1. Estalduraren prestaketa
Geroko proba elektrokimikoa errazteko, 30 mm × 4 mm-ko 304 altzairu herdoilgaitza aukeratu da oinarri gisa. Substratuaren gainazaleko oxido geruza eta herdoil orbanak leundu eta lixa-paperarekin kendu, azetona duen ontzi batean sartu, substratuaren gainazaleko orbanak Bangjie elektronika konpainiaren bg-06c ultrasoinu garbitzailearekin tratatu 20 minutuz, metalezko substratuaren gainazaleko higadura-hondakinak alkohol eta ur destilatuarekin kendu eta haizagailu batekin lehortu. Ondoren, alumina (Al2O3), grafenoa eta karbono nanotubo hibridoak (mwnt-coohsdbs) proportzioan prestatu dira (100: 0: 0, 99.8: 0.2: 0, 99.8: 0: 0.2, 99.6: 0.2: 0.2), eta bola-errota batean sartu dira (Nanjing NANDA instrumentu fabrikako qm-3sp2) bola-errotatzeko eta nahasteko. Bola-errotaren biraketa-abiadura 220 R/min-tan ezarri zen, eta bola-errota piztu zen
Bola-fresaketaren ondoren, ezarri bola-fresaketaren deposituaren biraketa-abiadura 1/2 txandaka fresaketaren ondoren, eta ezarri bola-fresaketaren deposituaren biraketa-abiadura 1/2 txandaka fresaketaren ondoren. Bola-fresaketaren zeramikazko agregakina eta aglutinatzailea modu uniformean nahasten dira 1.0 ∶ 0.8 masa-frakzioaren arabera. Azkenik, itsasgarri zeramikozko estaldura lortu da sendatze-prozesuaren bidez.
2. Korrosio-proba
Ikerketa honetan, korrosio elektrokimikoaren probak Shanghai Chenhua chi660e lan-estazio elektrokimikoa erabiltzen du, eta probak hiru elektrodoko proba-sistema erabiltzen du. Platinozko elektrodoa elektrodo laguntzailea da, zilar zilar klorurozko elektrodoa erreferentziazko elektrodoa, eta estalitako lagina lan-elektrodoa, 1 cm2-ko esposizio-eremu eraginkorrarekin. Konektatu erreferentziazko elektrodoa, lan-elektrodoa eta elektrodo laguntzailea zelula elektrolitikoan tresnarekin, 1. eta 2. irudietan erakusten den bezala. Proba egin aurretik, busti lagina elektrolitoan, hau da, % 3,5eko NaCl disoluzioan.
3. Estalduraren korrosio elektrokimikoaren Tafel analisia
3. irudiak estali gabeko substratuaren eta nanogehigarri ezberdinekin estalitako zeramikazko estalduraren Tafel kurba erakusten du, 19 orduz korrosio elektrokimikoaren ondoren. Korrosio elektrokimikoaren probatik lortutako korrosio-tentsioaren, korrosio-korrontearen dentsitatearen eta inpedantzia elektrikoaren proben datuak 1. taulan ageri dira.
Bidali
Korrosio-korrontearen dentsitatea txikiagoa eta korrosioarekiko erresistentzia-eraginkortasuna handiagoa denean, estalduraren korrosioarekiko erresistentzia-efektua hobea da. 3. iruditik eta 1. taulatik ikus daitekeenez, korrosio-denbora 19 ordu denean, metalezko matrize biluziaren korrosio-tentsio maximoa -0,680 V da, eta matrizearen korrosio-korrontearen dentsitatea ere handiena da, 2,890 × 10-6 A/cm2-ra iritsiz. Alumina zeramikazko estaldura puruarekin estalita dagoenean, korrosio-korrontearen dentsitatea % 78ra jaitsi da eta PE % 22,01era. Horrek erakusten du zeramikazko estaldurak babes-eginkizun hobea betetzen duela eta estalduraren korrosioarekiko erresistentzia hobetu dezakeela elektrolito neutroan.
% 0,2 mwnt-cooh-sdbs edo % 0,2 grafeno estaldurari gehitu zitzaionean, korrosio-korrontearen dentsitatea gutxitu egin zen, erresistentzia handitu egin zen eta estalduraren korrosio-erresistentzia are gehiago hobetu zen, % 38,48ko eta % 40,10eko PE lortuz, hurrenez hurren. Gainazala % 0,2 mwnt-cooh-sdbs eta % 0,2 grafenozko alumina nahasketako estaldurarekin estaltzen denean, korrosio-korrontea are gehiago murrizten da 2,890 × 10-6 A / cm2-tik 1,536 × 10-6 A / cm2-ra, erresistentzia-balio maximoa 11388 Ω-tik 28079 Ω-ra igo zen, eta estalduraren PE % 46,85era irits daiteke. Horrek erakusten du prestatutako helburu-produktuak korrosioarekiko erresistentzia ona duela, eta karbono-nanotuboen eta grafenoaren efektu sinergikoak zeramikazko estalduraren korrosioarekiko erresistentzia eraginkortasunez hobetu dezakeela.
4. Bustitze-denboraren eragina estalduraren inpedantziaren gainean
Estalduraren korrosioarekiko erresistentzia gehiago aztertzeko, lagina elektrolitoan murgiltze-denborak proban duen eragina kontuan hartuta, lau estalduren erresistentziaren aldaketa-kurbak lortu dira murgiltze-denbora desberdinetan, 4. irudian erakusten den bezala.
Bidali
Murgiltze-fasean (10 ordu), estalduraren dentsitate eta egitura onak direla eta, elektrolitoa zaila da estalduran murgiltzea. Une horretan, zeramikazko estaldurak erresistentzia handia erakusten du. Denbora batez busti ondoren, erresistentzia nabarmen jaisten da, denborarekin elektrolitoak pixkanaka korrosio-kanal bat sortzen baitu estalduraren poro eta pitzaduretan zehar eta matrizean sartzen baita, eta ondorioz estalduraren erresistentzia nabarmen jaisten da.
Bigarren fasean, korrosio-produktuak kopuru jakin bateraino handitzen direnean, difusioa blokeatu egiten da eta tartea pixkanaka blokeatzen da. Aldi berean, elektrolitoa lotura-beheko geruzaren/matrizearen lotura-interfazean sartzen denean, ur molekulek matrizeko Fe elementuarekin erreakzionatuko dute estalduraren/matrizearen loturan, metal oxidozko film mehe bat sortuz, eta horrek elektrolitoa matrizean sartzea oztopatzen du eta erresistentzia-balioa handitzen du. Metalezko matrizea elektrokimikoki korroditzen denean, prezipitazio malutatsu berde gehiena elektrolitoaren behealdean sortzen da. Soluzio elektrolitikoak ez zuen kolorea aldatu estalitako lagina elektrolizatzean, eta horrek goiko erreakzio kimikoaren existentzia froga dezake.
Bustitze-denbora laburra eta kanpoko eragin-faktore handiak direla eta, parametro elektrokimikoen aldaketa-erlazio zehatza lortzeko, 19 orduko eta 19,5 orduko Tafel kurbak aztertu dira. Zsimpwin analisi softwarearen bidez lortutako korrosio-korrontearen dentsitatea eta erresistentzia 2. taulan ageri dira. Ikus daiteke 19 orduz bustita dagoenean, substratu biluziarekin alderatuta, alumina puruaren eta nanogehigarri materialak dituen alumina konpositezko estalduraren korrosio-korrontearen dentsitatea txikiagoa dela eta erresistentzia-balioa handiagoa dela. Karbono nanotuboak dituen zeramikazko estalduraren eta grafenoa duen estalduraren erresistentzia-balioa ia berdina da, eta karbono nanotuboekin eta grafeno konpositezko materialekin egindako estaldura-egitura nabarmen hobetzen da. Hau da, dimentsio bakarreko karbono nanotuboen eta bi dimentsioko grafenoaren efektu sinergikoak materialaren korrosio-erresistentzia hobetzen duelako.
Murgiltze-denbora handitzen den heinean (19,5 h), substratu biluziaren erresistentzia handitzen da, eta horrek adierazten du korrosioaren bigarren fasean dagoela eta metal oxidozko filma sortzen dela substratuaren gainazalean. Era berean, denbora handitzen den heinean, alumina zeramikazko estaldura puruaren erresistentzia ere handitzen da, eta horrek adierazten du une horretan, zeramikazko estalduraren moteltze-efektua egon arren, elektrolitoak estalduraren/matrizearen lotura-interfazean sartu dela, eta oxidozko filma sortu duela erreakzio kimikoaren bidez.
% 0,2 mwnt-cooh-sdbs duen alumina estaldurarekin, % 0,2 grafenoa duen alumina estaldurarekin eta % 0,2 mwnt-cooh-sdbs eta % 0,2 grafenoa dituen alumina estaldurarekin alderatuta, estalduraren erresistentzia nabarmen jaitsi zen denborarekin, % 22,94, % 25,60 eta % 9,61 jaitsiz, hurrenez hurren, eta horrek adierazten du elektrolitoa ez zela estalduraren eta substratuaren arteko junturan sartu une horretan. Hau da, karbono nanotuboen eta grafenoaren egiturak elektrolitoaren beheranzko sartzea blokeatzen duelako, eta horrela matrizea babesten duelako. Bien arteko efektu sinergikoa are gehiago egiaztatzen da. Bi nanomaterial dituen estaldurak korrosioarekiko erresistentzia hobea du.
Tafel kurbaren eta inpedantzia elektrikoaren balioaren aldaketa-kurbaren bidez, ikusi da grafenoarekin, karbono nanotuboekin eta haien nahasketarekin egindako alumina zeramikazko estaldurak metal matrizearen korrosioarekiko erresistentzia hobetu dezakeela, eta bien efektu sinergikoak itsasgarri zeramikazko estalduraren korrosioarekiko erresistentzia are gehiago hobetu dezakeela. Nanogehigarriek estalduraren korrosioarekiko erresistentzian duten eragina gehiago aztertzeko, estalduraren mikro gainazalaren morfologia behatu zen korrosioaren ondoren.
Bidali
5. irudiak (A1, A2, B1, B2) 304 altzairu herdoilgaitz agerian utzitako eta alumina zeramika puru estaliaren gainazaleko morfologia erakusten du, handitze desberdinetan korrosioaren ondoren. 5. irudiak (A2) korrosioaren ondoren gainazala zakarra bihurtzen dela erakusten du. Substratu biluzian, hainbat korrosio-zulo handi agertzen dira gainazalean elektrolitoan murgildu ondoren, eta horrek adierazten du metalezko matrize biluziaren korrosioarekiko erresistentzia eskasa dela eta elektrolitoa erraz sartzen dela matrizean. Alumina zeramika puruzko estalduraren kasuan, 5. irudian (B2) erakusten den bezala, korrosioaren ondoren korrosio-kanal porotsuak sortzen diren arren, alumina zeramika puruzko estalduraren egitura nahiko trinkoak eta korrosioarekiko erresistentzia bikainak elektrolitoaren inbasioa eraginkortasunez blokeatzen dute, eta horrek azaltzen du alumina zeramikazko estalduraren inpedantziaren hobekuntza eraginkorraren arrazoia.
Bidali
mwnt-cooh-sdbs-en gainazaleko morfologia, % 0,2 grafenoa duten estaldurak eta % 0,2 mwnt-cooh-sdbs eta % 0,2 grafenoa dituzten estaldurak. Ikus daiteke 6. irudian (B2 eta C2) grafenoa duten bi estaldurak egitura laua dutela, estaldurako partikulen arteko lotura estua dela eta agregatutako partikulak itsasgarriz ondo bilduta daudela. Gainazala elektrolitoak higatzen duen arren, poro-kanal gutxiago sortzen dira. Korrosioaren ondoren, estalduraren gainazala trinkoa da eta akats-egitura gutxi daude. 6. irudian (A1, A2), mwnt-cooh-sdbs-en ezaugarriengatik, korrosioaren aurreko estaldura uniformeki banatutako egitura porotsua da. Korrosioaren ondoren, jatorrizko piezaren poroak estuagoak eta luzeagoak bihurtzen dira, eta kanala sakonagoa bihurtzen da. 6. irudiarekin (B2, C2) alderatuta, egiturak akats gehiago ditu, eta hori bat dator korrosio elektrokimikoko probatik lortutako estalduraren inpedantzia-balioaren tamaina-banaketarekin. Grafenoa duen alumina zeramikazko estaldurak, batez ere grafeno eta karbono nanotuboen nahasketak, korrosioarekiko erresistentzia onena duela erakusten du. Hau da, karbono nanotuboen eta grafenoaren egiturak pitzaduraren difusioa eraginkortasunez blokeatu eta matrizea babestu dezakeelako.
5. Eztabaida eta laburpena
Karbono nanotuboen eta grafeno gehigarrien alumina zeramikazko estalduraren korrosioarekiko erresistentzia probaren eta estalduraren gainazaleko mikroegituraren analisiaren bidez, ondorio hauek ateratzen dira:
(1) Korrosio-denbora 19 ordukoa zenean, % 0,2 karbono nanotubo hibrido + % 0,2 grafenozko material mistoko alumina zeramikazko estaldura gehituta, korrosio-korrontearen dentsitatea 2,890 × 10-6 A/cm2-tik 1,536 × 10-6 A/cm2-ra igo zen, inpedantzia elektrikoa 11388 Ω-tik 28079 Ω-ra igo zen, eta korrosioarekiko erresistentzia-eraginkortasuna handiena da, % 46,85ekoa. Alumina zeramikazko estaldura hutsarekin alderatuta, grafeno eta karbono nanotuboekin egindako estaldura konposatuak korrosioarekiko erresistentzia hobea du.
(2) Elektrolitoaren murgiltze-denbora handitzen den heinean, elektrolitoa estalduraren/substratuaren arteko juntura-gainazalean sartzen da metal oxidozko filma sortzeko, eta horrek elektrolitoa substratuan sartzea oztopatzen du. Inpedantzia elektrikoa lehenik gutxitu eta gero handitu egiten da, eta alumina zeramikazko estaldura puruaren korrosioarekiko erresistentzia eskasa da. Karbono nanotuboen eta grafenoaren egiturak eta sinergiak elektrolitoaren beheranzko sartzea blokeatu zuten. 19,5 orduz bustita egon ondoren, nanomaterialak zituen estalduraren inpedantzia elektrikoa % 22,94, % 25,60 eta % 9,61 jaitsi zen, hurrenez hurren, eta estalduraren korrosioarekiko erresistentzia ona izan zen.
6. Estalduraren korrosioarekiko erresistentziaren eragin-mekanismoa
Tafel kurbaren eta inpedantzia elektrikoaren balioaren aldaketa-kurbaren bidez, ikusi da grafenoarekin, karbono nanotuboekin eta haien nahasketarekin egindako alumina zeramikazko estaldurak metal matrizearen korrosioarekiko erresistentzia hobetu dezakeela, eta bien efektu sinergikoak itsasgarri zeramikazko estalduraren korrosioarekiko erresistentzia are gehiago hobetu dezakeela. Nanogehigarriek estalduraren korrosioarekiko erresistentzian duten eragina gehiago aztertzeko, estalduraren mikro gainazalaren morfologia behatu zen korrosioaren ondoren.
5. irudiak (A1, A2, B1, B2) 304 altzairu herdoilgaitz agerian utzitako eta alumina zeramika puru estaliaren gainazaleko morfologia erakusten du, handitze desberdinetan korrosioaren ondoren. 5. irudiak (A2) korrosioaren ondoren gainazala zakarra bihurtzen dela erakusten du. Substratu biluzian, hainbat korrosio-zulo handi agertzen dira gainazalean elektrolitoan murgildu ondoren, eta horrek adierazten du metalezko matrize biluziaren korrosioarekiko erresistentzia eskasa dela eta elektrolitoa erraz sartzen dela matrizean. Alumina zeramika puruzko estalduraren kasuan, 5. irudian (B2) erakusten den bezala, korrosioaren ondoren korrosio-kanal porotsuak sortzen diren arren, alumina zeramika puruzko estalduraren egitura nahiko trinkoak eta korrosioarekiko erresistentzia bikainak elektrolitoaren inbasioa eraginkortasunez blokeatzen dute, eta horrek azaltzen du alumina zeramikazko estalduraren inpedantziaren hobekuntza eraginkorraren arrazoia.
mwnt-cooh-sdbs-en gainazaleko morfologia, % 0,2 grafenoa duten estaldurak eta % 0,2 mwnt-cooh-sdbs eta % 0,2 grafenoa dituzten estaldurak. Ikus daiteke 6. irudian (B2 eta C2) grafenoa duten bi estaldurak egitura laua dutela, estaldurako partikulen arteko lotura estua dela eta agregatutako partikulak itsasgarriz ondo bilduta daudela. Gainazala elektrolitoak higatzen duen arren, poro-kanal gutxiago sortzen dira. Korrosioaren ondoren, estalduraren gainazala trinkoa da eta akats-egitura gutxi daude. 6. irudian (A1, A2), mwnt-cooh-sdbs-en ezaugarriengatik, korrosioaren aurreko estaldura uniformeki banatutako egitura porotsua da. Korrosioaren ondoren, jatorrizko piezaren poroak estuagoak eta luzeagoak bihurtzen dira, eta kanala sakonagoa bihurtzen da. 6. irudiarekin (B2, C2) alderatuta, egiturak akats gehiago ditu, eta hori bat dator korrosio elektrokimikoko probatik lortutako estalduraren inpedantzia-balioaren tamaina-banaketarekin. Grafenoa duen alumina zeramikazko estaldurak, batez ere grafeno eta karbono nanotuboen nahasketak, korrosioarekiko erresistentzia onena duela erakusten du. Hau da, karbono nanotuboen eta grafenoaren egiturak pitzaduraren difusioa eraginkortasunez blokeatu eta matrizea babestu dezakeelako.
7. Eztabaida eta laburpena
Karbono nanotuboen eta grafeno gehigarrien alumina zeramikazko estalduraren korrosioarekiko erresistentzia probaren eta estalduraren gainazaleko mikroegituraren analisiaren bidez, ondorio hauek ateratzen dira:
(1) Korrosio-denbora 19 ordukoa zenean, % 0,2 karbono nanotubo hibrido + % 0,2 grafenozko material mistoko alumina zeramikazko estaldura gehituta, korrosio-korrontearen dentsitatea 2,890 × 10-6 A/cm2-tik 1,536 × 10-6 A/cm2-ra igo zen, inpedantzia elektrikoa 11388 Ω-tik 28079 Ω-ra igo zen, eta korrosioarekiko erresistentzia-eraginkortasuna handiena da, % 46,85ekoa. Alumina zeramikazko estaldura hutsarekin alderatuta, grafeno eta karbono nanotuboekin egindako estaldura konposatuak korrosioarekiko erresistentzia hobea du.
(2) Elektrolitoaren murgiltze-denbora handitzen den heinean, elektrolitoa estalduraren/substratuaren arteko juntura-gainazalean sartzen da metal oxidozko filma sortzeko, eta horrek elektrolitoa substratuan sartzea oztopatzen du. Inpedantzia elektrikoa lehenik gutxitu eta gero handitu egiten da, eta alumina zeramikazko estaldura puruaren korrosioarekiko erresistentzia eskasa da. Karbono nanotuboen eta grafenoaren egiturak eta sinergiak elektrolitoaren beheranzko sartzea blokeatu zuten. 19,5 orduz bustita egon ondoren, nanomaterialak zituen estalduraren inpedantzia elektrikoa % 22,94, % 25,60 eta % 9,61 jaitsi zen, hurrenez hurren, eta estalduraren korrosioarekiko erresistentzia ona izan zen.
(3) Karbono nanohodien ezaugarriengatik, karbono nanohodiekin bakarrik gehitutako estaldurak egitura porotsu uniformeki banatua du korrosioaren aurretik. Korrosioaren ondoren, jatorrizko piezaren poroak estutu eta luzeago bihurtzen dira, eta kanalak sakonagoak. Grafenoa duen estaldurak egitura laua du korrosioaren aurretik, estaldurako partikulen arteko konbinazioa estua da, eta agregatutako partikulak itsasgarriz ondo bilduta daude. Korrosioaren ondoren gainazala elektrolitoak higatzen duen arren, poro-kanal gutxi daude eta egitura trinkoa da oraindik. Karbono nanohodien eta grafenoaren egiturak pitzaduraren hedapena eraginkortasunez blokeatu eta matrizea babestu dezake.
Argitaratze data: 2022ko martxoaren 9a