Estudi sobre la resistència a la corrosió del recobriment ceràmic d'alúmina reforçat amb grafè/nanotubs de carboni

1. Preparació del recobriment
Per facilitar la prova electroquímica posterior, es va seleccionar acer inoxidable 304 de 30 mm × 4 mm com a base. Es va polir i eliminar la capa d'òxid residual i les taques d'òxid a la superfície del substrat amb paper de vidre, es van posar en un vas de precipitats que contingués acetona, es van tractar les taques a la superfície del substrat amb un netejador ultrasònic bg-06c de l'empresa Bangjie electronics durant 20 minuts, es van eliminar les restes de desgast a la superfície del substrat metàl·lic amb alcohol i aigua destil·lada i es van assecar amb un bufador. A continuació, es va preparar alúmina (Al2O3), grafè i nanotubs de carboni híbrids (mwnt-coohsdbs) en proporcions (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2) i es van posar en un molí de boles (qm-3sp2 de la fàbrica d'instruments Nanjing NANDA) per a la mòlta i barreja de boles. La velocitat de rotació del molí de boles es va ajustar a 220 r/min i el molí de boles es va girar a

Després del mòlt de boles, configureu la velocitat de rotació del dipòsit de mòlt de boles a 1/2 alternativament un cop finalitzat el mòlt de boles i configureu la velocitat de rotació del dipòsit de mòlt de boles a 1/2 alternativament un cop finalitzat el mòlt de boles. L'àrid ceràmic mòlt de boles i l'aglomerant es barregen uniformement segons la fracció màssica d'1,0 ∶ 0,8. Finalment, el recobriment ceràmic adhesiu es va obtenir mitjançant el procés de curat.

2. Prova de corrosió
En aquest estudi, la prova de corrosió electroquímica utilitza l'estació de treball electroquímica Shanghai Chenhua chi660e, i la prova adopta un sistema de prova de tres elèctrodes. L'elèctrode de platí és l'elèctrode auxiliar, l'elèctrode de clorur de plata és l'elèctrode de referència i la mostra recoberta és l'elèctrode de treball, amb una àrea d'exposició efectiva d'1 cm2. Connecteu l'elèctrode de referència, l'elèctrode de treball i l'elèctrode auxiliar a la cel·la electrolítica amb l'instrument, tal com es mostra a les figures 1 i 2. Abans de la prova, submergiu la mostra en l'electròlit, que és una solució de NaCl al 3,5%.

3. Anàlisi de Tafel de la corrosió electroquímica de recobriments
La figura 3 mostra la corba de Tafel del substrat sense recobriment i del recobriment ceràmic recobert amb diferents nanoadditius després de la corrosió electroquímica durant 19 h. Les dades de la prova de tensió de corrosió, densitat de corrent de corrosió i impedància elèctrica obtingudes de la prova de corrosió electroquímica es mostren a la taula 1.

Enviar
Quan la densitat de corrent de corrosió és menor i l'eficiència de resistència a la corrosió és més alta, l'efecte de resistència a la corrosió del recobriment és millor. Es pot veure a la Figura 3 i la Taula 1 que quan el temps de corrosió és de 19 h, la tensió màxima de corrosió de la matriu de metall nu és de -0,680 V, i la densitat de corrent de corrosió de la matriu també és la més gran, arribant a 2,890 × 10-6 A/cm2. Quan es recobreix amb un recobriment ceràmic d'alúmina pura, la densitat de corrent de corrosió disminueix fins al 78% i el PE és del 22,01%. Això demostra que el recobriment ceràmic juga un millor paper protector i pot millorar la resistència a la corrosió del recobriment en electròlit neutre.

Quan es va afegir un 0,2% de mwnt-cooh-sdbs o un 0,2% de grafè al recobriment, la densitat del corrent de corrosió va disminuir, la resistència va augmentar i la resistència a la corrosió del recobriment va millorar encara més, amb un PE del 38,48% i el 40,10% respectivament. Quan la superfície es recobreix amb un recobriment d'alúmina mixta de 0,2% de mwnt-cooh-sdbs i un 0,2% de grafè, el corrent de corrosió es redueix encara més de 2,890 × 10-6 A/cm2 a 1,536 × 10-6 A/cm2, el valor màxim de resistència va augmentar de 11388 Ω a 28079 Ω, i el PE del recobriment pot arribar al 46,85%. Això demostra que el producte objectiu preparat té una bona resistència a la corrosió i que l'efecte sinèrgic dels nanotubs de carboni i el grafè pot millorar eficaçment la resistència a la corrosió del recobriment ceràmic.

4. Efecte del temps de remull sobre la impedància del recobriment
Per tal d'explorar més a fons la resistència a la corrosió del recobriment, considerant la influència del temps d'immersió de la mostra a l'electròlit en la prova, s'obtenen les corbes de canvi de la resistència dels quatre recobriments a diferents temps d'immersió, tal com es mostra a la Figura 4.

Enviar
En la fase inicial d'immersió (10 h), a causa de la bona densitat i estructura del recobriment, l'electròlit és difícil d'immergir-hi. En aquest moment, el recobriment ceràmic mostra una alta resistència. Després d'un període de remull, la resistència disminueix significativament, ja que amb el pas del temps, l'electròlit forma gradualment un canal de corrosió a través dels porus i esquerdes del recobriment i penetra a la matriu, cosa que provoca una disminució significativa de la resistència del recobriment.

En la segona etapa, quan els productes de corrosió augmenten fins a una certa quantitat, la difusió es bloqueja i el buit es bloqueja gradualment. Al mateix temps, quan l'electròlit penetra a la interfície d'unió de la capa/matriu inferior d'unió, les molècules d'aigua reaccionaran amb l'element Fe de la matriu a la unió recobriment/matriu per produir una fina pel·lícula d'òxid metàl·lic, que dificulta la penetració de l'electròlit a la matriu i augmenta el valor de la resistència. Quan la matriu metàl·lica nua es corroeix electroquímicament, la major part de la precipitació floculant verda es produeix a la part inferior de l'electròlit. La solució electrolítica no va canviar de color en electrolitzar la mostra recoberta, cosa que pot demostrar l'existència de la reacció química anterior.

A causa del curt temps de remull i dels grans factors d'influència externa, per tal d'obtenir encara més la relació de canvi precisa dels paràmetres electroquímics, s'analitzen les corbes de Tafel de 19 h i 19,5 h. La densitat de corrent de corrosió i la resistència obtingudes pel programari d'anàlisi zsimpwin es mostren a la Taula 2. Es pot observar que, quan es remull durant 19 h, en comparació amb el substrat nu, la densitat de corrent de corrosió de l'alúmina pura i el recobriment compost d'alúmina que conté materials nanoadditius és més petita i el valor de resistència és més gran. El valor de resistència del recobriment ceràmic que conté nanotubs de carboni i el recobriment que conté grafè és gairebé el mateix, mentre que l'estructura del recobriment amb nanotubs de carboni i materials compostos de grafè millora significativament. Això es deu al fet que l'efecte sinèrgic dels nanotubs de carboni unidimensionals i el grafè bidimensional millora la resistència a la corrosió del material.

Amb l'augment del temps d'immersió (19,5 h), la resistència del substrat nu augmenta, cosa que indica que es troba en la segona etapa de corrosió i es produeix una pel·lícula d'òxid metàl·lic a la superfície del substrat. De la mateixa manera, amb l'augment del temps, la resistència del recobriment ceràmic d'alúmina pura també augmenta, cosa que indica que en aquest moment, tot i que hi ha l'efecte de desacceleració del recobriment ceràmic, l'electròlit ha penetrat la interfície d'unió del recobriment/matriu i ha produït una pel·lícula d'òxid mitjançant una reacció química.
En comparació amb el recobriment d'alúmina que conté un 0,2% de mwnt-cooh-sdbs, el recobriment d'alúmina que conté un 0,2% de grafè i el recobriment d'alúmina que conté un 0,2% de mwnt-cooh-sdbs i un 0,2% de grafè, la resistència del recobriment va disminuir significativament amb l'augment del temps, disminuint un 22,94%, un 25,60% i un 9,61% respectivament, cosa que indica que l'electròlit no va penetrar a la unió entre el recobriment i el substrat en aquest moment. Això es deu al fet que l'estructura dels nanotubs de carboni i el grafè bloqueja la penetració descendent de l'electròlit, protegint així la matriu. L'efecte sinèrgic dels dos es verifica encara més. El recobriment que conté dos nanomaterials té una millor resistència a la corrosió.

A través de la corba de Tafel i la corba de canvi del valor d'impedància elèctrica, es constata que el recobriment ceràmic d'alúmina amb grafè, nanotubs de carboni i la seva barreja pot millorar la resistència a la corrosió de la matriu metàl·lica, i l'efecte sinèrgic dels dos pot millorar encara més la resistència a la corrosió del recobriment ceràmic adhesiu. Per tal d'explorar més a fons l'efecte dels nanoadditius sobre la resistència a la corrosió del recobriment, es va observar la morfologia microsuperficial del recobriment després de la corrosió.

Enviar

La figura 5 (A1, A2, B1, B2) mostra la morfologia superficial de l'acer inoxidable 304 exposat i la ceràmica d'alúmina pura recoberta a diferents augments després de la corrosió. La figura 5 (A2) mostra que la superfície després de la corrosió es torna rugosa. Per al substrat nu, apareixen diversos forats de corrosió grans a la superfície després de la immersió en l'electròlit, cosa que indica que la resistència a la corrosió de la matriu de metall nu és deficient i que l'electròlit penetra fàcilment a la matriu. Per al recobriment ceràmic d'alúmina pura, com es mostra a la figura 5 (B2), tot i que es generen canals de corrosió porosos després de la corrosió, l'estructura relativament densa i l'excel·lent resistència a la corrosió del recobriment ceràmic d'alúmina pura bloquegen eficaçment la invasió de l'electròlit, cosa que explica la raó de la millora efectiva de la impedància del recobriment ceràmic d'alúmina.

Enviar

Morfologia superficial de mwnt-cooh-sdbs, recobriments que contenen 0,2% de grafè i recobriments que contenen 0,2% de mwnt-cooh-sdbs i 0,2% de grafè. Es pot veure que els dos recobriments que contenen grafè a la Figura 6 (B2 i C2) tenen una estructura plana, la unió entre les partícules del recobriment és estreta i les partícules agregades estan fortament embolicades per adhesiu. Tot i que la superfície està erosionada per l'electròlit, es formen menys canals de porus. Després de la corrosió, la superfície del recobriment és densa i hi ha poques estructures de defectes. Per a la Figura 6 (A1, A2), a causa de les característiques de mwnt-cooh-sdbs, el recobriment abans de la corrosió és una estructura porosa uniformement distribuïda. Després de la corrosió, els porus de la peça original es tornen estrets i llargs, i el canal es torna més profund. En comparació amb la Figura 6 (B2, C2), l'estructura té més defectes, la qual cosa és coherent amb la distribució de mida del valor d'impedància del recobriment obtingut de la prova de corrosió electroquímica. Això demostra que el recobriment ceràmic d'alúmina que conté grafè, especialment la barreja de grafè i nanotubs de carboni, té la millor resistència a la corrosió. Això es deu al fet que l'estructura del nanotub de carboni i el grafè pot bloquejar eficaçment la difusió de les esquerdes i protegir la matriu.

5. Discussió i resum
Mitjançant la prova de resistència a la corrosió de nanotubs de carboni i additius de grafè sobre recobriments ceràmics d'alúmina i l'anàlisi de la microestructura superficial del recobriment, s'extreuen les següents conclusions:

(1) Quan el temps de corrosió va ser de 19 h, afegint un 0,2% de nanotubs de carboni híbrids + 0,2% de grafè amb un recobriment ceràmic d'alúmina, la densitat de corrent de corrosió va augmentar de 2,890 × 10-6 A/cm2 a 1,536 × 10-6 A/cm2, la impedància elèctrica va augmentar de 11388 Ω a 28079 Ω i l'eficiència de resistència a la corrosió va ser la més gran, del 46,85%. En comparació amb el recobriment ceràmic d'alúmina pura, el recobriment compost amb grafè i nanotubs de carboni té una millor resistència a la corrosió.

(2) Amb l'augment del temps d'immersió de l'electròlit, aquest penetra a la superfície de la unió entre el recobriment i el substrat per produir una pel·lícula d'òxid metàl·lic, cosa que dificulta la penetració de l'electròlit al substrat. La impedància elèctrica primer disminueix i després augmenta, i la resistència a la corrosió del recobriment ceràmic d'alúmina pura és deficient. L'estructura i la sinergia dels nanotubs de carboni i el grafè bloquegen la penetració descendent de l'electròlit. Quan es submergeix durant 19,5 h, la impedància elèctrica del recobriment que conté nanomaterials disminueix un 22,94%, un 25,60% i un 9,61% respectivament, i la resistència a la corrosió del recobriment és bona.

6. Mecanisme d'influència de la resistència a la corrosió del recobriment
A través de la corba de Tafel i la corba de canvi del valor d'impedància elèctrica, es constata que el recobriment ceràmic d'alúmina amb grafè, nanotubs de carboni i la seva barreja pot millorar la resistència a la corrosió de la matriu metàl·lica, i l'efecte sinèrgic dels dos pot millorar encara més la resistència a la corrosió del recobriment ceràmic adhesiu. Per tal d'explorar més a fons l'efecte dels nanoadditius sobre la resistència a la corrosió del recobriment, es va observar la morfologia microsuperficial del recobriment després de la corrosió.

La figura 5 (A1, A2, B1, B2) mostra la morfologia superficial de l'acer inoxidable 304 exposat i la ceràmica d'alúmina pura recoberta a diferents augments després de la corrosió. La figura 5 (A2) mostra que la superfície després de la corrosió es torna rugosa. Per al substrat nu, apareixen diversos forats de corrosió grans a la superfície després de la immersió en l'electròlit, cosa que indica que la resistència a la corrosió de la matriu de metall nu és deficient i que l'electròlit penetra fàcilment a la matriu. Per al recobriment ceràmic d'alúmina pura, com es mostra a la figura 5 (B2), tot i que es generen canals de corrosió porosos després de la corrosió, l'estructura relativament densa i l'excel·lent resistència a la corrosió del recobriment ceràmic d'alúmina pura bloquegen eficaçment la invasió de l'electròlit, cosa que explica la raó de la millora efectiva de la impedància del recobriment ceràmic d'alúmina.

Morfologia superficial de mwnt-cooh-sdbs, recobriments que contenen 0,2% de grafè i recobriments que contenen 0,2% de mwnt-cooh-sdbs i 0,2% de grafè. Es pot veure que els dos recobriments que contenen grafè a la Figura 6 (B2 i C2) tenen una estructura plana, la unió entre les partícules del recobriment és estreta i les partícules agregades estan fortament embolicades per adhesiu. Tot i que la superfície està erosionada per l'electròlit, es formen menys canals de porus. Després de la corrosió, la superfície del recobriment és densa i hi ha poques estructures de defectes. Per a la Figura 6 (A1, A2), a causa de les característiques de mwnt-cooh-sdbs, el recobriment abans de la corrosió és una estructura porosa uniformement distribuïda. Després de la corrosió, els porus de la peça original es tornen estrets i llargs, i el canal es torna més profund. En comparació amb la Figura 6 (B2, C2), l'estructura té més defectes, la qual cosa és coherent amb la distribució de mida del valor d'impedància del recobriment obtingut de la prova de corrosió electroquímica. Això demostra que el recobriment ceràmic d'alúmina que conté grafè, especialment la barreja de grafè i nanotubs de carboni, té la millor resistència a la corrosió. Això es deu al fet que l'estructura del nanotub de carboni i el grafè pot bloquejar eficaçment la difusió de les esquerdes i protegir la matriu.

7. Discussió i resum
Mitjançant la prova de resistència a la corrosió de nanotubs de carboni i additius de grafè sobre recobriments ceràmics d'alúmina i l'anàlisi de la microestructura superficial del recobriment, s'extreuen les següents conclusions:

(1) Quan el temps de corrosió va ser de 19 h, afegint un 0,2% de nanotubs de carboni híbrids + 0,2% de grafè amb un recobriment ceràmic d'alúmina, la densitat de corrent de corrosió va augmentar de 2,890 × 10-6 A/cm2 a 1,536 × 10-6 A/cm2, la impedància elèctrica va augmentar de 11388 Ω a 28079 Ω i l'eficiència de resistència a la corrosió va ser la més gran, del 46,85%. En comparació amb el recobriment ceràmic d'alúmina pura, el recobriment compost amb grafè i nanotubs de carboni té una millor resistència a la corrosió.

(2) Amb l'augment del temps d'immersió de l'electròlit, aquest penetra a la superfície de la unió entre el recobriment i el substrat per produir una pel·lícula d'òxid metàl·lic, cosa que dificulta la penetració de l'electròlit al substrat. La impedància elèctrica primer disminueix i després augmenta, i la resistència a la corrosió del recobriment ceràmic d'alúmina pura és deficient. L'estructura i la sinergia dels nanotubs de carboni i el grafè bloquegen la penetració descendent de l'electròlit. Quan es submergeix durant 19,5 h, la impedància elèctrica del recobriment que conté nanomaterials disminueix un 22,94%, un 25,60% i un 9,61% respectivament, i la resistència a la corrosió del recobriment és bona.

(3) A causa de les característiques dels nanotubs de carboni, el recobriment afegit amb nanotubs de carboni sols té una estructura porosa uniformement distribuïda abans de la corrosió. Després de la corrosió, els porus de la peça original es tornen estrets i llargs, i els canals es tornen més profunds. El recobriment que conté grafè té una estructura plana abans de la corrosió, la combinació entre les partícules del recobriment és propera i les partícules agregades estan ben embolicades per adhesiu. Tot i que la superfície s'erosiona per l'electròlit després de la corrosió, hi ha pocs canals de porus i l'estructura continua sent densa. L'estructura dels nanotubs de carboni i el grafè pot bloquejar eficaçment la propagació de les esquerdes i protegir la matriu.