1. Příprava nátěru
Pro usnadnění pozdějšího elektrochemického testu byla jako základ zvolena nerezová ocel 304 o rozměrech 30 mm × 4 mm. Povrch substrátu byl vyleštěn a odstraněn brusným papírem zbytková oxidová vrstva a rezavé skvrny, vložen do kádinky s acetonem, skvrny na povrchu substrátu byly ošetřeny ultrazvukovým čističem bg-06c od společnosti Bangjie Electronics po dobu 20 minut, zbytky opotřebení z povrchu kovového substrátu byly odstraněny alkoholem a destilovanou vodou a vysušeny ofukovačem. Poté byl připraven oxid hlinitý (Al2O3), grafen a hybridní uhlíkové nanotrubice (mwnt-coohsdbs) v poměru (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) a vložen do kulového mlýna (qm-3sp2 z továrny na přístroje Nanjing NANDA) pro mletí a míchání. Rychlost otáčení kulového mlýna byla nastavena na 220 ot./min a kulový mlýn byl zapnut na
Po mletí v kulovém mlýně se po dokončení mletí v kulovém mlýně střídavě nastavuje rychlost otáčení nádrže na kulový mlýn na 1/2 a po dokončení mletí v kulovém mlýně se střídavě nastavuje rychlost otáčení nádrže na kulový mlýn na 1/2. Keramické kamenivo a pojivo rozemleté v kulovém mlýně se rovnoměrně smíchají v hmotnostním podílu 1,0 ∶ 0,8. Nakonec se vytvrzováním získá adhezivní keramický povlak.
2. Zkouška koroze
V této studii byl pro elektrochemický korozní test použit elektrochemický pracovní systém Shanghai Chenhua chi660e a test využíval tříelektrodový zkušební systém. Platinová elektroda je pomocná elektroda, chlorid stříbrný je referenční elektroda a potažený vzorek je pracovní elektroda s efektivní expoziční plochou 1 cm2. Referenční elektroda, pracovní elektroda a pomocná elektroda se připojí k přístroji v elektrolytickém článku, jak je znázorněno na obrázcích 1 a 2. Před testem se vzorek namočí do elektrolytu, kterým je 3,5% roztok NaCl.
3. Tafelova analýza elektrochemické koroze povlaků
Obr. 3 ukazuje Tafelovu křivku nepovlakovaného substrátu a keramického povlaku potaženého různými nanopřísadami po elektrochemické korozi po dobu 19 hodin. Data o korozním napětí, hustotě korozního proudu a elektrické impedanci získaná z elektrochemické korozní zkoušky jsou uvedena v tabulce 1.
Předložit
Pokud je hustota korozního proudu menší a účinnost korozní odolnosti vyšší, je korozní odolnost povlaku lepší. Z obrázku 3 a tabulky 1 je patrné, že při době koroze 19 hodin je maximální korozní napětí holé kovové matrice -0,680 V a hustota korozního proudu matrice je také největší a dosahuje 2,890 × 10⁻⁶ A/cm². Při povlakování čistým keramickým povlakem z oxidu hlinitého se hustota korozního proudu snížila na 78 % a PE dosáhl 22,01 %. To ukazuje, že keramický povlak hraje lepší ochrannou roli a může zlepšit korozní odolnost povlaku v neutrálním elektrolytu.
Když bylo do povlaku přidáno 0,2 % mwnt-cooh-sdbs nebo 0,2 % grafenu, hustota korozního proudu se snížila, odolnost se zvýšila a korozní odolnost povlaku se dále zlepšila, s PE 38,48 %, respektive 40,10 %. Když je povrch potažen povlakem ze směsi oxidu hlinitého s 0,2 % mwnt-cooh-sdbs a 0,2 % grafenu, korozní proud se dále snížil z 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², maximální hodnota odporu se zvýšila z 11388 Ω na 28079 Ω a PE povlaku může dosáhnout 46,85 %. To ukazuje, že připravený cílový produkt má dobrou korozní odolnost a synergický efekt uhlíkových nanotrubic a grafenu může účinně zlepšit korozní odolnost keramického povlaku.
4. Vliv doby namáčení na impedanci povlaku
Pro další zkoumání korozní odolnosti povlaku s ohledem na vliv doby ponoření vzorku do elektrolytu na výsledek zkoušky byly získány křivky změny odporu čtyř povlaků při různých dobách ponoření, jak je znázorněno na obrázku 4.
Předložit
V počáteční fázi ponoření (10 h) je vzhledem k dobré hustotě a struktuře povlaku obtížné elektrolyt do něj ponořit. V této době vykazuje keramický povlak vysokou odolnost. Po určité době ponoření se odolnost výrazně snižuje, protože s postupem času elektrolyt postupně vytváří korozní kanálek skrz póry a trhliny v povlaku a proniká do matrice, což vede k výraznému snížení odolnosti povlaku.
Ve druhé fázi, když se množství korozních produktů zvýší na určité množství, je difúze blokována a mezera se postupně ucpává. Současně, když elektrolyt proniká do spojovacího rozhraní mezi spodní vrstvou a matricí, molekuly vody reagují s prvkem Fe v matrici na spoji povlaku a matrice za vzniku tenkého filmu oxidu kovu, který brání pronikání elektrolytu do matrice a zvyšuje hodnotu odporu. Když je holá kovová matrice elektrochemicky korodována, většina zelené vločkovité sraženiny se vytváří na dně elektrolytu. Elektrolytický roztok při elektrolýze povlakovaného vzorku nezměnil barvu, což může dokázat existenci výše uvedené chemické reakce.
Vzhledem ke krátké době namáčení a velkým vnějším vlivům byly pro získání přesného vztahu změn elektrochemických parametrů analyzovány Tafelovy křivky po 19 hodinách a 19,5 hodinách. Hustota korozního proudu a odpor získané pomocí analytického softwaru zsimpwin jsou uvedeny v tabulce 2. Je zjištěno, že při namáčení po dobu 19 hodin je ve srovnání s holým substrátem hustota korozního proudu čistého oxidu hlinitého a kompozitního povlaku z oxidu hlinitého s obsahem nanopřísad menší a hodnota odporu je větší. Hodnota odporu keramického povlaku s obsahem uhlíkových nanotrubic a povlaku s obsahem grafenu je téměř stejná, zatímco struktura povlaku s uhlíkovými nanotrubicemi a grafenovými kompozitními materiály je výrazně zvýšena. Je to proto, že synergický efekt jednorozměrných uhlíkových nanotrubic a dvourozměrného grafenu zlepšuje odolnost materiálu proti korozi.
S prodlužující se dobou ponoření (19,5 h) se zvyšuje odpor holého substrátu, což naznačuje, že se nachází ve druhé fázi koroze a na povrchu substrátu se vytváří oxidový film. Podobně se s prodlužující se dobou zvyšuje i odpor čistého keramického povlaku z oxidu hlinitého, což naznačuje, že v tomto okamžiku, i když dochází ke zpomalovacímu účinku keramického povlaku, elektrolyt pronikl do spojovacího rozhraní povlak/matrice a chemickou reakcí vytvořil oxidový film.
Ve srovnání s povlakem z oxidu hlinitého obsahujícím 0,2 % mwnt-cooh-sdbs, povlakem z oxidu hlinitého obsahujícím 0,2 % grafenu a povlakem z oxidu hlinitého obsahujícím 0,2 % mwnt-cooh-sdbs a 0,2 % grafenu se odolnost povlaku s rostoucím časem významně snížila, a to o 22,94 %, 25,60 % a 9,61 %, což naznačuje, že elektrolyt v tomto okamžiku nepronikl do spoje mezi povlakem a substrátem. Je to proto, že struktura uhlíkových nanotrubic a grafenu blokuje pronikání elektrolytu směrem dolů a tím chrání matrici. Synergický efekt obou je dále ověřen. Povlak obsahující dva nanomateriály má lepší odolnost proti korozi.
Prostřednictvím Tafelovy křivky a křivky změny hodnoty elektrické impedance bylo zjištěno, že aluminový keramický povlak s grafenem, uhlíkovými nanotrubicemi a jejich směsí může zlepšit odolnost kovové matrice proti korozi a synergický efekt těchto dvou látek může dále zlepšit odolnost adhezivního keramického povlaku proti korozi. Pro další zkoumání vlivu nanopřísad na odolnost povlaku proti korozi byla pozorována mikromorfologie povrchu povlaku po korozi.
Předložit
Obrázek 5 (A1, A2, B1, B2) ukazuje morfologii povrchu exponované nerezové oceli 304 a potažené keramiky z čistého oxidu hlinitého při různém zvětšení po korozi. Obrázek 5 (A2) ukazuje, že povrch po korozi se zdrsní. U holého substrátu se po ponoření do elektrolytu objeví na povrchu několik velkých korozních důlků, což naznačuje, že korozní odolnost holé kovové matrice je nízká a elektrolyt snadno proniká do matrice. U povlaku z čistého oxidu hlinitého, jak je znázorněno na obrázku 5 (B2), ačkoli se po korozi vytvářejí porézní korozní kanálky, relativně hustá struktura a vynikající korozní odolnost povlaku z čistého oxidu hlinitého účinně blokují pronikání elektrolytu, což vysvětluje důvod pro efektivní zlepšení impedance povlaku z keramiky z oxidu hlinitého.
Předložit
Povrchová morfologie mwnt-cooh-sdbs, povlaků obsahujících 0,2 % grafenu a povlaků obsahujících 0,2 % mwnt-cooh-sdbs a 0,2 % grafenu. Je vidět, že dva povlaky obsahující grafen na obrázku 6 (B2 a C2) mají plochou strukturu, vazba mezi částicemi v povlaku je pevná a agregované částice jsou pevně ovinuty lepidlem. Přestože je povrch erodován elektrolytem, tvoří se méně pórovitých kanálků. Po korozi je povrch povlaku hustý a je zde málo defektních struktur. Na obrázku 6 (A1, A2) má povlak před korozí v důsledku vlastností mwnt-cooh-sdbs rovnoměrně rozloženou porézní strukturu. Po korozi se póry původní části zužují a prodlužují a kanálky se prohlubují. Ve srovnání s obrázkem 6 (B2, C2) má struktura více defektů, což je v souladu s rozložením velikosti hodnoty impedance povlaku získané z elektrochemického korozního testu. Ukazuje se, že aluminový keramický povlak obsahující grafen, zejména směs grafenu a uhlíkových nanotrubic, má nejlepší odolnost proti korozi. Je to proto, že struktura uhlíkových nanotrubic a grafenu dokáže účinně blokovat difúzi trhlin a chránit matrici.
5. Diskuse a shrnutí
Prostřednictvím testu korozní odolnosti uhlíkových nanotrubic a grafenových přísad na keramickém povlaku z oxidu hlinitého a analýzy povrchové mikrostruktury povlaku byly vyvozeny následující závěry:
(1) Při době koroze 19 hodin se po přidání 0,2 % hybridního uhlíkového nanotrubic + 0,2 % grafenu do aluminokeramického povlaku ze směsi materiálů hybridních uhlíkových nanotrubic + 0,2 % grafenu hustota korozního proudu zvýšila z 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², elektrická impedance se zvýšila z 11388 Ω na 28079 Ω a účinnost korozní odolnosti byla nejvyšší, 46,85 %. Ve srovnání s čistým aluminokeramickým povlakem má kompozitní povlak s grafenem a uhlíkovými nanotrubicemi lepší korozní odolnost.
(2) S prodlužující se dobou ponoření elektrolytu elektrolyt proniká do spoje povlaku/substrátu a vytváří film oxidu kovu, který brání pronikání elektrolytu do substrátu. Elektrická impedance nejprve klesá a poté se zvyšuje, což vede k nízké odolnosti čistého keramického povlaku z oxidu hlinitého proti korozi. Struktura a synergie uhlíkových nanotrubic a grafenu blokují pronikání elektrolytu směrem dolů. Po 19,5 hodinách ponoření se elektrická impedance povlaku obsahujícího nanomateriály snížila o 22,94 %, 25,60 % a 9,61 % a odolnost povlaku proti korozi byla dobrá.
6. Mechanismus ovlivnění korozní odolnosti povlaku
Prostřednictvím Tafelovy křivky a křivky změny hodnoty elektrické impedance bylo zjištěno, že aluminový keramický povlak s grafenem, uhlíkovými nanotrubicemi a jejich směsí může zlepšit odolnost kovové matrice proti korozi a synergický efekt těchto dvou látek může dále zlepšit odolnost adhezivního keramického povlaku proti korozi. Pro další zkoumání vlivu nanopřísad na odolnost povlaku proti korozi byla pozorována mikromorfologie povrchu povlaku po korozi.
Obrázek 5 (A1, A2, B1, B2) ukazuje morfologii povrchu exponované nerezové oceli 304 a potažené keramiky z čistého oxidu hlinitého při různém zvětšení po korozi. Obrázek 5 (A2) ukazuje, že povrch po korozi se zdrsní. U holého substrátu se po ponoření do elektrolytu objeví na povrchu několik velkých korozních důlků, což naznačuje, že korozní odolnost holé kovové matrice je nízká a elektrolyt snadno proniká do matrice. U povlaku z čistého oxidu hlinitého, jak je znázorněno na obrázku 5 (B2), ačkoli se po korozi vytvářejí porézní korozní kanálky, relativně hustá struktura a vynikající korozní odolnost povlaku z čistého oxidu hlinitého účinně blokují pronikání elektrolytu, což vysvětluje důvod pro efektivní zlepšení impedance povlaku z keramiky z oxidu hlinitého.
Povrchová morfologie mwnt-cooh-sdbs, povlaků obsahujících 0,2 % grafenu a povlaků obsahujících 0,2 % mwnt-cooh-sdbs a 0,2 % grafenu. Je vidět, že dva povlaky obsahující grafen na obrázku 6 (B2 a C2) mají plochou strukturu, vazba mezi částicemi v povlaku je pevná a agregované částice jsou pevně ovinuty lepidlem. Přestože je povrch erodován elektrolytem, tvoří se méně pórovitých kanálků. Po korozi je povrch povlaku hustý a je zde málo defektních struktur. Na obrázku 6 (A1, A2) má povlak před korozí v důsledku vlastností mwnt-cooh-sdbs rovnoměrně rozloženou porézní strukturu. Po korozi se póry původní části zužují a prodlužují a kanálky se prohlubují. Ve srovnání s obrázkem 6 (B2, C2) má struktura více defektů, což je v souladu s rozložením velikosti hodnoty impedance povlaku získané z elektrochemického korozního testu. Ukazuje se, že aluminový keramický povlak obsahující grafen, zejména směs grafenu a uhlíkových nanotrubic, má nejlepší odolnost proti korozi. Je to proto, že struktura uhlíkových nanotrubic a grafenu dokáže účinně blokovat difúzi trhlin a chránit matrici.
7. Diskuse a shrnutí
Prostřednictvím testu korozní odolnosti uhlíkových nanotrubic a grafenových přísad na keramickém povlaku z oxidu hlinitého a analýzy povrchové mikrostruktury povlaku byly vyvozeny následující závěry:
(1) Při době koroze 19 hodin se po přidání 0,2 % hybridního uhlíkového nanotrubic + 0,2 % grafenu do aluminokeramického povlaku ze směsi materiálů hybridních uhlíkových nanotrubic + 0,2 % grafenu hustota korozního proudu zvýšila z 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², elektrická impedance se zvýšila z 11388 Ω na 28079 Ω a účinnost korozní odolnosti byla nejvyšší, 46,85 %. Ve srovnání s čistým aluminokeramickým povlakem má kompozitní povlak s grafenem a uhlíkovými nanotrubicemi lepší korozní odolnost.
(2) S prodlužující se dobou ponoření elektrolytu elektrolyt proniká do spoje povlaku/substrátu a vytváří film oxidu kovu, který brání pronikání elektrolytu do substrátu. Elektrická impedance nejprve klesá a poté se zvyšuje, což vede k nízké odolnosti čistého keramického povlaku z oxidu hlinitého proti korozi. Struktura a synergie uhlíkových nanotrubic a grafenu blokují pronikání elektrolytu směrem dolů. Po 19,5 hodinách ponoření se elektrická impedance povlaku obsahujícího nanomateriály snížila o 22,94 %, 25,60 % a 9,61 % a odolnost povlaku proti korozi byla dobrá.
(3) Vzhledem k vlastnostem uhlíkových nanotrubic má povlak s přidanými pouze uhlíkovými nanotrubicemi před korozí rovnoměrně rozloženou porézní strukturu. Po korozi se póry původního dílu zužují a prodlužují a kanálky se prohlubují. Povlak obsahující grafen má před korozí plochou strukturu, kombinace mezi částicemi v povlaku je těsná a agregované částice jsou pevně obaleny lepidlem. Přestože je povrch po korozi erodován elektrolytem, je zde málo pórovitých kanálků a struktura je stále hustá. Struktura uhlíkových nanotrubic a grafenu může účinně blokovat šíření trhlin a chránit matrici.
Čas zveřejnění: 9. března 2022