1. Preparación do revestimento
Para facilitar a posterior proba electroquímica, escolleuse aceiro inoxidable 304 de 30 mm × 4 mm como base. Púxose e eliminouse a capa de óxido residual e as manchas de ferruxe na superficie do substrato con lixa, colócase nun vaso de precipitados con acetona, tratouse as manchas na superficie do substrato cun limpador ultrasónico bg-06c da empresa de electrónica Bangjie durante 20 minutos, eliminouse o desgaste na superficie do substrato metálico con alcohol e auga destilada e secouse cun soprador. A continuación, preparouse alúmina (Al2O3), grafeno e nanotubos de carbono híbridos (mwnt-coohsdbs) en proporcións (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2) e colócase nun muíño de bolas (qm-3sp2 da fábrica de instrumentos Nanjing NANDA) para moer e mesturar. A velocidade de rotación do muíño de bolas axustouse a 220 r/min e o muíño de bolas xirouse a
Despois da moenda de bolas, axuste a velocidade de rotación do tanque de moenda de bolas a 1/2 alternativamente unha vez finalizada a moenda de bolas e axuste a velocidade de rotación do tanque de moenda de bolas a 1/2 alternativamente unha vez finalizada a moenda de bolas. O agregado cerámico moído de bolas e o aglutinante mestúranse uniformemente segundo a fracción másica de 1,0 ∶ 0,8. Finalmente, o revestimento cerámico adhesivo obtívose mediante o proceso de curado.
2. Proba de corrosión
Neste estudo, a proba de corrosión electroquímica emprega a estación de traballo electroquímica Shanghai Chenhua chi660e e a proba adopta un sistema de proba de tres eléctrodos. O eléctrodo de platino é o eléctrodo auxiliar, o eléctrodo de cloruro de prata é o eléctrodo de referencia e a mostra revestida é o eléctrodo de traballo, cunha área de exposición efectiva de 1 cm2. Conecte o eléctrodo de referencia, o eléctrodo de traballo e o eléctrodo auxiliar na cela electrolítica co instrumento, como se mostra nas figuras 1 e 2. Antes da proba, mergulle a mostra no electrolito, que é unha solución de NaCl ao 3,5 %.
3. Análise de Tafel da corrosión electroquímica de revestimentos
A figura 3 mostra a curva de Tafel dun substrato sen revestimento e dun revestimento cerámico revestido con diferentes nanoaditivos despois dunha corrosión electroquímica durante 19 h. Os datos da proba de tensión de corrosión, densidade de corrente de corrosión e impedancia eléctrica obtidos da proba de corrosión electroquímica móstranse na táboa 1.
Enviar
Cando a densidade de corrente de corrosión é menor e a eficiencia de resistencia á corrosión é maior, o efecto de resistencia á corrosión do revestimento é mellor. Pódese ver na Figura 3 e na Táboa 1 que cando o tempo de corrosión é de 19 h, a tensión máxima de corrosión da matriz de metal espido é de -0,680 V, e a densidade de corrente de corrosión da matriz tamén é a maior, alcanzando 2,890 × 10-6 A/cm2. Cando se reviste cun revestimento cerámico de alúmina pura, a densidade de corrente de corrosión diminuíu ao 78 % e a PE foi do 22,01 %. Isto demostra que o revestimento cerámico desempeña un mellor papel protector e pode mellorar a resistencia á corrosión do revestimento en electrolito neutro.
Cando se lle engadiu ao revestimento un 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs ou un 0,2 % de grafeno, a densidade de corrente de corrosión diminuíu, a resistencia aumentou e a resistencia á corrosión do revestimento mellorou aínda máis, cun PE do 38,48 % e do 40,10 %, respectivamente. Cando a superficie se reviste cun revestimento de alúmina mixta con 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs e 0,2 % de grafeno, a corrente de corrosión redúcese aínda máis de 2,890 × 10-6 A/cm2 a 1,536 × 10-6 A/cm2, o valor de resistencia máxima aumentou de 11388 Ω a 28079 Ω, e o PE do revestimento pode alcanzar o 46,85 %. Isto demostra que o produto obxectivo preparado ten unha boa resistencia á corrosión e que o efecto sinérxico dos nanotubos de carbono e o grafeno pode mellorar eficazmente a resistencia á corrosión do revestimento cerámico.
4. Efecto do tempo de remollo na impedancia do revestimento
Para explorar máis a fondo a resistencia á corrosión do recubrimento, considerando a influencia do tempo de inmersión da mostra no electrolito na proba, obtéñense as curvas de cambio da resistencia dos catro recubrimentos a diferentes tempos de inmersión, como se mostra na Figura 4.
Enviar
Na fase inicial de inmersión (10 h), debido á boa densidade e estrutura do revestimento, é difícil mergullar o electrolito nel. Neste momento, o revestimento cerámico mostra unha alta resistencia. Despois dun período de tempo en remollo, a resistencia diminúe significativamente, porque co paso do tempo, o electrolito forma gradualmente un canal de corrosión a través dos poros e gretas do revestimento e penetra na matriz, o que resulta nunha diminución significativa da resistencia do revestimento.
Na segunda etapa, cando os produtos de corrosión aumentan ata unha certa cantidade, a difusión bloquéase e o oco bloquéase gradualmente. Ao mesmo tempo, cando o electrolito penetra na interface de unión da capa/matriz inferior de unión, as moléculas de auga reaccionan co elemento Fe da matriz na unión entre o revestimento e a matriz para producir unha fina película de óxido metálico, o que dificulta a penetración do electrolito na matriz e aumenta o valor da resistencia. Cando a matriz metálica espida se corroe electroquimicamente, a maior parte da precipitación floculenta verde prodúcese na parte inferior do electrolito. A solución electrolítica non cambiou de cor ao electrolizar a mostra revestida, o que pode demostrar a existencia da reacción química anterior.
Debido ao curto tempo de remollo e aos grandes factores de influencia externa, para obter aínda máis a relación de cambio precisa dos parámetros electroquímicos, analizáronse as curvas de Tafel de 19 h e 19,5 h. A densidade de corrente de corrosión e a resistencia obtidas polo software de análise zsimpwin móstranse na Táboa 2. Pódese observar que, cando se remolla durante 19 h, en comparación co substrato espido, a densidade de corrente de corrosión da alúmina pura e do revestimento composto de alúmina que contén materiais nanoaditivos é menor e o valor de resistencia é maior. O valor de resistencia do revestimento cerámico que contén nanotubos de carbono e o revestimento que contén grafeno é case o mesmo, mentres que a estrutura do revestimento con nanotubos de carbono e materiais compostos de grafeno mellora significativamente. Isto débese a que o efecto sinérxico dos nanotubos de carbono unidimensionais e o grafeno bidimensional mellora a resistencia á corrosión do material.
Co aumento do tempo de inmersión (19,5 h), a resistencia do substrato espido aumenta, o que indica que se atopa na segunda fase de corrosión e que se produce unha película de óxido metálico na superficie do substrato. Do mesmo xeito, co aumento do tempo, a resistencia do revestimento cerámico de alúmina pura tamén aumenta, o que indica que, neste momento, aínda que existe o efecto de desaceleración do revestimento cerámico, o electrolito penetrou na interface de unión do revestimento/matriz e produciu unha película de óxido mediante unha reacción química.
En comparación co revestimento de alúmina que contén 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs, o revestimento de alúmina que contén 0,2 % de grafeno e o revestimento de alúmina que contén 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs e 0,2 % de grafeno, a resistencia do revestimento diminuíu significativamente co aumento do tempo, cun 22,94 %, 25,60 % e 9,61 % respectivamente, o que indica que o electrolito non penetrou na unión entre o revestimento e o substrato nese momento. Isto débese a que a estrutura dos nanotubos de carbono e o grafeno bloquea a penetración descendente do electrolito, protexendo así a matriz. Verifícase aínda máis o efecto sinérxico dos dous. O revestimento que contén dous nanomateriais ten unha mellor resistencia á corrosión.
Mediante a curva de Tafel e a curva de cambio do valor da impedancia eléctrica, comprobouse que o revestimento cerámico de alúmina con grafeno, nanotubos de carbono e a súa mestura pode mellorar a resistencia á corrosión da matriz metálica, e o efecto sinérxico de ambos pode mellorar aínda máis a resistencia á corrosión do revestimento cerámico adhesivo. Para explorar máis a fondo o efecto dos nanoaditivos na resistencia á corrosión do revestimento, observouse a micromorfoloxía da superficie do revestimento despois da corrosión.
Enviar
A figura 5 (A1, A2, B1, B2) mostra a morfoloxía superficial do aceiro inoxidable 304 exposto e da cerámica de alúmina pura revestida con diferentes aumentos despois da corrosión. A figura 5 (A2) mostra que a superficie despois da corrosión se volve rugosa. No caso do substrato espido, aparecen varios pozos de corrosión grandes na superficie despois da inmersión no electrolito, o que indica que a resistencia á corrosión da matriz de metal espido é deficiente e que o electrolito penetra facilmente na matriz. No caso do revestimento cerámico de alúmina pura, como se mostra na figura 5 (B2), aínda que se xeran canles de corrosión porosas despois da corrosión, a estrutura relativamente densa e a excelente resistencia á corrosión do revestimento cerámico de alúmina pura bloquean eficazmente a invasión do electrolito, o que explica a razón da mellora eficaz da impedancia do revestimento cerámico de alúmina.
Enviar
Morfoloxía superficial de mwnt-cooh-sdbs, recubrimentos que conteñen 0,2 % de grafeno e recubrimentos que conteñen 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs e 0,2 % de grafeno. Pódese observar que os dous recubrimentos que conteñen grafeno na Figura 6 (B2 e C2) teñen unha estrutura plana, a unión entre as partículas do recubrimento é forte e as partículas agregadas están firmemente envoltas por adhesivo. Aínda que a superficie está erosionada polo electrolito, fórmanse menos canles de poros. Despois da corrosión, a superficie do recubrimento é densa e hai poucas estruturas de defectos. Para a Figura 6 (A1, A2), debido ás características de mwnt-cooh-sdbs, o recubrimento antes da corrosión é unha estrutura porosa distribuída uniformemente. Despois da corrosión, os poros da peza orixinal fanse estreitos e longos, e a canle faise máis profunda. En comparación coa Figura 6 (B2, C2), a estrutura ten máis defectos, o que é consistente coa distribución de tamaño do valor de impedancia do recubrimento obtido da proba de corrosión electroquímica. Demostra que o revestimento cerámico de alúmina que contén grafeno, especialmente a mestura de grafeno e nanotubos de carbono, ten a mellor resistencia á corrosión. Isto débese a que a estrutura do nanotubo de carbono e o grafeno pode bloquear eficazmente a difusión das gretas e protexer a matriz.
5. Debate e resumo
Mediante a proba de resistencia á corrosión de nanotubos de carbono e aditivos de grafeno en revestimentos cerámicos de alúmina e a análise da microestrutura superficial do revestimento, chéganse as seguintes conclusións:
(1) Cando o tempo de corrosión foi de 19 h, engadindo un 0,2 % de nanotubos de carbono híbridos + 0,2 % de grafeno como revestimento cerámico de alúmina, a densidade de corrente de corrosión aumentou de 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² a 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², a impedancia eléctrica aumentou de 11388 Ω a 28079 Ω e a eficiencia de resistencia á corrosión é a maior, do 46,85 %. En comparación co revestimento cerámico de alúmina pura, o revestimento composto con grafeno e nanotubos de carbono ten unha mellor resistencia á corrosión.
(2) Co aumento do tempo de inmersión do electrolito, este penetra na superficie da unión entre o revestimento e o substrato para producir unha película de óxido metálico, o que dificulta a penetración do electrolito no substrato. A impedancia eléctrica primeiro diminúe e despois aumenta, e a resistencia á corrosión do revestimento cerámico de alúmina pura é deficiente. A estrutura e a sinerxía dos nanotubos de carbono e o grafeno bloquearon a penetración descendente do electrolito. Cando se remollou durante 19,5 h, a impedancia eléctrica do revestimento que contén nanomateriais diminuíu un 22,94 %, un 25,60 % e un 9,61 % respectivamente, e a resistencia á corrosión do revestimento foi boa.
6. Mecanismo de influencia da resistencia á corrosión do revestimento
Mediante a curva de Tafel e a curva de cambio do valor da impedancia eléctrica, comprobouse que o revestimento cerámico de alúmina con grafeno, nanotubos de carbono e a súa mestura pode mellorar a resistencia á corrosión da matriz metálica, e o efecto sinérxico de ambos pode mellorar aínda máis a resistencia á corrosión do revestimento cerámico adhesivo. Para explorar máis a fondo o efecto dos nanoaditivos na resistencia á corrosión do revestimento, observouse a micromorfoloxía da superficie do revestimento despois da corrosión.
A figura 5 (A1, A2, B1, B2) mostra a morfoloxía superficial do aceiro inoxidable 304 exposto e da cerámica de alúmina pura revestida con diferentes aumentos despois da corrosión. A figura 5 (A2) mostra que a superficie despois da corrosión se volve rugosa. No caso do substrato espido, aparecen varios pozos de corrosión grandes na superficie despois da inmersión no electrolito, o que indica que a resistencia á corrosión da matriz de metal espido é deficiente e que o electrolito penetra facilmente na matriz. No caso do revestimento cerámico de alúmina pura, como se mostra na figura 5 (B2), aínda que se xeran canles de corrosión porosas despois da corrosión, a estrutura relativamente densa e a excelente resistencia á corrosión do revestimento cerámico de alúmina pura bloquean eficazmente a invasión do electrolito, o que explica a razón da mellora eficaz da impedancia do revestimento cerámico de alúmina.
Morfoloxía superficial de mwnt-cooh-sdbs, recubrimentos que conteñen 0,2 % de grafeno e recubrimentos que conteñen 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs e 0,2 % de grafeno. Pódese observar que os dous recubrimentos que conteñen grafeno na Figura 6 (B2 e C2) teñen unha estrutura plana, a unión entre as partículas do recubrimento é forte e as partículas agregadas están firmemente envoltas por adhesivo. Aínda que a superficie está erosionada polo electrolito, fórmanse menos canles de poros. Despois da corrosión, a superficie do recubrimento é densa e hai poucas estruturas de defectos. Para a Figura 6 (A1, A2), debido ás características de mwnt-cooh-sdbs, o recubrimento antes da corrosión é unha estrutura porosa distribuída uniformemente. Despois da corrosión, os poros da peza orixinal fanse estreitos e longos, e a canle faise máis profunda. En comparación coa Figura 6 (B2, C2), a estrutura ten máis defectos, o que é consistente coa distribución de tamaño do valor de impedancia do recubrimento obtido da proba de corrosión electroquímica. Demostra que o revestimento cerámico de alúmina que contén grafeno, especialmente a mestura de grafeno e nanotubos de carbono, ten a mellor resistencia á corrosión. Isto débese a que a estrutura do nanotubo de carbono e o grafeno pode bloquear eficazmente a difusión das gretas e protexer a matriz.
7. Debate e resumo
Mediante a proba de resistencia á corrosión de nanotubos de carbono e aditivos de grafeno en revestimentos cerámicos de alúmina e a análise da microestrutura superficial do revestimento, chéganse as seguintes conclusións:
(1) Cando o tempo de corrosión foi de 19 h, engadindo un 0,2 % de nanotubos de carbono híbridos + 0,2 % de grafeno como revestimento cerámico de alúmina, a densidade de corrente de corrosión aumentou de 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² a 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², a impedancia eléctrica aumentou de 11388 Ω a 28079 Ω e a eficiencia de resistencia á corrosión é a maior, do 46,85 %. En comparación co revestimento cerámico de alúmina pura, o revestimento composto con grafeno e nanotubos de carbono ten unha mellor resistencia á corrosión.
(2) Co aumento do tempo de inmersión do electrolito, este penetra na superficie da unión entre o revestimento e o substrato para producir unha película de óxido metálico, o que dificulta a penetración do electrolito no substrato. A impedancia eléctrica primeiro diminúe e despois aumenta, e a resistencia á corrosión do revestimento cerámico de alúmina pura é deficiente. A estrutura e a sinerxía dos nanotubos de carbono e o grafeno bloquearon a penetración descendente do electrolito. Cando se remollou durante 19,5 h, a impedancia eléctrica do revestimento que contén nanomateriais diminuíu un 22,94 %, un 25,60 % e un 9,61 % respectivamente, e a resistencia á corrosión do revestimento foi boa.
(3) Debido ás características dos nanotubos de carbono, o revestimento engadido só con nanotubos de carbono ten unha estrutura porosa distribuída uniformemente antes da corrosión. Despois da corrosión, os poros da peza orixinal fanse estreitos e longos, e os canais fanse máis profundos. O revestimento que contén grafeno ten unha estrutura plana antes da corrosión, a combinación entre as partículas do revestimento é próxima e as partículas agregadas están firmemente envoltas por adhesivo. Aínda que a superficie é erosionada polo electrólito despois da corrosión, hai poucos canais de poros e a estrutura segue sendo densa. A estrutura dos nanotubos de carbono e o grafeno pode bloquear eficazmente a propagación de gretas e protexer a matriz.
Data de publicación: 09-03-2022