1. Падрыхтоўка пакрыцця
Для палягчэння наступных электрахімічных выпрабаванняў у якасці асновы абраная нержавеючая сталь 304 памерам 30 мм × 4 мм. Паліруйце і выдаліце рэшткі аксіднага пласта і плямы іржы з паверхні падкладкі наждачнай паперай, змясціце іх у шклянку з ацэтонам, апрацуйце плямы на паверхні падкладкі ультрагукавым ачышчальнікам bg-06c кампаніі Bangjie Electronics на працягу 20 хвілін, выдаліце рэшткі зносу з паверхні металічнай падкладкі спіртам і дыстыляванай вадой і высушыце іх паветранадзімалкай. Затым падрыхтавалі аксід алюмінію (Al2O3), графен і гібрыдныя вугляродныя нанатрубкі (mwnt-coohsdbs) у прапорцыях (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) і змясцілі ў шаравы млын (qm-3sp2 завода па вытворчасці інструментаў Nanjing NANDA) для шаровага памолу і змешвання. Хуткасць кручэння шаровага млына была ўстаноўлена на 220 аб/мін, і шаровы млын быў уключаны ў рэжым
Пасля шаровага памолу хуткасць кручэння бака шаровага памолу па чарзе ўсталёўваецца на 1/2 пасля завяршэння шаровага памолу, і хуткасць кручэння бака шаровага памолу па чарзе ўсталёўваецца на 1/2 пасля завяршэння шаровага памолу. Здробнены ў шаровым памоле керамічны запаўняльнік і звязальнае рэчыва раўнамерна змешваюцца ў адпаведнасці з масавай доляй 1,0 ∶ 0,8. Нарэшце, шляхам працэсу зацвярдзення атрымліваецца адгезійнае керамічнае пакрыццё.
2. Выпрабаванне на карозію
У гэтым даследаванні для электрахімічных выпрабаванняў на карозію выкарыстоўваецца электрахімічная рабочая станцыя Shanghai Chenhua chi660e, і выпрабаванне выкарыстоўвае трохэлектродную выпрабавальную сістэму. Плацінавы электрод з'яўляецца дапаможным электродам, хларыдсрэбраны электрод - электродам эталона, а пакрыты ўзор - рабочым электродам, з эфектыўнай плошчай экспазіцыі 1 см2. Злучыце электрод эталона, рабочы электрод і дапаможны электрод у электралітычнай ячэйцы з прыборам, як паказана на малюнках 1 і 2. Перад выпрабаваннем замочыце ўзор у электраліце, які ўяўляе сабой 3,5% раствор NaCl.
3. Тафелеўскі аналіз электрахімічнай карозіі пакрыццяў
На мал. 3 паказана крывая Тафеля непакрытай падкладкі і керамічнага пакрыцця, пакрытага рознымі нанададаткамі, пасля электрахімічнай карозіі на працягу 19 гадзін. Дадзеныя выпрабаванняў на напружанне карозіі, шчыльнасць току карозіі і электрычны імпеданс, атрыманыя ў выніку выпрабаванняў на электрахімічную карозію, паказаны ў табліцы 1.
Адправіць
Калі шчыльнасць току каразіі меншая, а эфектыўнасць каразійнай стойкасці вышэйшая, каразійны эфект пакрыцця лепшы. З малюнка 3 і табліцы 1 відаць, што пры часе карозіі 19 гадзін максімальнае напружанне карозіі голай металічнай матрыцы складае -0,680 В, а шчыльнасць току каразіі матрыцы таксама найбольшая і дасягае 2,890 × 10⁻⁶ А/см². Пры пакрыцці керамічным пакрыццём з чыстага аксіду алюмінію шчыльнасць току каразіі зніжаецца да 78%, а PE складае 22,01%. Гэта паказвае, што керамічнае пакрыццё адыгрывае лепшую ахоўную ролю і можа палепшыць каразійную стойкасць пакрыцця ў нейтральным электраліце.
Пры даданні ў пакрыццё 0,2% mwnt-cooh-sdbs або 0,2% графену шчыльнасць току каразіі зніжалася, супраціўленне павялічвалася, а каразійная стойкасць пакрыцця яшчэ больш паляпшалася, прычым PE складала 38,48% і 40,10% адпаведна. Пры пакрыцці паверхні змяшаным пакрыццём з аксіду алюмінію з 0,2% mwnt-cooh-sdbs і 0,2% графену ток каразіі яшчэ больш зніжаўся з 2,890 × 10⁻⁶ А/см² да 1,536 × 10⁻⁶ А/см², максімальнае значэнне супраціўлення павялічвалася з 11388 Ом да 28079 Ом, а PE пакрыцця мог дасягаць 46,85%. Гэта сведчыць аб тым, што атрыманы мэтавы прадукт мае добрую каразійную стойкасць, а сінергічны эфект вугляродных нанатрубак і графену можа эфектыўна палепшыць каразійную стойкасць керамічнага пакрыцця.
4. Уплыў часу вытрымкі на імпеданс пакрыцця
Для далейшага вывучэння каразійнай устойлівасці пакрыцця, улічваючы ўплыў часу апускання ўзору ў электраліт на выпрабаванне, былі атрыманы крывыя змены супраціўлення чатырох пакрыццяў пры розным часе апускання, як паказана на малюнку 4.
Адправіць
На пачатковым этапе апускання (10 гадзін) з-за добрай шчыльнасці і структуры пакрыцця электраліт цяжка апускаць у пакрыццё. У гэты час керамічнае пакрыццё праяўляе высокую ўстойлівасць. Пасля вытрымкі на працягу пэўнага часу супраціўленне значна зніжаецца, бо з цягам часу электраліт паступова ўтварае карозійны канал праз поры і расколіны ў пакрыцці і пранікае ў матрыцу, што прыводзіць да значнага зніжэння ўстойлівасці пакрыцця.
На другім этапе, калі колькасць прадуктаў карозіі павялічваецца да пэўнай колькасці, дыфузія блакуецца, і шчыліна паступова блакуецца. Адначасова, калі электраліт пранікае ў злучальную паверхню ніжняга злучнага пласта/матрыцы, малекулы вады рэагуюць з элементам Fe ў матрыцы на стыку пакрыцця/матрыцы, утвараючы тонкую плёнку аксіду металу, што перашкаджае пранікненню электраліта ў матрыцу і павялічвае значэнне супраціўлення. Пры электрахімічнай карозіі голай металічнай матрыцы большая частка зялёных хлопьевидных асадкаў утвараецца на дне электраліта. Электралітычны раствор не змяніў колер падчас электралізу пакрытага ўзору, што можа пацвердзіць існаванне вышэйзгаданай хімічнай рэакцыі.
З-за кароткага часу замочвання і значных знешніх фактараў уздзеяння, для атрымання дакладнай залежнасці ад змены электрахімічных параметраў былі прааналізаваны крывыя Тафеля за 19 гадзін і 19,5 гадзін. Шчыльнасць току карозіі і супраціўленне, атрыманыя з дапамогай праграмнага забеспячэння для аналізу zsimpwin, паказаны ў табліцы 2. Можна выявіць, што пры замочванні на працягу 19 гадзін, у параўнанні з неапрацаванай падкладкай, шчыльнасць току карозіі чыстага аксіду алюмінію і кампазітнага пакрыцця з аксіду алюмінію, якое змяшчае нанададаткі, меншая, а значэнне супраціўлення большае. Значэнне супраціўлення керамічнага пакрыцця, якое змяшчае вугляродныя нанатрубкі, і пакрыцця, якое змяшчае графен, практычна аднолькавае, у той час як структура пакрыцця з вугляроднымі нанатрубкамі і графенавымі кампазітнымі матэрыяламі значна паляпшаецца. Гэта звязана з тым, што сінергічны эфект аднамерных вугляродных нанатрубак і двухмернага графена паляпшае каразійную ўстойлівасць матэрыялу.
З павелічэннем часу апускання (19,5 гадзін) супраціўленне аголенай падкладкі павялічваецца, што сведчыць аб тым, што яна знаходзіцца на другой стадыі карозіі, і на паверхні падкладкі ўтвараецца плёнка аксіду металу. Аналагічна, з павелічэннем часу таксама павялічваецца супраціўленне керамічнага пакрыцця з чыстага аксіду алюмінію, што сведчыць аб тым, што ў гэты час, нягледзячы на запаволенне керамічнага пакрыцця, электраліт пранік у міжфазную мяжу пакрыцця/матрыцы і ў выніку хімічнай рэакцыі ўтварае плёнку аксіду.
У параўнанні з пакрыццём з аксіду алюмінію, якое змяшчае 0,2% mwnt-cooh-sdbs, пакрыццём з аксіду алюмінію, якое змяшчае 0,2% графену, і пакрыццём з аксіду алюмінію, якое змяшчае 0,2% mwnt-cooh-sdbs і 0,2% графену, устойлівасць пакрыцця значна зніжалася з павелічэннем часу, змяншаючыся на 22,94%, 25,60% і 9,61% адпаведна, што сведчыць аб тым, што электраліт не пранікаў у стык паміж пакрыццём і падкладкай у гэты час. Гэта звязана з тым, што структура вугляродных нанатрубак і графену блакуе пранікненне электраліта ўніз, тым самым абараняючы матрыцу. Сінергічны эфект гэтых двух матэрыялаў дадаткова пацвярджаецца. Пакрыццё, якое змяшчае два нанаматэрыялы, мае лепшую каразійную ўстойлівасць.
З дапамогай крывой Тафеля і крывой змены значэння электрычнага імпедансу было ўстаноўлена, што керамічнае пакрыццё з аксіду алюмінію з графенам, вугляроднымі нанатрубкамі і іх сумессю можа палепшыць каразійную ўстойлівасць металічнай матрыцы, а сінергічны эфект гэтых двух кампанентаў можа яшчэ больш палепшыць каразійную ўстойлівасць адгезійнага керамічнага пакрыцця. Для далейшага вывучэння ўплыву нанадабавак на каразійную ўстойлівасць пакрыцця была прааналізавана марфалогія мікрапаверхні пакрыцця пасля карозіі.
Адправіць
На малюнку 5 (A1, A2, B1, B2) паказана марфалогія паверхні адкрытай нержавеючай сталі 304 і пакрытай чыстай аксід алюмінію керамікі пры розным павелічэнні пасля карозіі. На малюнку 5 (A2) відаць, што паверхня пасля карозіі становіцца шурпатай. На голай падкладцы пасля апускання ў электраліт на паверхні з'яўляецца некалькі буйных каразійных ям, што сведчыць аб нізкай каразійнай устойлівасці матрыцы голага металу і лёгкам пранікненні электраліта ў матрыцу. У выпадку чыстага аксід алюмінію керамічнага пакрыцця, як паказана на малюнку 5 (B2), нягледзячы на тое, што пасля карозіі ўтвараюцца сітаватыя каразійныя каналы, адносна шчыльная структура і выдатная каразійная ўстойлівасць чыстага аксід алюмінію керамічнага пакрыцця эфектыўна блакуюць пранікненне электраліта, што тлумачыць прычыну эфектыўнага паляпшэння імпедансу пакрыцця з аксіду алюмінію керамікі.
Адправіць
Марфалогія паверхні mwnt-cooh-sdbs, пакрыццяў, якія змяшчаюць 0,2% графену, і пакрыццяў, якія змяшчаюць 0,2% mwnt-cooh-sdbs і 0,2% графену. Можна бачыць, што два пакрыцці, якія змяшчаюць графен на малюнку 6 (B2 і C2), маюць плоскую структуру, сувязь паміж часціцамі ў пакрыцці трывалая, а агрэгаваныя часціцы шчыльна абгорнуты клеем. Нягледзячы на тое, што паверхня раз'ядаецца электралітам, утвараецца менш поравых каналаў. Пасля карозіі паверхня пакрыцця шчыльная, і дэфектных структур мала. На малюнку 6 (A1, A2), з-за характарыстык mwnt-cooh-sdbs, пакрыццё да карозіі мае раўнамерна размеркаваную сітаватую структуру. Пасля карозіі поры зыходнай дэталі становяцца вузкімі і доўгімі, а канал становіцца глыбейшым. У параўнанні з малюнкам 6 (B2, C2), структура мае больш дэфектаў, што адпавядае размеркаванню памераў значэння імпедансу пакрыцця, атрыманага з дапамогай электрахімічнага выпрабавання на карозію. Гэта паказвае, што керамічнае пакрыццё з аксіду алюмінію, якое змяшчае графен, асабліва сумесь графена і вугляродных нанатрубак, мае найлепшую каразійную ўстойлівасць. Гэта тлумачыцца тым, што структура вугляродных нанатрубак і графена можа эфектыўна блакаваць распаўсюджванне расколін і абараняць матрыцу.
5. Абмеркаванне і рэзюмэ
Выпрабаванне вугляродных нанатрубак і графенавых дабавак на каразійную ўстойлівасць на керамічным пакрыцці з аксіду алюмінію, а таксама аналіз мікраструктуры паверхні пакрыцця дазволілі зрабіць наступныя высновы:
(1) Пры часе карозіі 19 гадзін і даданні 0,2% гібрыднага вугляроднага нанатрубкі + 0,2% графену ў керамічнае пакрыццё на аснове аксіду алюмінію шчыльнасць току каразіі павялічылася з 2,890 × 10⁻⁶ А/см² да 1,536 × 10⁻⁶ А/см², электрычны імпеданс павялічыўся з 11388 Ом да 28079 Ом, а эфектыўнасць каразійнай стойкасці дасягнула найбольшага значэння і склала 46,85%. У параўнанні з керамічным пакрыццём з чыстага аксіду алюмінію, кампазітнае пакрыццё з графенам і вугляроднымі нанатрубкамі мае лепшую каразійную стойкасць.
(2) Па меры павелічэння часу апускання электраліта, ён пранікае ў паверхню злучэння пакрыцця і падкладкі, утвараючы плёнку аксіду металу, што перашкаджае пранікненню электраліта ў падкладку. Электрычны імпеданс спачатку памяншаецца, а потым павялічваецца, і каразійная ўстойлівасць чыстага керамічнага пакрыцця з аксіду алюмінію нізкая. Структура і сінергія вугляродных нанатрубак і графену блакуюць пранікненне электраліта ўніз. Пры вытрымцы на працягу 19,5 гадзін электрычны імпеданс пакрыцця, якое змяшчае нанаматэрыялы, знізіўся на 22,94%, 25,60% і 9,61% адпаведна, і каразійная ўстойлівасць пакрыцця была добрай.
6. Механізм уплыву на каразійную стойкасць пакрыцця
З дапамогай крывой Тафеля і крывой змены значэння электрычнага імпедансу было ўстаноўлена, што керамічнае пакрыццё з аксіду алюмінію з графенам, вугляроднымі нанатрубкамі і іх сумессю можа палепшыць каразійную ўстойлівасць металічнай матрыцы, а сінергічны эфект гэтых двух кампанентаў можа яшчэ больш палепшыць каразійную ўстойлівасць адгезійнага керамічнага пакрыцця. Для далейшага вывучэння ўплыву нанадабавак на каразійную ўстойлівасць пакрыцця была прааналізавана марфалогія мікрапаверхні пакрыцця пасля карозіі.
На малюнку 5 (A1, A2, B1, B2) паказана марфалогія паверхні адкрытай нержавеючай сталі 304 і пакрытай чыстай аксід алюмінію керамікі пры розным павелічэнні пасля карозіі. На малюнку 5 (A2) відаць, што паверхня пасля карозіі становіцца шурпатай. На голай падкладцы пасля апускання ў электраліт на паверхні з'яўляецца некалькі буйных каразійных ям, што сведчыць аб нізкай каразійнай устойлівасці матрыцы голага металу і лёгкам пранікненні электраліта ў матрыцу. У выпадку чыстага аксід алюмінію керамічнага пакрыцця, як паказана на малюнку 5 (B2), нягледзячы на тое, што пасля карозіі ўтвараюцца сітаватыя каразійныя каналы, адносна шчыльная структура і выдатная каразійная ўстойлівасць чыстага аксід алюмінію керамічнага пакрыцця эфектыўна блакуюць пранікненне электраліта, што тлумачыць прычыну эфектыўнага паляпшэння імпедансу пакрыцця з аксіду алюмінію керамікі.
Марфалогія паверхні mwnt-cooh-sdbs, пакрыццяў, якія змяшчаюць 0,2% графену, і пакрыццяў, якія змяшчаюць 0,2% mwnt-cooh-sdbs і 0,2% графену. Можна бачыць, што два пакрыцці, якія змяшчаюць графен на малюнку 6 (B2 і C2), маюць плоскую структуру, сувязь паміж часціцамі ў пакрыцці трывалая, а агрэгаваныя часціцы шчыльна абгорнуты клеем. Нягледзячы на тое, што паверхня раз'ядаецца электралітам, утвараецца менш поравых каналаў. Пасля карозіі паверхня пакрыцця шчыльная, і дэфектных структур мала. На малюнку 6 (A1, A2), з-за характарыстык mwnt-cooh-sdbs, пакрыццё да карозіі мае раўнамерна размеркаваную сітаватую структуру. Пасля карозіі поры зыходнай дэталі становяцца вузкімі і доўгімі, а канал становіцца глыбейшым. У параўнанні з малюнкам 6 (B2, C2), структура мае больш дэфектаў, што адпавядае размеркаванню памераў значэння імпедансу пакрыцця, атрыманага з дапамогай электрахімічнага выпрабавання на карозію. Гэта паказвае, што керамічнае пакрыццё з аксіду алюмінію, якое змяшчае графен, асабліва сумесь графена і вугляродных нанатрубак, мае найлепшую каразійную ўстойлівасць. Гэта тлумачыцца тым, што структура вугляродных нанатрубак і графена можа эфектыўна блакаваць распаўсюджванне расколін і абараняць матрыцу.
7. Абмеркаванне і рэзюмэ
Выпрабаванне вугляродных нанатрубак і графенавых дабавак на каразійную ўстойлівасць на керамічным пакрыцці з аксіду алюмінію, а таксама аналіз мікраструктуры паверхні пакрыцця дазволілі зрабіць наступныя высновы:
(1) Пры часе карозіі 19 гадзін і даданні 0,2% гібрыднага вугляроднага нанатрубкі + 0,2% графену ў керамічнае пакрыццё на аснове аксіду алюмінію шчыльнасць току каразіі павялічылася з 2,890 × 10⁻⁶ А/см² да 1,536 × 10⁻⁶ А/см², электрычны імпеданс павялічыўся з 11388 Ом да 28079 Ом, а эфектыўнасць каразійнай стойкасці дасягнула найбольшага значэння і склала 46,85%. У параўнанні з керамічным пакрыццём з чыстага аксіду алюмінію, кампазітнае пакрыццё з графенам і вугляроднымі нанатрубкамі мае лепшую каразійную стойкасць.
(2) Па меры павелічэння часу апускання электраліта, ён пранікае ў паверхню злучэння пакрыцця і падкладкі, утвараючы плёнку аксіду металу, што перашкаджае пранікненню электраліта ў падкладку. Электрычны імпеданс спачатку памяншаецца, а потым павялічваецца, і каразійная ўстойлівасць чыстага керамічнага пакрыцця з аксіду алюмінію нізкая. Структура і сінергія вугляродных нанатрубак і графену блакуюць пранікненне электраліта ўніз. Пры вытрымцы на працягу 19,5 гадзін электрычны імпеданс пакрыцця, якое змяшчае нанаматэрыялы, знізіўся на 22,94%, 25,60% і 9,61% адпаведна, і каразійная ўстойлівасць пакрыцця была добрай.
(3) З-за характарыстык вугляродных нанатрубак пакрыццё, дададзенае толькі з вугляродных нанатрубак, мае раўнамерна размеркаваную сітаватую структуру да карозіі. Пасля карозіі пары зыходнай дэталі становяцца вузкімі і доўгімі, а каналы — глыбейшымі. Пакрыццё, якое змяшчае графен, мае плоскую структуру да карозіі, спалучэнне паміж часціцамі ў пакрыцці шчыльнае, а агрэгаваныя часціцы шчыльна абматаныя клеем. Нягледзячы на тое, што паверхня пасля карозіі разбураецца электралітам, застаецца мала поравых каналаў, і структура ўсё яшчэ шчыльная. Структура вугляродных нанатрубак і графена можа эфектыўна блакаваць распаўсюджванне расколін і абараняць матрыцу.
Час публікацыі: 09 сакавіка 2022 г.