1. Forberedelse af belægning
For at lette den senere elektrokemiske test er 30 mm × 4 mm 304 rustfrit stål valgt som base. Polér og fjern det resterende oxidlag og rustpletter på substratets overflade med sandpapir, kom dem i et bægerglas med acetone, behandl pletterne på substratets overflade med bg-06c ultralydsrenser fra Bangjie Electronics Company i 20 minutter, fjern slidrester på metalsubstratets overflade med alkohol og destilleret vand, og tør dem med en blæser. Derefter blev aluminiumoxid (Al2O3), grafen og hybrid kulstofnanorør (mwnt-coohsdbs) fremstillet i forholdet (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2) og anbragt i en kuglemølle (qm-3sp2 fra Nanjing NANDA Instrument Factory) til kugleformaling og blanding. Kuglemøllens rotationshastighed blev indstillet til 220 o/min, og kuglemøllen blev drejet til
Efter kuglemøllen indstilles rotationshastigheden for kuglemølletanken til skiftevis 1/2 efter færdigmøllen, og rotationshastigheden for kuglemølletanken indstilles til skiftevis 1/2 efter færdigmøllen. Det kuglemøllede keramiske aggregat og bindemidlet blandes jævnt i henhold til en massefraktion på 1,0 ∶ 0,8. Endelig blev den klæbende keramiske belægning opnået ved hærdningsproces.
2. Korrosionstest
I denne undersøgelse anvendes en elektrokemisk korrosionstest fra Shanghai Chenhua chi660e, og testen anvender et testsystem med tre elektroder. Platinelektroden er hjælpeelektroden, sølv-sølvkloridelektroden er referenceelektroden, og den belagte prøve er arbejdselektroden med et effektivt eksponeringsområde på 1 cm2. Forbind referenceelektroden, arbejdselektroden og hjælpeelektroden i elektrolytcellen med instrumentet, som vist i figur 1 og 2. Før testen lægges prøven i blød i elektrolytten, som er en 3,5% NaCl-opløsning.
3. Tafelanalyse af elektrokemisk korrosion af belægninger
Figur 3 viser Tafel-kurven for ubelagt substrat og keramisk belægning belagt med forskellige nanotilsætningsstoffer efter elektrokemisk korrosion i 19 timer. Data for korrosionsspænding, korrosionsstrømtæthed og elektrisk impedanstest opnået fra den elektrokemiske korrosionstest er vist i tabel 1.
Indsend
Når korrosionsstrømtætheden er mindre, og korrosionsbestandighedseffektiviteten er højere, er belægningens korrosionsbestandighedseffekt bedre. Det kan ses af figur 3 og tabel 1, at når korrosionstiden er 19 timer, er den maksimale korrosionsspænding for den rene metalmatrix -0,680 V, og matrixens korrosionsstrømtæthed er også den største og når 2,890 × 10-6 A/cm2. Ved belægning med ren aluminiumoxidkeramikbelægning faldt korrosionsstrømtætheden til 78 %, og PE var 22,01 %. Det viser, at den keramiske belægning spiller en bedre beskyttende rolle og kan forbedre belægningens korrosionsbestandighed i neutral elektrolyt.
Når 0,2% mwnt-cooh-sdbs eller 0,2% grafen blev tilsat belægningen, faldt korrosionsstrømtætheden, modstanden steg, og belægningens korrosionsbestandighed blev yderligere forbedret med en PE på henholdsvis 38,48% og 40,10%. Når overfladen belægges med en blandet aluminiumoxidbelægning på 0,2% mwnt-cooh-sdbs og 0,2% grafen, reduceres korrosionsstrømmen yderligere fra 2,890 × 10⁻⁶ A/cm2 til 1,536 × 10⁻⁶ A/cm2, den maksimale modstandsværdi steg fra 11388 Ω til 28079 Ω, og belægningens PE kan nå 46,85%. Det viser, at det fremstillede målprodukt har god korrosionsbestandighed, og den synergistiske effekt af kulstofnanorør og grafen kan effektivt forbedre korrosionsbestandigheden af den keramiske belægning.
4. Effekt af iblødsætningstid på belægningsimpedans
For yderligere at undersøge belægningens korrosionsbestandighed, idet der tages højde for indflydelsen af prøvens nedsænkningstid i elektrolytten på testen, opnås ændringskurverne for modstanden af de fire belægninger ved forskellige nedsænkningstider, som vist i figur 4.
Indsend
I den indledende fase af nedsænkningen (10 timer) er elektrolytten vanskelig at nedsænke i belægningen på grund af belægningens gode densitet og struktur. På dette tidspunkt viser den keramiske belægning høj modstand. Efter en periode med nedsænkning falder modstanden betydeligt, fordi elektrolytten med tiden gradvist danner en korrosionskanal gennem porerne og revnerne i belægningen og trænger ind i matrixen, hvilket resulterer i et betydeligt fald i belægningens modstand.
I det andet trin, når korrosionsprodukterne stiger til en vis mængde, blokeres diffusionen, og mellemrummet blokeres gradvist. Samtidig, når elektrolytten trænger ind i bindingsgrænsefladen i det nederste lag/matrix, vil vandmolekylerne reagere med Fe-elementet i matrixen ved belægnings-/matrixforbindelsen for at producere en tynd metaloxidfilm, som hindrer elektrolyttens indtrængen i matrixen og øger modstandsværdien. Når den bare metalmatrix korroderes elektrokemisk, produceres det meste af den grønne flokkulente udfældning i bunden af elektrolytten. Den elektrolytiske opløsning ændrede ikke farve under elektrolysering af den belagte prøve, hvilket kan bevise eksistensen af ovenstående kemiske reaktion.
På grund af den korte iblødsætningstid og store eksterne påvirkningsfaktorer analyseres Tafel-kurverne for 19 timer og 19,5 timer for yderligere at opnå det nøjagtige ændringsforhold mellem elektrokemiske parametre. Korrosionsstrømtætheden og -modstanden opnået ved hjælp af zsimpwin-analysesoftware er vist i tabel 2. Det kan konstateres, at når den iblødsættes i 19 timer, sammenlignet med det rene substrat, er korrosionsstrømtætheden for ren aluminiumoxid og aluminiumoxidkompositbelægning indeholdende nanoadditivmaterialer mindre, og modstandsværdien er større. Modstandsværdien for keramisk belægning indeholdende kulstofnanorør og belægning indeholdende grafen er næsten den samme, mens belægningsstrukturen med kulstofnanorør og grafenkompositmaterialer forbedres betydeligt. Dette skyldes, at den synergistiske effekt af endimensionelle kulstofnanorør og todimensionel grafen forbedrer materialets korrosionsbestandighed.
Med stigende nedsænkningstid (19,5 timer) øges modstanden af det rene substrat, hvilket indikerer, at det er i anden fase af korrosion, og der dannes en metaloxidfilm på substratets overflade. Tilsvarende øges modstanden af den keramiske belægning af ren aluminiumoxid også med tiden, hvilket indikerer, at elektrolytten på dette tidspunkt, selvom der er en langsommere effekt af den keramiske belægning, har trængt ind i bindingsgrænsefladen mellem belægning/matrix og dannet en oxidfilm gennem en kemisk reaktion.
Sammenlignet med aluminiumoxidbelægningen indeholdende 0,2% mwnt-cooh-sdbs, aluminiumoxidbelægningen indeholdende 0,2% grafen og aluminiumoxidbelægningen indeholdende 0,2% mwnt-cooh-sdbs og 0,2% grafen, faldt belægningsmodstanden signifikant med tiden, henholdsvis 22,94%, 25,60% og 9,61%, hvilket indikerer, at elektrolytten ikke trængte ind i samlingen mellem belægningen og substratet på dette tidspunkt. Dette skyldes, at strukturen af kulstofnanorør og grafen blokerer den nedadgående penetration af elektrolyt og dermed beskytter matrixen. Den synergistiske effekt af de to verificeres yderligere. Belægningen indeholdende to nanomaterialer har bedre korrosionsbestandighed.
Gennem Tafel-kurven og ændringskurven for den elektriske impedansværdi er det konstateret, at den keramiske aluminiumoxidbelægning med grafen, kulstofnanorør og deres blanding kan forbedre korrosionsbestandigheden af metalmatrixen, og den synergistiske effekt af de to kan yderligere forbedre korrosionsbestandigheden af den klæbende keramiske belægning. For yderligere at undersøge effekten af nanotilsætningsstoffer på belægningens korrosionsbestandighed blev belægningens mikrooverflademorfologi efter korrosion observeret.
Indsend
Figur 5 (A1, A2, B1, B2) viser overflademorfologien af eksponeret 304 rustfrit stål og belagt ren aluminiumoxidkeramik ved forskellige forstørrelser efter korrosion. Figur 5 (A2) viser, at overfladen bliver ru efter korrosion. For det bare substrat vises adskillige store korrosionshuller på overfladen efter nedsænkning i elektrolyt, hvilket indikerer, at korrosionsbestandigheden af den bare metalmatrix er dårlig, og elektrolytten er let at trænge ind i matrixen. For ren aluminiumoxidkeramikbelægning, som vist i figur 5 (B2), selvom porøse korrosionskanaler genereres efter korrosion, blokerer den relativt tætte struktur og fremragende korrosionsbestandighed af ren aluminiumoxidkeramikbelægning effektivt indtrængen af elektrolyt, hvilket forklarer årsagen til den effektive forbedring af impedansen af aluminiumoxidkeramikbelægningen.
Indsend
Overflademorfologi af mwnt-cooh-sdbs, belægninger indeholdende 0,2% grafen og belægninger indeholdende 0,2% mwnt-cooh-sdbs og 0,2% grafen. Det kan ses, at de to belægninger indeholdende grafen i figur 6 (B2 og C2) har en flad struktur, bindingen mellem partiklerne i belægningen er tæt, og de samlede partikler er tæt pakket ind i klæbemiddel. Selvom overfladen eroderes af elektrolyt, dannes der færre porekanaler. Efter korrosion er belægningens overflade tæt, og der er få defektstrukturer. For figur 6 (A1, A2) er belægningen på grund af mwnt-cooh-sdbs' egenskaber en ensartet fordelt porøs struktur før korrosion. Efter korrosion bliver porerne i den oprindelige del smalle og lange, og kanalen bliver dybere. Sammenlignet med figur 6 (B2, C2) har strukturen flere defekter, hvilket stemmer overens med størrelsesfordelingen af belægningens impedansværdi opnået fra elektrokemisk korrosionstest. Det viser, at den keramiske aluminiumoxidbelægning, der indeholder grafen, især blandingen af grafen og kulstofnanorør, har den bedste korrosionsbestandighed. Dette skyldes, at strukturen af kulstofnanorør og grafen effektivt kan blokere revnediffusion og beskytte matrixen.
5. Diskussion og opsummering
Gennem korrosionsbestandighedstesten af kulstofnanorør og grafentilsætningsstoffer på aluminiumoxidkeramisk belægning og analysen af belægningens overflademikrostruktur drages følgende konklusioner:
(1) Da korrosionstiden var 19 timer, og der blev tilsat 0,2% hybrid kulstofnanorør + 0,2% grafen blandet materiale aluminiumoxid keramisk belægning, steg korrosionsstrømtætheden fra 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² til 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², den elektriske impedans steg fra 11388 Ω til 28079 Ω, og korrosionsbestandighedseffektiviteten var størst, 46,85%. Sammenlignet med ren aluminiumoxid keramisk belægning har kompositbelægningen med grafen og kulstofnanorør bedre korrosionsbestandighed.
(2) Med stigende nedsænkningstid for elektrolytten trænger elektrolytten ind i overfladen af belægningen/substratet og danner en metaloxidfilm, hvilket hindrer elektrolyttens indtrængning i substratet. Den elektriske impedans falder først og stiger derefter, og korrosionsbestandigheden af ren aluminiumoxidkeramisk belægning er dårlig. Strukturen og synergien mellem kulstofnanorør og grafen blokerede den nedadgående indtrængning af elektrolytten. Ved iblødsætning i 19,5 timer faldt den elektriske impedans af belægningen, der indeholder nanomaterialer, med henholdsvis 22,94 %, 25,60 % og 9,61 %, og belægningens korrosionsbestandighed var god.
6. Indflydelsesmekanisme for belægningskorrosionsbestandighed
Gennem Tafel-kurven og ændringskurven for den elektriske impedansværdi er det konstateret, at den keramiske aluminiumoxidbelægning med grafen, kulstofnanorør og deres blanding kan forbedre korrosionsbestandigheden af metalmatrixen, og den synergistiske effekt af de to kan yderligere forbedre korrosionsbestandigheden af den klæbende keramiske belægning. For yderligere at undersøge effekten af nanotilsætningsstoffer på belægningens korrosionsbestandighed blev belægningens mikrooverflademorfologi efter korrosion observeret.
Figur 5 (A1, A2, B1, B2) viser overflademorfologien af eksponeret 304 rustfrit stål og belagt ren aluminiumoxidkeramik ved forskellige forstørrelser efter korrosion. Figur 5 (A2) viser, at overfladen bliver ru efter korrosion. For det bare substrat vises adskillige store korrosionshuller på overfladen efter nedsænkning i elektrolyt, hvilket indikerer, at korrosionsbestandigheden af den bare metalmatrix er dårlig, og elektrolytten er let at trænge ind i matrixen. For ren aluminiumoxidkeramikbelægning, som vist i figur 5 (B2), selvom porøse korrosionskanaler genereres efter korrosion, blokerer den relativt tætte struktur og fremragende korrosionsbestandighed af ren aluminiumoxidkeramikbelægning effektivt indtrængen af elektrolyt, hvilket forklarer årsagen til den effektive forbedring af impedansen af aluminiumoxidkeramikbelægningen.
Overflademorfologi af mwnt-cooh-sdbs, belægninger indeholdende 0,2% grafen og belægninger indeholdende 0,2% mwnt-cooh-sdbs og 0,2% grafen. Det kan ses, at de to belægninger indeholdende grafen i figur 6 (B2 og C2) har en flad struktur, bindingen mellem partiklerne i belægningen er tæt, og de samlede partikler er tæt pakket ind i klæbemiddel. Selvom overfladen eroderes af elektrolyt, dannes der færre porekanaler. Efter korrosion er belægningens overflade tæt, og der er få defektstrukturer. For figur 6 (A1, A2) er belægningen på grund af mwnt-cooh-sdbs' egenskaber en ensartet fordelt porøs struktur før korrosion. Efter korrosion bliver porerne i den oprindelige del smalle og lange, og kanalen bliver dybere. Sammenlignet med figur 6 (B2, C2) har strukturen flere defekter, hvilket stemmer overens med størrelsesfordelingen af belægningens impedansværdi opnået fra elektrokemisk korrosionstest. Det viser, at den keramiske aluminiumoxidbelægning, der indeholder grafen, især blandingen af grafen og kulstofnanorør, har den bedste korrosionsbestandighed. Dette skyldes, at strukturen af kulstofnanorør og grafen effektivt kan blokere revnediffusion og beskytte matrixen.
7. Diskussion og opsummering
Gennem korrosionsbestandighedstesten af kulstofnanorør og grafentilsætningsstoffer på aluminiumoxidkeramisk belægning og analysen af belægningens overflademikrostruktur drages følgende konklusioner:
(1) Da korrosionstiden var 19 timer, og der blev tilsat 0,2% hybrid kulstofnanorør + 0,2% grafen blandet materiale aluminiumoxid keramisk belægning, steg korrosionsstrømtætheden fra 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² til 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², den elektriske impedans steg fra 11388 Ω til 28079 Ω, og korrosionsbestandighedseffektiviteten var størst, 46,85%. Sammenlignet med ren aluminiumoxid keramisk belægning har kompositbelægningen med grafen og kulstofnanorør bedre korrosionsbestandighed.
(2) Med stigende nedsænkningstid for elektrolytten trænger elektrolytten ind i overfladen af belægningen/substratet og danner en metaloxidfilm, hvilket hindrer elektrolyttens indtrængning i substratet. Den elektriske impedans falder først og stiger derefter, og korrosionsbestandigheden af ren aluminiumoxidkeramisk belægning er dårlig. Strukturen og synergien mellem kulstofnanorør og grafen blokerede den nedadgående indtrængning af elektrolytten. Ved iblødsætning i 19,5 timer faldt den elektriske impedans af belægningen, der indeholder nanomaterialer, med henholdsvis 22,94 %, 25,60 % og 9,61 %, og belægningens korrosionsbestandighed var god.
(3) På grund af kulstofnanorørenes egenskaber har belægningen, der alene er tilsat kulstofnanorør, en ensartet fordelt porøs struktur før korrosion. Efter korrosion bliver porerne i den oprindelige del smalle og lange, og kanalerne bliver dybere. Belægningen, der indeholder grafen, har en flad struktur før korrosion, kombinationen mellem partiklerne i belægningen er tæt, og aggregatpartiklerne er tæt pakket ind i klæbemiddel. Selvom overfladen eroderes af elektrolyt efter korrosion, er der få porekanaler, og strukturen er stadig tæt. Strukturen af kulstofnanorør og grafen kan effektivt blokere revneudbredelse og beskytte matrixen.
Opslagstidspunkt: 9. marts 2022