1. Préparation du revêtement
Afin de faciliter les tests électrochimiques ultérieurs, un substrat en acier inoxydable 304 de 30 mm x 4 mm a été sélectionné. La couche d'oxyde résiduelle et les taches de rouille ont été polies à l'aide de papier de verre, puis placées dans un bécher contenant de l'acétone. Les taches ont été traitées avec un nettoyeur à ultrasons BG-06C de Bangjie Electronics pendant 20 minutes. Les débris d'usure ont été éliminés avec de l'alcool et de l'eau distillée, puis séchés à la soufflette. L'alumine (Al₂O₃), le graphène et les nanotubes de carbone hybrides (mwnt-coohsdbs) ont ensuite été préparés dans les proportions suivantes : 100 : 0 : 0, 99,8 : 0,2 : 0, 99,8 : 0 : 0,2, 99,6 : 0,2 : 0,2, puis placés dans un broyeur à boulets (QM-3SP2 de l'usine d'instruments NANDA de Nanjing) pour broyage et mélange. La vitesse de rotation du broyeur à boulets a été réglée à 220 tr/min, et le broyeur à boulets a été tourné à
Après le broyage à boulets, régler la vitesse de rotation du réservoir à 1/2 alternance après le broyage, puis à 1/2 alternance après le broyage. L'agrégat céramique et le liant broyés à boulets sont mélangés uniformément selon une fraction massique comprise entre 1,0 et 0,8. Enfin, le revêtement céramique adhésif est obtenu par durcissement.
2. Essai de corrosion
Dans cette étude, l'essai de corrosion électrochimique utilise la station de travail électrochimique Shanghai Chenhua chi660e et un système à trois électrodes. L'électrode de platine est l'électrode auxiliaire, l'électrode d'argent-chlorure d'argent l'électrode de référence et l'échantillon revêtu l'électrode de travail, avec une surface d'exposition effective de 1 cm². Connecter l'électrode de référence, l'électrode de travail et l'électrode auxiliaire dans la cellule électrolytique avec l'instrument, comme illustré aux figures 1 et 2. Avant l'essai, tremper l'échantillon dans l'électrolyte, une solution de NaCl à 3,5 %.
3. Analyse de la corrosion électrochimique des revêtements par Tafel
La figure 3 montre la courbe de Tafel d'un substrat non revêtu et d'un revêtement céramique revêtu de différents nano-additifs après une corrosion électrochimique de 19 h. Les données de tension de corrosion, de densité de courant de corrosion et d'impédance électrique obtenues lors de l'essai de corrosion électrochimique sont présentées dans le tableau 1.
Soumettre
Français Lorsque la densité de courant de corrosion est plus faible et l'efficacité de résistance à la corrosion est plus élevée, l'effet de résistance à la corrosion du revêtement est meilleur. La figure 3 et le tableau 1 montrent qu'avec une durée de corrosion de 19 h, la tension de corrosion maximale de la matrice métallique nue est de -0,680 V, et la densité de courant de corrosion de la matrice est également la plus élevée, atteignant 2,890 × 10-6 A/cm². Lorsqu'il est recouvert d'un revêtement en céramique d'alumine pure, la densité de courant de corrosion est tombée à 78 % et la PE à 22,01 %. Cela montre que le revêtement céramique joue un meilleur rôle protecteur et peut améliorer la résistance à la corrosion du revêtement dans l'électrolyte neutre.
L'ajout de 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs ou de 0,2 % de graphène au revêtement a entraîné une diminution de la densité de courant de corrosion, une augmentation de la résistance et une amélioration de la résistance à la corrosion du revêtement, avec des PE de 38,48 % et 40,10 % respectivement. L'ajout de 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs et de 0,2 % de graphène au revêtement d'alumine mixte a permis de réduire encore le courant de corrosion, passant de 2,890 × 10-6 A/cm² à 1,536 × 10-6 A/cm². La résistance maximale est passée de 11 388 Ω à 28 079 Ω, et la PE du revêtement peut atteindre 46,85 %. Le produit cible préparé présente une bonne résistance à la corrosion et l'effet synergique des nanotubes de carbone et du graphène peut améliorer efficacement la résistance à la corrosion du revêtement céramique.
4. Effet du temps de trempage sur l'impédance du revêtement
Afin d'explorer davantage la résistance à la corrosion du revêtement, en considérant l'influence du temps d'immersion de l'échantillon dans l'électrolyte sur le test, les courbes de changement de la résistance des quatre revêtements à différents temps d'immersion sont obtenues, comme le montre la figure 4.
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Au début de l'immersion (10 h), en raison de la bonne densité et de la structure du revêtement, l'électrolyte est difficile à immerger. À ce stade, le revêtement céramique présente une résistance élevée. Après un certain temps d'immersion, la résistance diminue considérablement, car l'électrolyte forme progressivement un canal de corrosion à travers les pores et les fissures du revêtement et pénètre dans la matrice, entraînant une diminution significative de la résistance du revêtement.
Dans la deuxième étape, lorsque les produits de corrosion atteignent une certaine quantité, la diffusion est bloquée et l'espace se bouche progressivement. Parallèlement, lorsque l'électrolyte pénètre dans l'interface de liaison couche inférieure/matrice, les molécules d'eau réagissent avec le fer de la matrice à la jonction revêtement/matrice pour former une fine pellicule d'oxyde métallique, ce qui entrave la pénétration de l'électrolyte et augmente la résistance. Lorsque la matrice métallique nue est corrodée électrochimiquement, la majeure partie des flocons verts se forme au fond de l'électrolyte. La solution électrolytique n'a pas changé de couleur lors de l'électrolyse de l'échantillon revêtu, ce qui prouve l'existence de la réaction chimique décrite ci-dessus.
En raison du temps de trempage court et des facteurs d'influence externes importants, afin d'obtenir une relation de variation précise des paramètres électrochimiques, les courbes de Tafel de 19 h et 19,5 h ont été analysées. La densité de courant de corrosion et la résistance obtenues par le logiciel d'analyse zsimpwin sont présentées dans le tableau 2. On constate qu'après un trempage de 19 h, par rapport au substrat nu, la densité de courant de corrosion de l'alumine pure et du revêtement composite d'alumine contenant des nano-additifs est plus faible et la valeur de résistance est plus élevée. La valeur de résistance du revêtement céramique contenant des nanotubes de carbone et du revêtement contenant du graphène est quasiment identique, tandis que la structure du revêtement avec des nanotubes de carbone et des matériaux composites à base de graphène est nettement améliorée. Ceci s'explique par l'effet synergique des nanotubes de carbone unidimensionnels et du graphène bidimensionnel améliorant la résistance à la corrosion du matériau.
Avec l'augmentation du temps d'immersion (19,5 h), la résistance du substrat nu augmente, indiquant qu'il se trouve dans la deuxième phase de corrosion et qu'un film d'oxyde métallique se forme à sa surface. De même, avec l'augmentation du temps, la résistance du revêtement céramique d'alumine pure augmente également, indiquant qu'à ce stade, malgré l'effet ralentisseur du revêtement céramique, l'électrolyte a pénétré l'interface revêtement/matrice et formé un film d'oxyde par réaction chimique.
Français Comparé au revêtement d'alumine contenant 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs, au revêtement d'alumine contenant 0,2 % de graphène et au revêtement d'alumine contenant 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs et 0,2 % de graphène, la résistance du revêtement a diminué de manière significative avec l'augmentation du temps, diminuant respectivement de 22,94 %, 25,60 % et 9,61 %, indiquant que l'électrolyte n'a pas pénétré dans la jonction entre le revêtement et le substrat à ce moment-là. Ceci est dû au fait que la structure des nanotubes de carbone et du graphène bloque la pénétration vers le bas de l'électrolyte, protégeant ainsi la matrice. L'effet synergique des deux est en outre vérifié. Le revêtement contenant deux nanomatériaux a une meilleure résistance à la corrosion.
Grâce à la courbe de Tafel et à la courbe de variation de l'impédance électrique, il a été constaté que le revêtement céramique d'alumine avec graphène, nanotubes de carbone et leur mélange pouvait améliorer la résistance à la corrosion de la matrice métallique, et que l'effet synergique des deux pouvait encore améliorer la résistance à la corrosion du revêtement céramique adhésif. Afin d'explorer plus en détail l'effet des nano-additifs sur la résistance à la corrosion du revêtement, la morphologie de la microsurface du revêtement après corrosion a été observée.
Soumettre
La figure 5 (A1, A2, B1, B2) montre la morphologie de surface de l'acier inoxydable 304 exposé et de la céramique d'alumine pure revêtue à différents grossissements après corrosion. La figure 5 (A2) montre que la surface après corrosion devient rugueuse. Sur le substrat nu, plusieurs larges piqûres de corrosion apparaissent à la surface après immersion dans l'électrolyte, ce qui indique une faible résistance à la corrosion de la matrice métallique nue et une pénétration aisée de l'électrolyte. Concernant le revêtement en céramique d'alumine pure, comme le montre la figure 5 (B2), bien que des canaux de corrosion poreux soient générés après corrosion, la structure relativement dense et l'excellente résistance à la corrosion du revêtement en céramique d'alumine pure bloquent efficacement l'intrusion de l'électrolyte, ce qui explique l'amélioration significative de l'impédance du revêtement.
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Morphologie de surface des revêtements mwnt-cooh-sdb, contenant 0,2 % de graphène et contenant 0,2 % de mwnt-cooh-sdb et 0,2 % de graphène. Les deux revêtements contenant du graphène de la figure 6 (B2 et C2) présentent une structure plane, une liaison étroite entre les particules et une adhérence renforcée entre elles. Bien que la surface soit érodée par l'électrolyte, la formation de canaux poreux est réduite. Après corrosion, la surface du revêtement est dense et présente peu de défauts. Pour la figure 6 (A1, A2), en raison des caractéristiques du mwnt-cooh-sdb, le revêtement avant corrosion présente une structure poreuse uniformément répartie. Après corrosion, les pores de la pièce d'origine deviennent étroits et allongés, et le canal devient plus profond. Comparée à la figure 6 (B2, C2), la structure présente davantage de défauts, ce qui concorde avec la distribution granulométrique de l'impédance du revêtement obtenue lors d'un essai de corrosion électrochimique. Il a été démontré que le revêtement céramique d'alumine contenant du graphène, en particulier le mélange de graphène et de nanotubes de carbone, offre la meilleure résistance à la corrosion. En effet, la structure des nanotubes de carbone et du graphène bloque efficacement la diffusion des fissures et protège la matrice.
5. Discussion et résumé
Grâce au test de résistance à la corrosion des nanotubes de carbone et des additifs de graphène sur un revêtement en céramique d'alumine et à l'analyse de la microstructure de surface du revêtement, les conclusions suivantes sont tirées :
(1) Après 19 h de corrosion, l'ajout d'un revêtement céramique d'alumine à base de nanotubes de carbone hybrides (0,2 %) et de graphène (0,2 %) a permis d'augmenter la densité de courant de corrosion de 2,890 × 10-6 A/cm² à 1,536 × 10-6 A/cm². L'impédance électrique est passée de 11 388 Ω à 28 079 Ω, et la résistance à la corrosion est la plus élevée, soit 46,85 %. Comparé au revêtement céramique d'alumine pure, le revêtement composite à base de graphène et de nanotubes de carbone présente une meilleure résistance à la corrosion.
(2) Avec l'augmentation du temps d'immersion de l'électrolyte, celui-ci pénètre dans la surface de jonction revêtement/substrat, formant un film d'oxyde métallique, ce qui entrave sa pénétration dans le substrat. L'impédance électrique diminue d'abord puis augmente, et la résistance à la corrosion du revêtement en céramique d'alumine pure est faible. La structure et la synergie des nanotubes de carbone et du graphène bloquent la pénétration de l'électrolyte. Après immersion de 19,5 heures, l'impédance électrique du revêtement contenant des nanomatériaux a diminué respectivement de 22,94 %, 25,60 % et 9,61 %, et la résistance à la corrosion du revêtement est bonne.
6. Mécanisme d'influence de la résistance à la corrosion du revêtement
Grâce à la courbe de Tafel et à la courbe de variation de l'impédance électrique, il a été constaté que le revêtement céramique d'alumine avec graphène, nanotubes de carbone et leur mélange pouvait améliorer la résistance à la corrosion de la matrice métallique, et que l'effet synergique des deux pouvait encore améliorer la résistance à la corrosion du revêtement céramique adhésif. Afin d'explorer plus en détail l'effet des nano-additifs sur la résistance à la corrosion du revêtement, la morphologie de la microsurface du revêtement après corrosion a été observée.
La figure 5 (A1, A2, B1, B2) montre la morphologie de surface de l'acier inoxydable 304 exposé et de la céramique d'alumine pure revêtue à différents grossissements après corrosion. La figure 5 (A2) montre que la surface après corrosion devient rugueuse. Sur le substrat nu, plusieurs larges piqûres de corrosion apparaissent à la surface après immersion dans l'électrolyte, ce qui indique une faible résistance à la corrosion de la matrice métallique nue et une pénétration aisée de l'électrolyte. Concernant le revêtement en céramique d'alumine pure, comme le montre la figure 5 (B2), bien que des canaux de corrosion poreux soient générés après corrosion, la structure relativement dense et l'excellente résistance à la corrosion du revêtement en céramique d'alumine pure bloquent efficacement l'intrusion de l'électrolyte, ce qui explique l'amélioration significative de l'impédance du revêtement.
Morphologie de surface des revêtements mwnt-cooh-sdb, contenant 0,2 % de graphène et contenant 0,2 % de mwnt-cooh-sdb et 0,2 % de graphène. Les deux revêtements contenant du graphène de la figure 6 (B2 et C2) présentent une structure plane, une liaison étroite entre les particules et une adhérence renforcée entre elles. Bien que la surface soit érodée par l'électrolyte, la formation de canaux poreux est réduite. Après corrosion, la surface du revêtement est dense et présente peu de défauts. Pour la figure 6 (A1, A2), en raison des caractéristiques du mwnt-cooh-sdb, le revêtement avant corrosion présente une structure poreuse uniformément répartie. Après corrosion, les pores de la pièce d'origine deviennent étroits et allongés, et le canal devient plus profond. Comparée à la figure 6 (B2, C2), la structure présente davantage de défauts, ce qui concorde avec la distribution granulométrique de l'impédance du revêtement obtenue lors d'un essai de corrosion électrochimique. Il a été démontré que le revêtement céramique d'alumine contenant du graphène, en particulier le mélange de graphène et de nanotubes de carbone, offre la meilleure résistance à la corrosion. En effet, la structure des nanotubes de carbone et du graphène bloque efficacement la diffusion des fissures et protège la matrice.
7. Discussion et résumé
Grâce au test de résistance à la corrosion des nanotubes de carbone et des additifs de graphène sur un revêtement en céramique d'alumine et à l'analyse de la microstructure de surface du revêtement, les conclusions suivantes sont tirées :
(1) Après 19 h de corrosion, l'ajout d'un revêtement céramique d'alumine à base de nanotubes de carbone hybrides (0,2 %) et de graphène (0,2 %) a permis d'augmenter la densité de courant de corrosion de 2,890 × 10-6 A/cm² à 1,536 × 10-6 A/cm². L'impédance électrique est passée de 11 388 Ω à 28 079 Ω, et la résistance à la corrosion est la plus élevée, soit 46,85 %. Comparé au revêtement céramique d'alumine pure, le revêtement composite à base de graphène et de nanotubes de carbone présente une meilleure résistance à la corrosion.
(2) Avec l'augmentation du temps d'immersion de l'électrolyte, celui-ci pénètre dans la surface de jonction revêtement/substrat, formant un film d'oxyde métallique, ce qui entrave sa pénétration dans le substrat. L'impédance électrique diminue d'abord puis augmente, et la résistance à la corrosion du revêtement en céramique d'alumine pure est faible. La structure et la synergie des nanotubes de carbone et du graphène bloquent la pénétration de l'électrolyte. Après immersion de 19,5 heures, l'impédance électrique du revêtement contenant des nanomatériaux a diminué respectivement de 22,94 %, 25,60 % et 9,61 %, et la résistance à la corrosion du revêtement est bonne.
(3) Grâce aux caractéristiques des nanotubes de carbone, le revêtement contenant uniquement des nanotubes de carbone présente une structure poreuse uniformément répartie avant la corrosion. Après corrosion, les pores de la pièce d'origine se rétrécissent et s'allongent, et les canaux deviennent plus profonds. Le revêtement contenant du graphène présente une structure plane avant la corrosion, la combinaison des particules est étroite et les particules agrégées sont étroitement enveloppées par l'adhésif. Bien que la surface soit érodée par l'électrolyte après la corrosion, les canaux poreux sont peu nombreux et la structure reste dense. La structure des nanotubes de carbone et du graphène peut bloquer efficacement la propagation des fissures et protéger la matrice.
Date de publication : 09/03/2022