroziya sınağı Şanxay Chenhua chi660e elektrokimyəvi iş stansiyasından istifadə edir və sınaq üç elektrodlu sınaq sistemini qəbul edir. Platin elektrod köməkçi elektrod, gümüş xlorid elektrod istinad elektrodu, örtülmüş nümunə isə 1 sm2 effektiv məruz qalma sahəsinə malik işçi elektroddur. Şəkil 1 və 2-də göstərildiyi kimi, elektrolit elementindəki istinad elektrodu, işçi elektrodu və köməkçi elektrodu cihazla birləşdirin. Testdən əvvəl nümunəni 3,5% NaCl məhlulundan ibarət olan elektrolitdə isladın.
3. Örtüklərin elektrokimyəvi korroziyasının Tafel təhlili
Şəkil 3, 19 saat elektrokimyəvi korroziyadan sonra müxtəlif nano qatqılarla örtülmüş örtüksüz substrat və keramika örtüyünün Tafel əyrisini göstərir. Elektrokimyəvi korroziya sınağından əldə edilən korroziya gərginliyi, korroziya cərəyanının sıxlığı və elektrik impedansı sınağı məlumatları Cədvəl 1-də göstərilmişdir.
Göndər
Korroziya cərəyanının sıxlığı daha kiçik və korroziyaya davamlılıq səmərəliliyi daha yüksək olduqda, örtüyün korroziyaya davamlılıq təsiri daha yaxşıdır. Şəkil 3 və cədvəl 1-dən göründüyü kimi, korroziya müddəti 19 saat olduqda, çılpaq metal matrisinin maksimum korroziya gərginliyi -0.680 V-dur və matrisin korroziya cərəyanının sıxlığı da ən böyükdür və 2.890 × 10-6 A/sm2-ə çatır. Təmiz alüminium oksidi keramika örtüyü ilə örtüldükdə korroziya cərəyanının sıxlığı 78%-ə qədər azalıb və PE 22.01% təşkil edib. Bu, keramika örtüyünün daha yaxşı qoruyucu rol oynadığını və neytral elektrolitdə örtüyün korroziyaya davamlılığını artıra biləcəyini göstərir.
Örtüyə 0,2% mwnt-cooh-sdbs və ya 0,2% qrafen əlavə edildikdə, korroziya cərəyanının sıxlığı azalmış, müqavimət artmış və örtüyün korroziyaya davamlılığı daha da yaxşılaşmış, PE müvafiq olaraq 38,48% və 40,10% təşkil etmişdir. Səth 0,2% mwnt-cooh-sdbs və 0,2% qrafen qarışıq alüminium oksidi örtüyü ilə örtüldükdə, korroziya cərəyanı 2,890 × 10-6 A / sm2-dən 1,536 × 10-6 A / sm2-yə qədər daha da azalmış, maksimum müqavimət dəyəri 11388 Ω-dan 28079 Ω-a qədər artmış və örtüyün PE-si 46,85%-ə çata bilər. Bu, hazırlanmış hədəf məhsulun yaxşı korroziyaya davamlılığa malik olduğunu və karbon nanotübüklərinin və qrafenin sinergetik təsiri keramika örtüyünün korroziyaya davamlılığını effektiv şəkildə artıra biləcəyini göstərir.
4. İslatma müddətinin örtük empedansına təsiri
Örtüyün korroziyaya davamlılığını daha da araşdırmaq üçün, nümunənin elektrolitdə batırılma müddətinin sınaqa təsirini nəzərə alaraq, Şəkil 4-də göstərildiyi kimi, müxtəlif batırılma müddətində dörd örtüyün müqavimətinin dəyişiklik əyriləri əldə edilir.
Göndər
Batırılmanın ilkin mərhələsində (10 saat), örtüyün yaxşı sıxlığı və quruluşu səbəbindən elektrolitin örtüyə batırılması çətin olur. Bu zaman keramika örtüyü yüksək müqavimət göstərir. Bir müddət islatdıqdan sonra müqavimət əhəmiyyətli dərəcədə azalır, çünki zaman keçdikcə elektrolit örtükdəki məsamələr və çatlar vasitəsilə tədricən korroziya kanalı əmələ gətirir və matrisə nüfuz edir və nəticədə örtüyün müqaviməti əhəmiyyətli dərəcədə azalır.
İkinci mərhələdə, korroziya məhsulları müəyyən bir miqdara qədər artdıqda, diffuziya bloklanır və boşluq tədricən bloklanır. Eyni zamanda, elektrolit birləşmə alt təbəqəsinin/matrisanın birləşmə səthinə nüfuz etdikdə, su molekulları örtük/matris qovşağında matrisdəki Fe elementi ilə reaksiyaya girərək nazik metal oksid təbəqəsi əmələ gətirir ki, bu da elektrolitin matrisə nüfuz etməsinə mane olur və müqavimət dəyərini artırır. Çılpaq metal matrisi elektrokimyəvi olaraq korroziyaya uğradıqda, yaşıl flokulyant çöküntünün çox hissəsi elektrolitin dibində əmələ gəlir. Örtülmüş nümunəni elektroliz edərkən elektrolitik məhlul rəngini dəyişməyib ki, bu da yuxarıdakı kimyəvi reaksiyanın mövcudluğunu sübut edə bilər.
Qısa islatma müddəti və böyük xarici təsir amilləri səbəbindən, elektrokimyəvi parametrlərin dəqiq dəyişiklik əlaqəsini daha da əldə etmək üçün 19 saat və 19,5 saatlıq Tafel əyriləri təhlil edilir. zsimpwin analiz proqram təminatı ilə əldə edilən korroziya cərəyanının sıxlığı və müqaviməti Cədvəl 2-də göstərilmişdir. Məlum olur ki, 19 saat isladıldıqda, çılpaq substratla müqayisədə, nano qatqı materiallarından ibarət təmiz alüminium oksidi və alüminium oksidi kompozit örtüyünün korroziya cərəyanının sıxlığı daha kiçik, müqavimət dəyəri isə daha böyükdür. Karbon nanotüpləri olan keramika örtüyünün və qrafen tərkibli örtüyün müqavimət dəyəri demək olar ki, eynidir, karbon nanotüpləri və qrafen kompozit materialları ilə örtük strukturu isə əhəmiyyətli dərəcədə artır. Bunun səbəbi birölçülü karbon nanotüplərinin və ikiölçülü qrafenin sinergetik təsiri materialın korroziyaya davamlılığını yaxşılaşdırmasıdır.
Batırılma müddətinin artması (19,5 saat) ilə çılpaq substratın müqaviməti artır, bu da onun korroziyanın ikinci mərhələsində olduğunu və substratın səthində metal oksid təbəqəsinin əmələ gəldiyini göstərir. Eynilə, zamanın artması ilə təmiz alüminium oksid keramika örtüyünün müqaviməti də artır, bu da keramika örtüyünün yavaşlatıcı təsirinə baxmayaraq, elektrolitin örtük/matrisanın bağlanma sərhədinə nüfuz etdiyini və kimyəvi reaksiya nəticəsində oksid təbəqəsi əmələ gətirdiyini göstərir.
0,2% mwnt-cooh-sdbs tərkibli alüminium oksidi örtüyü, 0,2% qrafen tərkibli alüminium oksidi örtüyü və 0,2% mwnt-cooh-sdbs və 0,2% qrafen tərkibli alüminium oksidi örtüyü ilə müqayisədə örtük müqaviməti zamanla əhəmiyyətli dərəcədə azalmış, müvafiq olaraq 22,94%, 25,60% və 9,61% azalmışdır ki, bu da elektrolitin örtüklə substrat arasındakı birləşməyə nüfuz etmədiyini göstərir. Bunun səbəbi karbon nanotublarının və qrafenin strukturunun elektrolitin aşağıya doğru nüfuz etməsini maneə törətməsi və beləliklə matrixi qorumasıdır. İkisinin sinergetik təsiri daha da təsdiqlənir. İki nano materialdan ibarət örtük daha yaxşı korroziyaya davamlılığa malikdir.
Tafel əyrisi və elektrik impedans dəyərinin dəyişmə əyrisi vasitəsilə qrafen, karbon nanotubları və onların qarışığı ilə alüminium oksid keramika örtüyünün metal matrisinin korroziyaya davamlılığını artıra biləcəyi və ikisinin sinergetik təsiri yapışqan keramika örtüyünün korroziyaya davamlılığını daha da artıra biləcəyi aşkar edilmişdir. Nano aşqarların örtüyün korroziyaya davamlılığına təsirini daha da araşdırmaq üçün korroziyadan sonra örtüyün mikro səth morfologiyası müşahidə edilmişdir.
Göndər
Şəkil 5 (A1, A2, B1, B2) korroziyadan sonra müxtəlif böyüdülmələrdə məruz qalan 304 paslanmayan polad və örtüklü təmiz alüminium keramikasının səth morfologiyasını göstərir. Şəkil 5 (A2) korroziyadan sonra səthin kobudlaşdığını göstərir. Çılpaq substrat üçün elektrolitə batırıldıqdan sonra səthdə bir neçə böyük korroziya çuxuru əmələ gəlir ki, bu da çılpaq metal matrisinin korroziyaya davamlılığının zəif olduğunu və elektrolitin matrisə asanlıqla nüfuz etdiyini göstərir. Şəkil 5-də (B2) göstərildiyi kimi, təmiz alüminium keramika örtüyü üçün korroziyadan sonra məsaməli korroziya kanalları yaransa da, təmiz alüminium keramika örtüyünün nisbətən sıx strukturu və əla korroziyaya davamlılığı elektrolitin invaziyasını effektiv şəkildə bloklayır ki, bu da alüminium keramika örtüyünün impedansının effektiv şəkildə yaxşılaşmasının səbəbini izah edir.
Göndər
0,2% qrafen tərkibli örtüklər və 0,2% mwnt-cooh-sdbs və 0,2% qrafen tərkibli örtüklər olan mwnt-cooh-sdbs-lərin səth morfologiyası. Şəkil 6-da (B2 və C2) qrafen tərkibli iki örtüyün düz quruluşa malik olduğunu, örtükdəki hissəciklər arasındakı bağlanmanın sıx olduğunu və aqreqat hissəciklərinin yapışdırıcı ilə sıx şəkildə büküldüyünü görmək olar. Səth elektrolit tərəfindən aşınsa da, daha az məsamə kanalları əmələ gəlir. Korroziyadan sonra örtük səthi sıx olur və qüsurlu strukturlar azdır. Şəkil 6 (A1, A2) üçün, mwnt-cooh-sdbs-lərin xüsusiyyətlərinə görə korroziyadan əvvəlki örtük bərabər paylanmış məsaməli strukturdur. Korroziyadan sonra orijinal hissənin məsamələri dar və uzun olur və kanal daha dərinləşir. Şəkil 6 (B2, C2) ilə müqayisədə strukturda daha çox qüsur var ki, bu da elektrokimyəvi korroziya sınağından əldə edilən örtük impedans dəyərinin ölçü paylanması ilə uyğun gəlir. Bu, qrafen ehtiva edən alüminium oksidi keramika örtüyünün, xüsusən də qrafen və karbon nanotube qarışığının ən yaxşı korroziyaya davamlılığa malik olduğunu göstərir. Çünki karbon nanotube və qrafenin strukturu çatların yayılmasını effektiv şəkildə bloklaya və matrisi qoruya bilər.
5. Müzakirə və xülasə
Alüminium oksidi keramika örtüyü üzərində karbon nanotublarının və qrafen əlavələrinin korroziyaya davamlılıq sınağı və örtüyün səth mikrostrukturunun təhlili nəticəsində aşağıdakı nəticələr əldə edilmişdir:
(1) Korroziya müddəti 19 saat olduqda, 0,2% hibrid karbon nanoboru + 0,2% qrafen qarışıq material alüminium oksidi keramika örtüyü əlavə edildikdə, korroziya cərəyanının sıxlığı 2,890 × 10-6 A / sm2-dən 1,536 × 10-6 A / sm2-yə qədər artdı, elektrik impedansı 11388 Ω-dən 28079 Ω-a qədər artırıldı və korroziyaya davamlılıq səmərəliliyi ən böyük, 46,85% oldu. Təmiz alüminium oksidi keramika örtüyü ilə müqayisədə qrafen və karbon nanoboruları olan kompozit örtük daha yaxşı korroziyaya davamlılığa malikdir.
(2) Elektrolitin batırılma müddətinin artması ilə elektrolit örtük/substratın birləşmə səthinə nüfuz edərək metal oksid təbəqəsi əmələ gətirir ki, bu da elektrolitin substrata nüfuz etməsinə mane olur. Elektrik impedansı əvvəlcə azalır, sonra artır və təmiz alüminium oksid keramika örtüyünün korroziyaya davamlılığı zəifdir. Karbon nanotublarının və qrafenin strukturu və sinergiyası elektrolitin aşağıya doğru nüfuz etməsinə mane olur. 19,5 saat isladıldıqda, nano materialları ehtiva edən örtüyün elektrik impedansı müvafiq olaraq 22,94%, 25,60% və 9,61% azalıb və örtüyün korroziyaya davamlılığı yaxşı olub.
6. Kaplamanın korroziyaya davamlılığının təsir mexanizmi
Tafel əyrisi və elektrik impedans dəyərinin dəyişmə əyrisi vasitəsilə qrafen, karbon nanotubları və onların qarışığı ilə alüminium oksid keramika örtüyünün metal matrisinin korroziyaya davamlılığını artıra biləcəyi və ikisinin sinergetik təsiri yapışqan keramika örtüyünün korroziyaya davamlılığını daha da artıra biləcəyi aşkar edilmişdir. Nano aşqarların örtüyün korroziyaya davamlılığına təsirini daha da araşdırmaq üçün korroziyadan sonra örtüyün mikro səth morfologiyası müşahidə edilmişdir.
Şəkil 5 (A1, A2, B1, B2) korroziyadan sonra müxtəlif böyüdülmələrdə məruz qalan 304 paslanmayan polad və örtüklü təmiz alüminium keramikasının səth morfologiyasını göstərir. Şəkil 5 (A2) korroziyadan sonra səthin kobudlaşdığını göstərir. Çılpaq substrat üçün elektrolitə batırıldıqdan sonra səthdə bir neçə böyük korroziya çuxuru əmələ gəlir ki, bu da çılpaq metal matrisinin korroziyaya davamlılığının zəif olduğunu və elektrolitin matrisə asanlıqla nüfuz etdiyini göstərir. Şəkil 5-də (B2) göstərildiyi kimi, təmiz alüminium keramika örtüyü üçün korroziyadan sonra məsaməli korroziya kanalları yaransa da, təmiz alüminium keramika örtüyünün nisbətən sıx strukturu və əla korroziyaya davamlılığı elektrolitin invaziyasını effektiv şəkildə bloklayır ki, bu da alüminium keramika örtüyünün impedansının effektiv şəkildə yaxşılaşmasının səbəbini izah edir.
0,2% qrafen tərkibli örtüklər və 0,2% mwnt-cooh-sdbs və 0,2% qrafen tərkibli örtüklər olan mwnt-cooh-sdbs-lərin səth morfologiyası. Şəkil 6-da (B2 və C2) qrafen tərkibli iki örtüyün düz quruluşa malik olduğunu, örtükdəki hissəciklər arasındakı bağlanmanın sıx olduğunu və aqreqat hissəciklərinin yapışdırıcı ilə sıx şəkildə büküldüyünü görmək olar. Səth elektrolit tərəfindən aşınsa da, daha az məsamə kanalları əmələ gəlir. Korroziyadan sonra örtük səthi sıx olur və qüsurlu strukturlar azdır. Şəkil 6 (A1, A2) üçün, mwnt-cooh-sdbs-lərin xüsusiyyətlərinə görə korroziyadan əvvəlki örtük bərabər paylanmış məsaməli strukturdur. Korroziyadan sonra orijinal hissənin məsamələri dar və uzun olur və kanal daha dərinləşir. Şəkil 6 (B2, C2) ilə müqayisədə strukturda daha çox qüsur var ki, bu da elektrokimyəvi korroziya sınağından əldə edilən örtük impedans dəyərinin ölçü paylanması ilə uyğun gəlir. Bu, qrafen ehtiva edən alüminium oksidi keramika örtüyünün, xüsusən də qrafen və karbon nanotube qarışığının ən yaxşı korroziyaya davamlılığa malik olduğunu göstərir. Çünki karbon nanotube və qrafenin strukturu çatların yayılmasını effektiv şəkildə bloklaya və matrisi qoruya bilər.
7. Müzakirə və xülasə
Alüminium oksidi keramika örtüyü üzərində karbon nanotublarının və qrafen əlavələrinin korroziyaya davamlılıq sınağı və örtüyün səth mikrostrukturunun təhlili nəticəsində aşağıdakı nəticələr əldə edilmişdir:
(1) Korroziya müddəti 19 saat olduqda, 0,2% hibrid karbon nanoboru + 0,2% qrafen qarışıq material alüminium oksidi keramika örtüyü əlavə edildikdə, korroziya cərəyanının sıxlığı 2,890 × 10-6 A / sm2-dən 1,536 × 10-6 A / sm2-yə qədər artdı, elektrik impedansı 11388 Ω-dən 28079 Ω-a qədər artırıldı və korroziyaya davamlılıq səmərəliliyi ən böyük, 46,85% oldu. Təmiz alüminium oksidi keramika örtüyü ilə müqayisədə qrafen və karbon nanoboruları olan kompozit örtük daha yaxşı korroziyaya davamlılığa malikdir.
(2) Elektrolitin batırılma müddətinin artması ilə elektrolit örtük/substratın birləşmə səthinə nüfuz edərək metal oksid təbəqəsi əmələ gətirir ki, bu da elektrolitin substrata nüfuz etməsinə mane olur. Elektrik impedansı əvvəlcə azalır, sonra artır və təmiz alüminium oksid keramika örtüyünün korroziyaya davamlılığı zəifdir. Karbon nanotublarının və qrafenin strukturu və sinergiyası elektrolitin aşağıya doğru nüfuz etməsinə mane olur. 19,5 saat isladıldıqda, nano materialları ehtiva edən örtüyün elektrik impedansı müvafiq olaraq 22,94%, 25,60% və 9,61% azalıb və örtüyün korroziyaya davamlılığı yaxşı olub.
(3) Karbon nanotübüklərinin xüsusiyyətlərinə görə, təkcə karbon nanotübükləri ilə əlavə edilən örtük korroziyadan əvvəl vahid paylanmış məsaməli quruluşa malikdir. Korroziyadan sonra orijinal hissənin məsamələri dar və uzun olur, kanallar isə daha dərinləşir. Qrafen ehtiva edən örtük korroziyadan əvvəl düz quruluşa malikdir, örtükdəki hissəciklər arasındakı birləşmə sıxdır və aqreqat hissəciklər yapışqanla möhkəm bükülür. Korroziyadan sonra səth elektrolit tərəfindən aşınsa da, məsamə kanalları azdır və quruluş hələ də sıxdır. Karbon nanotübüklərinin və qrafenin quruluşu çatların yayılmasını effektiv şəkildə bloklaya və matrisi qoruya bilər.
Yazı vaxtı: 09 Mart 2022