1. Priprema premaza
Kako bi se olakšalo kasnije elektrohemijsko ispitivanje, kao osnova je odabran nehrđajući čelik 304 dimenzija 30 mm × 4 mm. Polirati i ukloniti preostali oksidni sloj i mrlje od hrđe na površini podloge brusnim papirom, staviti ih u čašu koja sadrži aceton, tretirati mrlje na površini podloge ultrazvučnim čistačem bg-06c kompanije Bangjie Electronics tokom 20 minuta, ukloniti ostatke habanja sa površine metalne podloge alkoholom i destilovanom vodom i osušiti ih puhalom. Zatim su pripremljeni aluminijev oksid (Al2O3), grafen i hibridna ugljična nanocijevi (mwnt-coohsdbs) u omjeru (100:0:0, 99.8:0.2:0, 99.8:0:0.2, 99.6:0.2:0.2) i staviti u kuglični mlin (qm-3sp2 iz tvornice instrumenata Nanjing NANDA) za mljevenje i miješanje. Brzina rotacije kugličnog mlina postavljena je na 220 R/min, a kuglični mlin je uključen na
Nakon mljevenja kugli, naizmjenično podesite brzinu rotacije spremnika za mljevenje kugli na 1/2 nakon završetka mljevenja kugli, i naizmjenično podesite brzinu rotacije spremnika za mljevenje kugli na 1/2 nakon završetka mljevenja kugli. Keramički agregat i vezivo usitnjeni kuglicom se ravnomjerno miješaju prema masenom udjelu od 1,0 ∶ 0,8. Konačno, procesom stvrdnjavanja dobijen je adhezivni keramički premaz.
2. Ispitivanje korozije
U ovoj studiji, elektrohemijski test korozije koristi elektrohemijsku radnu stanicu Shanghai Chenhua chi660e, a test koristi sistem ispitivanja s tri elektrode. Platinska elektroda je pomoćna elektroda, srebro-srebro-hloridna elektroda je referentna elektroda, a obloženi uzorak je radna elektroda, s efektivnom površinom izloženosti od 1 cm2. Spojite referentnu elektrodu, radnu elektrodu i pomoćnu elektrodu u elektrolitičkoj ćeliji s instrumentom, kao što je prikazano na slikama 1 i 2. Prije ispitivanja, uzorak potopite u elektrolit, koji je 3,5% rastvor NaCl.
3. Tafelova analiza elektrohemijske korozije premaza
Sl. 3 prikazuje Tafelovu krivulju nepremazane podloge i keramičkog premaza presvučenog različitim nano aditivima nakon elektrohemijske korozije tokom 19 sati. Podaci o naponu korozije, gustini struje korozije i električnoj impedanciji dobijeni elektrohemijskim ispitivanjem korozije prikazani su u Tabeli 1.
Pošalji
Kada je gustina struje korozije manja, a efikasnost otpornosti na koroziju veća, efekat otpornosti premaza na koroziju je bolji. Iz Slike 3 i Tabele 1 se može vidjeti da je, kada je vrijeme korozije 19 sati, maksimalni napon korozije gole metalne matrice -0,680 V, a gustina struje korozije matrice je također najveća, dostižući 2,890 × 10-6 A/cm2. Kada je premaz od čistog aluminijum oksida, gustina struje korozije se smanjila na 78%, a PE je bio 22,01%. To pokazuje da keramički premaz igra bolju zaštitnu ulogu i može poboljšati otpornost premaza na koroziju u neutralnom elektrolitu.
Kada je u premaz dodano 0,2% mwnt-cooh-sdbs ili 0,2% grafena, gustina struje korozije se smanjila, otpornost se povećala, a otpornost premaza na koroziju se dodatno poboljšala, sa PE od 38,48% odnosno 40,10%. Kada je površina prekrivena sa 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafena, struja korozije se dodatno smanjila sa 2,890 × 10-6 A/cm2 na 1,536 × 10-6 A/cm2, maksimalna vrijednost otpora se povećala sa 11388 Ω na 28079 Ω, a PE premaza može dostići 46,85%. To pokazuje da pripremljeni ciljni proizvod ima dobru otpornost na koroziju, a sinergijski efekat ugljičnih nanocjevčica i grafena može efikasno poboljšati otpornost keramičkog premaza na koroziju.
4. Utjecaj vremena namakanja na impedanciju premaza
Kako bi se dalje istražila otpornost premaza na koroziju, uzimajući u obzir utjecaj vremena uranjanja uzorka u elektrolit na ispitivanje, dobivene su krivulje promjene otpora četiri premaza pri različitim vremenima uranjanja, kao što je prikazano na slici 4.
Pošalji
U početnoj fazi uranjanja (10 h), zbog dobre gustoće i strukture premaza, elektrolit je teško uroniti u premaz. U ovom trenutku, keramički premaz pokazuje visoku otpornost. Nakon namakanja tokom određenog vremenskog perioda, otpornost značajno opada, jer s protokom vremena elektrolit postepeno formira kanal korozije kroz pore i pukotine u premazu i prodire u matricu, što rezultira značajnim smanjenjem otpornosti premaza.
U drugoj fazi, kada se količina produkata korozije poveća do određene količine, difuzija se blokira i jaz se postepeno zatvara. Istovremeno, kada elektrolit prodre u vezivnu površinu donjeg vezivnog sloja/matrice, molekule vode će reagovati sa Fe elementom u matrici na spoju premaza/matrice, stvarajući tanki film metalnog oksida, što ometa prodiranje elektrolita u matricu i povećava vrijednost otpora. Kada je gola metalna matrica elektrohemijski korodirana, većina zelenog flokulentnog taloga se stvara na dnu elektrolita. Elektrolitički rastvor nije promijenio boju prilikom elektrolize premazanog uzorka, što može dokazati postojanje gore navedene hemijske reakcije.
Zbog kratkog vremena namakanja i velikih vanjskih faktora utjecaja, kako bi se dodatno dobio tačan odnos promjene elektrohemijskih parametara, analizirane su Tafelove krive od 19 sati i 19,5 sati. Gustina struje korozije i otpor dobijeni zsimpwin softverom za analizu prikazani su u Tabeli 2. Može se vidjeti da su, kada su natopljeni 19 sati, u poređenju sa golom podlogom, gustina struje korozije čistog aluminijevog oksida i kompozitnog premaza od aluminijevog oksida koji sadrži nano aditive manje, a vrijednost otpora veća. Vrijednost otpora keramičkog premaza koji sadrži ugljične nanocjevčice i premaza koji sadrži grafen je gotovo ista, dok je struktura premaza s ugljičnim nanocjevčicama i kompozitnim materijalima od grafena značajno poboljšana. To je zato što sinergijski učinak jednodimenzionalnih ugljičnih nanocjevčica i dvodimenzionalnog grafena poboljšava otpornost materijala na koroziju.
S povećanjem vremena uranjanja (19,5 sati), otpornost gole podloge se povećava, što ukazuje na to da je u drugoj fazi korozije i da se na površini podloge stvara film metalnog oksida. Slično tome, s povećanjem vremena, povećava se i otpornost čistog keramičkog premaza od aluminijevog oksida, što ukazuje na to da je u ovom trenutku, iako postoji efekat usporavanja keramičkog premaza, elektrolit prodro u vezivnu površinu premaza/matrice i hemijskom reakcijom stvorio oksidni film.
U poređenju sa premazom od aluminijumskog oksida koji sadrži 0,2% mwnt-cooh-sdbs, premazom od aluminijumskog oksida koji sadrži 0,2% grafena i premazom od aluminijumskog oksida koji sadrži 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafena, otpornost premaza se značajno smanjila s povećanjem vremena, smanjivši se za 22,94%, 25,60% i 9,61% respektivno, što ukazuje da elektrolit nije prodro u spoj između premaza i podloge u ovom trenutku. To je zato što struktura ugljičnih nanocjevčica i grafena blokira prodiranje elektrolita prema dolje, čime se štiti matrica. Sinergijski efekat ta dva je dodatno potvrđen. Premaz koji sadrži dva nanomaterijala ima bolju otpornost na koroziju.
Pomoću Tafelove krive i krive promjene vrijednosti električne impedanse, utvrđeno je da aluminijum keramički premaz s grafenom, ugljičnim nanocjevčicama i njihovom mješavinom može poboljšati otpornost metalne matrice na koroziju, a sinergijski učinak ta dva može dodatno poboljšati otpornost adhezivnog keramičkog premaza na koroziju. Kako bi se dalje istražio utjecaj nanoaditiva na otpornost premaza na koroziju, promatrana je mikropovršinska morfologija premaza nakon korozije.
Pošalji
Slika 5 (A1, A2, B1, B2) prikazuje površinsku morfologiju izloženog nehrđajućeg čelika 304 i obložene keramike od čistog aluminija pri različitim uvećanjima nakon korozije. Slika 5 (A2) pokazuje da površina nakon korozije postaje hrapava. Kod gole podloge, nakon uranjanja u elektrolit, na površini se pojavljuje nekoliko velikih korozijskih jama, što ukazuje na to da je otpornost matrice golog metala na koroziju slaba i da elektrolit lako prodire u matricu. Kod keramičkog premaza od čistog aluminija, kao što je prikazano na slici 5 (B2), iako se nakon korozije stvaraju porozni korozivni kanali, relativno gusta struktura i odlična otpornost na koroziju keramičkog premaza od čistog aluminija efikasno blokiraju prodiranje elektrolita, što objašnjava razlog za efikasno poboljšanje impedancije keramičkog premaza od aluminija.
Pošalji
Površinska morfologija mwnt-cooh-sdbs, premaza koji sadrže 0,2% grafena i premaza koji sadrže 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafena. Može se vidjeti da dva premaza koja sadrže grafen na slici 6 (B2 i C2) imaju ravnu strukturu, veza između čestica u premazu je čvrsta, a agregatne čestice su čvrsto omotane ljepilom. Iako je površina erodirana elektrolitom, formira se manje kanala pora. Nakon korozije, površina premaza je gusta i postoji malo defektnih struktura. Na slici 6 (A1, A2), zbog karakteristika mwnt-cooh-sdbs, premaz prije korozije ima ravnomjerno raspoređenu poroznu strukturu. Nakon korozije, pore originalnog dijela postaju uske i dugačke, a kanal postaje dublji. U poređenju sa slikom 6 (B2, C2), struktura ima više defekata, što je u skladu s raspodjelom veličine vrijednosti impedancije premaza dobivene elektrohemijskim ispitivanjem korozije. Pokazuje se da aluminijum keramički premaz koji sadrži grafen, posebno mješavina grafena i ugljičnih nanocjevčica, ima najbolju otpornost na koroziju. To je zato što struktura ugljičnih nanocjevčica i grafena može efikasno blokirati difuziju pukotina i zaštititi matricu.
5. Diskusija i sažetak
Kroz test otpornosti na koroziju ugljičnih nanocjevčica i grafenskih aditiva na keramičkom premazu od aluminijevog oksida i analizu površinske mikrostrukture premaza, izvedeni su sljedeći zaključci:
(1) Kada je vrijeme korozije bilo 19 sati, dodavanjem 0,2% hibridne ugljične nanocjevčice + 0,2% grafena u keramički premaz od mješovitog materijala aluminijevog oksida, gustoća struje korozije povećala se sa 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², električna impedancija se povećala sa 11388 Ω na 28079 Ω, a efikasnost otpornosti na koroziju je najveća, 46,85%. U poređenju sa čistim keramičkim premazom od aluminijevog oksida, kompozitni premaz sa grafenom i ugljičnim nanocjevčicama ima bolju otpornost na koroziju.
(2) S povećanjem vremena uranjanja elektrolita, elektrolit prodire u spojnu površinu premaza/podloge stvarajući film metalnog oksida, što ometa prodiranje elektrolita u podlogu. Električna impedancija se prvo smanjuje, a zatim povećava, a otpornost na koroziju čistog keramičkog premaza od aluminijevog oksida je slaba. Struktura i sinergija ugljičnih nanocjevčica i grafena blokiraju prodiranje elektrolita prema dolje. Nakon namakanja od 19,5 sati, električna impedancija premaza koji sadrži nanomaterijale smanjila se za 22,94%, 25,60% i 9,61%, a otpornost premaza na koroziju bila je dobra.
6. Mehanizam utjecaja na otpornost premaza na koroziju
Pomoću Tafelove krive i krive promjene vrijednosti električne impedanse, utvrđeno je da aluminijum keramički premaz s grafenom, ugljičnim nanocjevčicama i njihovom mješavinom može poboljšati otpornost metalne matrice na koroziju, a sinergijski učinak ta dva može dodatno poboljšati otpornost adhezivnog keramičkog premaza na koroziju. Kako bi se dalje istražio utjecaj nanoaditiva na otpornost premaza na koroziju, promatrana je mikropovršinska morfologija premaza nakon korozije.
Slika 5 (A1, A2, B1, B2) prikazuje površinsku morfologiju izloženog nehrđajućeg čelika 304 i obložene keramike od čistog aluminija pri različitim uvećanjima nakon korozije. Slika 5 (A2) pokazuje da površina nakon korozije postaje hrapava. Kod gole podloge, nakon uranjanja u elektrolit, na površini se pojavljuje nekoliko velikih korozijskih jama, što ukazuje na to da je otpornost matrice golog metala na koroziju slaba i da elektrolit lako prodire u matricu. Kod keramičkog premaza od čistog aluminija, kao što je prikazano na slici 5 (B2), iako se nakon korozije stvaraju porozni korozivni kanali, relativno gusta struktura i odlična otpornost na koroziju keramičkog premaza od čistog aluminija efikasno blokiraju prodiranje elektrolita, što objašnjava razlog za efikasno poboljšanje impedancije keramičkog premaza od aluminija.
Površinska morfologija mwnt-cooh-sdbs, premaza koji sadrže 0,2% grafena i premaza koji sadrže 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafena. Može se vidjeti da dva premaza koja sadrže grafen na slici 6 (B2 i C2) imaju ravnu strukturu, veza između čestica u premazu je čvrsta, a agregatne čestice su čvrsto omotane ljepilom. Iako je površina erodirana elektrolitom, formira se manje kanala pora. Nakon korozije, površina premaza je gusta i postoji malo defektnih struktura. Na slici 6 (A1, A2), zbog karakteristika mwnt-cooh-sdbs, premaz prije korozije ima ravnomjerno raspoređenu poroznu strukturu. Nakon korozije, pore originalnog dijela postaju uske i dugačke, a kanal postaje dublji. U poređenju sa slikom 6 (B2, C2), struktura ima više defekata, što je u skladu s raspodjelom veličine vrijednosti impedancije premaza dobivene elektrohemijskim ispitivanjem korozije. Pokazuje se da aluminijum keramički premaz koji sadrži grafen, posebno mješavina grafena i ugljičnih nanocjevčica, ima najbolju otpornost na koroziju. To je zato što struktura ugljičnih nanocjevčica i grafena može efikasno blokirati difuziju pukotina i zaštititi matricu.
7. Diskusija i sažetak
Kroz test otpornosti na koroziju ugljičnih nanocjevčica i grafenskih aditiva na keramičkom premazu od aluminijevog oksida i analizu površinske mikrostrukture premaza, izvedeni su sljedeći zaključci:
(1) Kada je vrijeme korozije bilo 19 sati, dodavanjem 0,2% hibridne ugljične nanocjevčice + 0,2% grafena u keramički premaz od mješovitog materijala aluminijevog oksida, gustoća struje korozije povećala se sa 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², električna impedancija se povećala sa 11388 Ω na 28079 Ω, a efikasnost otpornosti na koroziju je najveća, 46,85%. U poređenju sa čistim keramičkim premazom od aluminijevog oksida, kompozitni premaz sa grafenom i ugljičnim nanocjevčicama ima bolju otpornost na koroziju.
(2) S povećanjem vremena uranjanja elektrolita, elektrolit prodire u spojnu površinu premaza/podloge stvarajući film metalnog oksida, što ometa prodiranje elektrolita u podlogu. Električna impedancija se prvo smanjuje, a zatim povećava, a otpornost na koroziju čistog keramičkog premaza od aluminijevog oksida je slaba. Struktura i sinergija ugljičnih nanocjevčica i grafena blokiraju prodiranje elektrolita prema dolje. Nakon namakanja od 19,5 sati, električna impedancija premaza koji sadrži nanomaterijale smanjila se za 22,94%, 25,60% i 9,61%, a otpornost premaza na koroziju bila je dobra.
(3) Zbog karakteristika ugljičnih nanocjevčica, premaz dodan samo ugljičnim nanocjevčicama ima ravnomjerno raspoređenu poroznu strukturu prije korozije. Nakon korozije, pore originalnog dijela postaju uske i duge, a kanali postaju dublji. Premaz koji sadrži grafen ima ravnu strukturu prije korozije, kombinacija između čestica u premazu je bliska, a agregatne čestice su čvrsto omotane ljepilom. Iako je površina erodirana elektrolitom nakon korozije, postoji malo kanala pora i struktura je i dalje gusta. Struktura ugljičnih nanocjevčica i grafena može efikasno blokirati širenje pukotina i zaštititi matricu.
Vrijeme objave: 09.03.2022.