1. Подготовка на покритието
За да се улесни по-късният електрохимичен тест, за основа е избрана неръждаема стомана 304 с размери 30 мм × 4 мм. Полирайте и отстранете остатъчния оксиден слой и петната от ръжда от повърхността на субстрата с шкурка, поставете ги в чаша, съдържаща ацетон, третирайте петната по повърхността на субстрата с ултразвуков препарат bg-06c на Bangjie Electronics Company за 20 минути, отстранете остатъците от износване от повърхността на металния субстрат с алкохол и дестилирана вода и ги подсушете с вентилатор. След това алуминиев оксид (Al2O3), графен и хибридна въглеродна нанотръба (mwnt-coohsdbs) бяха приготвени в съотношение (100:0:0, 99.8:0.2:0, 99.8:0:0.2, 99.6:0.2:0.2) и поставени в топкова мелница (qm-3sp2 от фабриката за инструменти Nanjing NANDA) за топково смилане и смесване. Скоростта на въртене на топковата мелница беше настроена на 220 об/мин и топковата мелница беше включена на
След топковото смилане, скоростта на въртене на резервоара за топкова мелница се регулира 1/2, като се редува след завършване на топковото смилане, и скоростта на въртене на резервоара за топкова мелница се регулира 1/2, като се редува след завършване на топковото смилане. Керамичният агрегат и свързващото вещество, смлени в топкова мелница, се смесват равномерно в съответствие с масовата фракция 1,0 ∶ 0,8. Накрая, чрез процес на втвърдяване се получава адхезивното керамично покритие.
2. Изпитване за корозия
В това проучване, електрохимичният тест за корозия използва електрохимична работна станция Shanghai Chenhua chi660e, а тестът използва триелектродна тестова система. Платиненият електрод е спомагателният електрод, сребърно-сребърно-хлоридният електрод е референтният електрод, а покритата проба е работният електрод, с ефективна площ на експозиция от 1 cm2. Свържете референтния електрод, работния електрод и спомагателния електрод в електролитната клетка с инструмента, както е показано на фигури 1 и 2. Преди теста, накиснете пробата в електролита, който е 3,5% разтвор на NaCl.
3. Тафелов анализ на електрохимичната корозия на покритията
Фиг. 3 показва Тафелова крива на непокрит субстрат и керамично покритие, покрито с различни нано добавки, след електрохимична корозия в продължение на 19 часа. Данните от изпитването за корозионно напрежение, плътност на корозионния ток и електрически импеданс, получени от електрохимичния корозионен тест, са показани в Таблица 1.
Изпращане
Когато плътността на корозионния ток е по-малка и ефективността на корозионна устойчивост е по-висока, корозионният ефект на покритието е по-добър. От Фигура 3 и Таблица 1 може да се види, че когато времето за корозия е 19 часа, максималното корозионно напрежение на голата метална матрица е -0,680 V, а плътността на корозионния ток на матрицата също е най-голяма, достигайки 2,890 × 10-6 A/cm2. При покритие с чисто алуминиево керамично покритие, плътността на корозионния ток намалява до 78%, а PE е 22,01%. Това показва, че керамичното покритие играе по-добра защитна роля и може да подобри корозионната устойчивост на покритието в неутрален електролит.
Когато към покритието бяха добавени 0,2% mwnt-cooh-sdbs или 0,2% графен, плътността на корозионния ток намаля, съпротивлението се увеличи и корозионната устойчивост на покритието се подобри допълнително, с PE от съответно 38,48% и 40,10%. Когато повърхността е покрита със смесено алуминиево покритие от 0,2% mwnt-cooh-sdbs и 0,2% графен, корозионният ток допълнително се намали от 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² до 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², като максималната стойност на съпротивлението се увеличи от 11388 Ω до 28079 Ω, а PE на покритието може да достигне 46,85%. Това показва, че полученият целеви продукт има добра корозионна устойчивост, а синергичният ефект на въглеродните нанотръби и графена може ефективно да подобри корозионната устойчивост на керамичното покритие.
4. Влияние на времето на накисване върху импеданса на покритието
За да се проучи по-нататък корозионната устойчивост на покритието, като се вземе предвид влиянието на времето на потапяне на пробата в електролита върху изпитването, са получени кривите на промяна на съпротивлението на четирите покрития при различно време на потапяне, както е показано на Фигура 4.
Изпращане
В началния етап на потапяне (10 часа), поради добрата плътност и структура на покритието, електролитът е труден за потапяне в него. В този момент керамичното покритие показва висока устойчивост. След накисване за определен период от време, съпротивлението намалява значително, тъй като с течение на времето електролитът постепенно образува корозионен канал през порите и пукнатините в покритието и прониква в матрицата, което води до значително намаляване на съпротивлението на покритието.
Във втория етап, когато продуктите от корозията се увеличат до определено количество, дифузията се блокира и междината постепенно се запушва. В същото време, когато електролитът проникне в свързващата повърхност на свързващия долен слой/матрица, водните молекули ще реагират с елемента Fe в матрицата на прехода покритие/матрица, за да образуват тънък метален оксиден филм, който възпрепятства проникването на електролита в матрицата и увеличава стойността на съпротивлението. Когато голата метална матрица е електрохимично корозирала, по-голямата част от зелените флокулентни утайки се образуват на дъното на електролита. Електролитичният разтвор не променя цвета си при електролиза на покритата проба, което може да докаже съществуването на горната химическа реакция.
Поради краткото време на накисване и големите външни фактори на влияние, за да се получи по-точно съотношение на промяната на електрохимичните параметри, бяха анализирани Тафеловите криви от 19 часа и 19,5 часа. Плътността на корозионния ток и съпротивлението, получени чрез софтуера за анализ zsimpwin, са показани в Таблица 2. Може да се установи, че при накисване в продължение на 19 часа, в сравнение с голия субстрат, плътността на корозионния ток на чистия алуминиев оксид и алуминиевото композитно покритие, съдържащо нано добавки, е по-малка, а стойността на съпротивлението е по-голяма. Стойността на съпротивлението на керамичното покритие, съдържащо въглеродни нанотръби, и покритието, съдържащо графен, е почти еднаква, докато структурата на покритието с въглеродни нанотръби и графенови композитни материали е значително подобрена. Това е така, защото синергичният ефект на едномерните въглеродни нанотръби и двумерния графен подобрява корозионната устойчивост на материала.
С увеличаване на времето на потапяне (19,5 часа), съпротивлението на голия субстрат се увеличава, което показва, че той е във втория етап на корозия и върху повърхността му се образува метален оксиден филм. По подобен начин, с увеличаване на времето, съпротивлението на чисто алуминиево-керамичното покритие също се увеличава, което показва, че в този момент, въпреки забавящия ефект на керамичното покритие, електролитът е проникнал в свързващата повърхност между покритието и матрицата и е образувал оксиден филм чрез химическа реакция.
В сравнение с алуминиевото покритие, съдържащо 0,2% mwnt-cooh-sdbs, алуминиевото покритие, съдържащо 0,2% графен, и алуминиевото покритие, съдържащо 0,2% mwnt-cooh-sdbs и 0,2% графен, съпротивлението на покритието намалява значително с увеличаване на времето, съответно с 22,94%, 25,60% и 9,61%, което показва, че електролитът не е проникнал във връзката между покритието и субстрата по това време. Това е така, защото структурата на въглеродните нанотръби и графена блокира проникването на електролита надолу, като по този начин защитава матрицата. Синергичният ефект на двете е допълнително потвърден. Покритието, съдържащо два наноматериала, има по-добра устойчивост на корозия.
Чрез кривата на Тафел и кривата на промяна на стойността на електрическия импеданс е установено, че алуминиево-керамичното покритие с графен, въглеродни нанотръби и тяхната смес може да подобри корозионната устойчивост на металната матрица, а синергичният ефект на двете може допълнително да подобри корозионната устойчивост на адхезивното керамично покритие. За да се проучи по-подробно влиянието на нанодобавките върху корозионната устойчивост на покритието, беше наблюдавана микроморфологията на повърхността на покритието след корозия.
Изпращане
Фигура 5 (A1, A2, B1, B2) показва морфологията на повърхността на открита неръждаема стомана 304 и покрита чиста алуминиева керамика при различно увеличение след корозия. Фигура 5 (A2) показва, че повърхността след корозия става грапава. При голия субстрат, след потапяне в електролит, на повърхността се появяват няколко големи корозионни ями, което показва, че корозионната устойчивост на голата метална матрица е ниска и електролитът лесно прониква в матрицата. При покритието от чиста алуминиева керамика, както е показано на Фигура 5 (B2), въпреки че след корозия се образуват порести корозионни канали, относително плътната структура и отличната корозионна устойчивост на покритието от чиста алуминиева керамика ефективно блокират проникването на електролита, което обяснява причината за ефективното подобряване на импеданса на покритието от алуминиева керамика.
Изпращане
Повърхностна морфология на mwnt-cooh-sdbs, покрития, съдържащи 0,2% графен, и покрития, съдържащи 0,2% mwnt-cooh-sdbs и 0,2% графен. Вижда се, че двете покрития, съдържащи графен на Фигура 6 (B2 и C2), имат плоска структура, свързването между частиците в покритието е плътно, а агрегатните частици са плътно обвити от лепило. Въпреки че повърхността е ерозирала от електролита, се образуват по-малко порести канали. След корозия повърхността на покритието е плътна и има малко дефектни структури. За Фигура 6 (A1, A2), поради характеристиките на mwnt-cooh-sdbs, покритието преди корозия е с равномерно разпределена пореста структура. След корозия порите на оригиналната част стават тесни и дълги, а каналът става по-дълбок. В сравнение с Фигура 6 (B2, C2), структурата има повече дефекти, което е в съответствие с разпределението на размера на стойността на импеданса на покритието, получена от електрохимичен тест за корозия. Това показва, че алуминиево-керамичното покритие, съдържащо графен, особено сместа от графен и въглеродни нанотръби, има най-добра устойчивост на корозия. Това е така, защото структурата на въглеродните нанотръби и графена може ефективно да блокира дифузията на пукнатини и да предпази матрицата.
5. Дискусия и обобщение
Чрез теста за корозионна устойчивост на въглеродни нанотръби и графенови добавки върху алуминиево-керамично покритие и анализа на повърхностната микроструктура на покритието, са направени следните заключения:
(1) Когато времето за корозия е 19 часа, добавяйки 0,2% хибридно въглеродно нанотръби + 0,2% графеново смесено покритие от алуминиево-керамичен оксид, плътността на корозионния ток се е увеличила от 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² до 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², електрическият импеданс се е увеличил от 11388 Ω до 28079 Ω, а ефективността на корозионна устойчивост е най-голяма - 46,85%. В сравнение с чисто алуминиево-керамично покритие, композитното покритие с графен и въглеродни нанотръби има по-добра корозионна устойчивост.
(2) С увеличаване на времето на потапяне на електролита, той прониква в съединителната повърхност на покритието/основата, образувайки метален оксиден филм, който възпрепятства проникването на електролита в основата. Електрическият импеданс първо намалява, а след това се увеличава, а корозионната устойчивост на чисто алуминиево-керамичното покритие е лоша. Структурата и синергията на въглеродните нанотръби и графена блокират проникването на електролита надолу. При накисване в продължение на 19,5 часа, електрическият импеданс на покритието, съдържащо наноматериали, намалява съответно с 22,94%, 25,60% и 9,61%, а корозионната устойчивост на покритието е добра.
6. Механизъм на влияние върху корозионната устойчивост на покритието
Чрез кривата на Тафел и кривата на промяна на стойността на електрическия импеданс е установено, че алуминиево-керамичното покритие с графен, въглеродни нанотръби и тяхната смес може да подобри корозионната устойчивост на металната матрица, а синергичният ефект на двете може допълнително да подобри корозионната устойчивост на адхезивното керамично покритие. За да се проучи по-подробно влиянието на нанодобавките върху корозионната устойчивост на покритието, беше наблюдавана микроморфологията на повърхността на покритието след корозия.
Фигура 5 (A1, A2, B1, B2) показва морфологията на повърхността на открита неръждаема стомана 304 и покрита чиста алуминиева керамика при различно увеличение след корозия. Фигура 5 (A2) показва, че повърхността след корозия става грапава. При голия субстрат, след потапяне в електролит, на повърхността се появяват няколко големи корозионни ями, което показва, че корозионната устойчивост на голата метална матрица е ниска и електролитът лесно прониква в матрицата. При покритието от чиста алуминиева керамика, както е показано на Фигура 5 (B2), въпреки че след корозия се образуват порести корозионни канали, относително плътната структура и отличната корозионна устойчивост на покритието от чиста алуминиева керамика ефективно блокират проникването на електролита, което обяснява причината за ефективното подобряване на импеданса на покритието от алуминиева керамика.
Повърхностна морфология на mwnt-cooh-sdbs, покрития, съдържащи 0,2% графен, и покрития, съдържащи 0,2% mwnt-cooh-sdbs и 0,2% графен. Вижда се, че двете покрития, съдържащи графен на Фигура 6 (B2 и C2), имат плоска структура, свързването между частиците в покритието е плътно, а агрегатните частици са плътно обвити от лепило. Въпреки че повърхността е ерозирала от електролита, се образуват по-малко порести канали. След корозия повърхността на покритието е плътна и има малко дефектни структури. За Фигура 6 (A1, A2), поради характеристиките на mwnt-cooh-sdbs, покритието преди корозия е с равномерно разпределена пореста структура. След корозия порите на оригиналната част стават тесни и дълги, а каналът става по-дълбок. В сравнение с Фигура 6 (B2, C2), структурата има повече дефекти, което е в съответствие с разпределението на размера на стойността на импеданса на покритието, получена от електрохимичен тест за корозия. Това показва, че алуминиево-керамичното покритие, съдържащо графен, особено сместа от графен и въглеродни нанотръби, има най-добра устойчивост на корозия. Това е така, защото структурата на въглеродните нанотръби и графена може ефективно да блокира дифузията на пукнатини и да предпази матрицата.
7. Дискусия и обобщение
Чрез теста за корозионна устойчивост на въглеродни нанотръби и графенови добавки върху алуминиево-керамично покритие и анализа на повърхностната микроструктура на покритието, са направени следните заключения:
(1) Когато времето за корозия е 19 часа, добавяйки 0,2% хибридно въглеродно нанотръби + 0,2% графеново смесено покритие от алуминиево-керамичен оксид, плътността на корозионния ток се е увеличила от 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² до 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², електрическият импеданс се е увеличил от 11388 Ω до 28079 Ω, а ефективността на корозионна устойчивост е най-голяма - 46,85%. В сравнение с чисто алуминиево-керамично покритие, композитното покритие с графен и въглеродни нанотръби има по-добра корозионна устойчивост.
(2) С увеличаване на времето на потапяне на електролита, той прониква в съединителната повърхност на покритието/основата, образувайки метален оксиден филм, който възпрепятства проникването на електролита в основата. Електрическият импеданс първо намалява, а след това се увеличава, а корозионната устойчивост на чисто алуминиево-керамичното покритие е лоша. Структурата и синергията на въглеродните нанотръби и графена блокират проникването на електролита надолу. При накисване в продължение на 19,5 часа, електрическият импеданс на покритието, съдържащо наноматериали, намалява съответно с 22,94%, 25,60% и 9,61%, а корозионната устойчивост на покритието е добра.
(3) Поради характеристиките на въглеродните нанотръбички, покритието, добавено само с въглеродни нанотръбички, има равномерно разпределена пореста структура преди корозия. След корозия порите на оригиналната част стават тесни и дълги, а каналите стават по-дълбоки. Покритието, съдържащо графен, има плоска структура преди корозия, комбинацията между частиците в покритието е плътна, а агрегатните частици са плътно обвити с лепило. Въпреки че повърхността е ерозирала от електролита след корозия, има малко порести канали и структурата е все още плътна. Структурата на въглеродните нанотръбички и графена може ефективно да блокира разпространението на пукнатини и да предпази матрицата.
Време на публикуване: 09 март 2022 г.