1. Priprema premaza
Kako bi se olakšalo kasnije elektrokemijsko ispitivanje, kao baza je odabran nehrđajući čelik 304 dimenzija 30 mm × 4 mm. Polirati i ukloniti preostali oksidni sloj i mrlje od hrđe s površine podloge brusnim papirom, staviti ih u čašu koja sadrži aceton, tretirati mrlje na površini podloge ultrazvučnim čistačem bg-06c tvrtke Bangjie Electronics tijekom 20 minuta, ukloniti ostatke trošenja s površine metalne podloge alkoholom i destiliranom vodom te osušiti puhalom. Zatim su pripremljeni aluminijev oksid (Al2O3), grafen i hibridna ugljikova nanocjevčica (mwnt-coohsdbs) u omjeru (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) te stavljeni u kuglični mlin (qm-3sp2 iz tvornice instrumenata Nanjing NANDA) za mljevenje i miješanje. Brzina rotacije kugličnog mlina postavljena je na 220 R/min, a kuglični mlin je uključen na
Nakon mljevenja kugli, postavite brzinu rotacije spremnika za mljevenje kugli na 1/2 naizmjenično nakon završetka mljevenja kugli, i postavite brzinu rotacije spremnika za mljevenje kugli na 1/2 naizmjenično nakon završetka mljevenja kugli. Keramički agregat i vezivo usitnjeni kuglicom ravnomjerno se miješaju prema masenom udjelu od 1,0 ∶ 0,8. Konačno, procesom stvrdnjavanja dobiven je adhezivni keramički premaz.
2. Ispitivanje korozije
U ovoj studiji, elektrokemijsko ispitivanje korozije koristi elektrokemijsku radnu stanicu Shanghai Chenhua chi660e, a ispitivanje koristi sustav ispitivanja s tri elektrode. Platinska elektroda je pomoćna elektroda, srebro-srebro-kloridna elektroda je referentna elektroda, a premazani uzorak je radna elektroda, s efektivnom površinom izloženosti od 1 cm2. Spojite referentnu elektrodu, radnu elektrodu i pomoćnu elektrodu u elektrolitičkoj ćeliji s instrumentom, kao što je prikazano na slikama 1 i 2. Prije ispitivanja, uzorak namočite u elektrolit, koji je 3,5%-tna otopina NaCl.
3. Tafelova analiza elektrokemijske korozije premaza
Sl. 3 prikazuje Tafelovu krivulju nepremazane podloge i keramičkog premaza premazanog različitim nanoaditivima nakon elektrokemijske korozije tijekom 19 sati. Podaci ispitivanja napona korozije, gustoće struje korozije i električne impedancije dobiveni elektrokemijskim ispitivanjem korozije prikazani su u Tablici 1.
Pošalji
Kada je gustoća struje korozije manja, a učinkovitost otpornosti na koroziju veća, učinak otpornosti premaza na koroziju je bolji. Iz slike 3 i tablice 1 može se vidjeti da je kada je vrijeme korozije 19 sati, maksimalni napon korozije gole metalne matrice -0,680 V, a gustoća struje korozije matrice je također najveća, dostižući 2,890 × 10-6 A/cm2. Kada je premazana keramičkim premazom od čistog aluminijevog oksida, gustoća struje korozije smanjila se na 78%, a PE je bio 22,01%. To pokazuje da keramički premaz igra bolju zaštitnu ulogu i može poboljšati otpornost premaza na koroziju u neutralnom elektrolitu.
Kada je u premaz dodano 0,2% mwnt-cooh-sdbs ili 0,2% grafena, gustoća struje korozije se smanjila, otpornost se povećala, a otpornost premaza na koroziju dodatno se poboljšala, s PE od 38,48% odnosno 40,10%. Kada je površina prekrivena s 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafena miješanim aluminijevim oksidom, struja korozije se dodatno smanjila s 2,890 × 10⁻⁶ A/cm2 na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm2, maksimalna vrijednost otpora se povećala s 11388 Ω na 28079 Ω, a PE premaza može doseći 46,85%. To pokazuje da pripremljeni ciljani proizvod ima dobru otpornost na koroziju, a sinergijski učinak ugljikovih nanocjevčica i grafena može učinkovito poboljšati otpornost keramičkog premaza na koroziju.
4. Utjecaj vremena namakanja na impedanciju premaza
Kako bi se dalje istražila otpornost premaza na koroziju, uzimajući u obzir utjecaj vremena uranjanja uzorka u elektrolit na ispitivanje, dobivene su krivulje promjene otpora četiri premaza pri različitim vremenima uranjanja, kao što je prikazano na slici 4.
Pošalji
U početnoj fazi uranjanja (10 h), zbog dobre gustoće i strukture premaza, elektrolit je teško uroniti u premaz. U tom trenutku keramički premaz pokazuje visoku otpornost. Nakon namakanja tijekom određenog vremena, otpornost se značajno smanjuje, jer s protokom vremena elektrolit postupno stvara kanal korozije kroz pore i pukotine u premazu i prodire u matricu, što rezultira značajnim smanjenjem otpornosti premaza.
U drugoj fazi, kada se produkti korozije povećaju do određene količine, difuzija se blokira i jaz se postupno zatvara. Istovremeno, kada elektrolit prodre u vezno sučelje donjeg veznog sloja/matrice, molekule vode reagiraju s elementom Fe u matrici na spoju premaza/matrice stvarajući tanki film metalnog oksida, što sprječava prodiranje elektrolita u matricu i povećava vrijednost otpora. Kada je gola metalna matrica elektrokemijski korodirana, većina zelenog flokulentnog taloga stvara se na dnu elektrolita. Elektrolitička otopina nije promijenila boju tijekom elektrolize premazanog uzorka, što može dokazati postojanje gore navedene kemijske reakcije.
Zbog kratkog vremena namakanja i velikih vanjskih utjecajnih faktora, kako bi se dodatno dobio točan odnos promjene elektrokemijskih parametara, analizirane su Tafelove krivulje od 19 sati i 19,5 sati. Gustoća struje korozije i otpor dobiveni zsimpwin softverom za analizu prikazani su u Tablici 2. Može se utvrditi da su, kada se namaču 19 sati, u usporedbi s golom podlogom, gustoća struje korozije čistog aluminijevog oksida i kompozitnog premaza od aluminijevog oksida koji sadrži nano aditive manje, a vrijednost otpora veća. Vrijednost otpora keramičkog premaza koji sadrži ugljikove nanocjevčice i premaza koji sadrži grafen gotovo je ista, dok je struktura premaza s ugljikovim nanocjevčicama i kompozitnim materijalima od grafena značajno poboljšana. To je zato što sinergijski učinak jednodimenzionalnih ugljikovih nanocjevčica i dvodimenzionalnog grafena poboljšava otpornost materijala na koroziju.
S povećanjem vremena uranjanja (19,5 h), otpor gole podloge se povećava, što ukazuje na to da je u drugoj fazi korozije i da se na površini podloge stvara film metalnog oksida. Slično tome, s povećanjem vremena, povećava se i otpor čistog keramičkog premaza od aluminijevog oksida, što ukazuje na to da je u ovom trenutku, iako postoji učinak usporavanja keramičkog premaza, elektrolit prodro u vezno sučelje premaza/matrice i kemijskom reakcijom stvorio oksidni film.
U usporedbi s premazom od aluminijevog oksida koji sadrži 0,2% mwnt-cooh-sdbs, premazom od aluminijevog oksida koji sadrži 0,2% grafena i premazom od aluminijevog oksida koji sadrži 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafena, otpornost premaza značajno se smanjila s povećanjem vremena, smanjivši se za 22,94%, 25,60% odnosno 9,61%, što ukazuje na to da elektrolit u ovom trenutku nije prodro u spoj između premaza i podloge. To je zato što struktura ugljikovih nanocjevčica i grafena blokira prodiranje elektrolita prema dolje, čime se štiti matrica. Sinergijski učinak ta dva materijala dodatno je potvrđen. Premaz koji sadrži dva nanomaterijala ima bolju otpornost na koroziju.
Pomoću Tafelove krivulje i krivulje promjene vrijednosti električne impedancije utvrđeno je da aluminijev keramički premaz s grafenom, ugljikovim nanocjevčicama i njihovom smjesom može poboljšati otpornost metalne matrice na koroziju, a sinergijski učinak ta dva elementa može dodatno poboljšati otpornost adhezivnog keramičkog premaza na koroziju. Kako bi se dalje istražio učinak nanoaditiva na otpornost premaza na koroziju, promatrana je mikromorfologija površine premaza nakon korozije.
Pošalji
Slika 5 (A1, A2, B1, B2) prikazuje površinsku morfologiju izloženog nehrđajućeg čelika 304 i obložene čiste aluminijeve keramike pri različitim uvećanjima nakon korozije. Slika 5 (A2) pokazuje da površina nakon korozije postaje hrapava. Kod gole podloge, nakon uranjanja u elektrolit, na površini se pojavljuje nekoliko velikih korozijskih rupa, što ukazuje na to da je otpornost gole metalne matrice na koroziju slaba i da elektrolit lako prodire u matricu. Kod čistog aluminijevog keramičkog premaza, kao što je prikazano na slici 5 (B2), iako se nakon korozije stvaraju porozni korozijski kanali, relativno gusta struktura i izvrsna otpornost na koroziju čistog aluminijevog keramičkog premaza učinkovito blokiraju prodiranje elektrolita, što objašnjava razlog učinkovitog poboljšanja impedancije aluminijevog keramičkog premaza.
Pošalji
Površinska morfologija mwnt-cooh-sdbs, premaza koji sadrže 0,2% grafena i premaza koji sadrže 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafena. Može se vidjeti da dva premaza koja sadrže grafen na slici 6 (B2 i C2) imaju ravnu strukturu, veza između čestica u premazu je čvrsta, a agregatne čestice su čvrsto omotane ljepilom. Iako je površina erodirana elektrolitom, formira se manje kanala pora. Nakon korozije, površina premaza je gusta i postoji malo struktura s defektima. Za sliku 6 (A1, A2), zbog karakteristika mwnt-cooh-sdbs, premaz prije korozije je jednoliko raspoređena porozna struktura. Nakon korozije, pore izvornog dijela postaju uske i duge, a kanal postaje dublji. U usporedbi sa slikom 6 (B2, C2), struktura ima više defekata, što je u skladu s raspodjelom veličine vrijednosti impedancije premaza dobivene elektrokemijskom korozijskom analizom. Pokazuje se da aluminijev keramički premaz koji sadrži grafen, posebno mješavina grafena i ugljikovih nanocjevčica, ima najbolju otpornost na koroziju. To je zato što struktura ugljikovih nanocjevčica i grafena može učinkovito blokirati difuziju pukotina i zaštititi matricu.
5. Rasprava i sažetak
Ispitivanjem otpornosti na koroziju ugljikovih nanocjevčica i grafenskih aditiva na keramičkom premazu od aluminijevog oksida te analizom površinske mikrostrukture premaza, izvedeni su sljedeći zaključci:
(1) Kada je vrijeme korozije bilo 19 sati, dodavanjem 0,2% hibridne ugljikove nanocjevčice + 0,2% grafena u keramički premaz od mješovite tvari aluminijevog oksida, gustoća struje korozije povećala se s 2,890 × 10⁻⁶ A/cm2 na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm2, električna impedancija se povećala s 11388 Ω na 28079 Ω, a učinkovitost otpornosti na koroziju bila je najveća, 46,85%. U usporedbi s čistim keramičkim premazom od aluminijevog oksida, kompozitni premaz s grafenom i ugljikovim nanocjevčicama ima bolju otpornost na koroziju.
(2) S povećanjem vremena uranjanja elektrolita, elektrolit prodire u spojnu površinu premaza/podloge stvarajući film metalnog oksida, što sprječava prodiranje elektrolita u podlogu. Električna impedancija se prvo smanjuje, a zatim povećava, a otpornost na koroziju čistog aluminijevog keramičkog premaza je slaba. Struktura i sinergija ugljikovih nanocjevčica i grafena blokirale su prodiranje elektrolita prema dolje. Nakon namakanja od 19,5 sati, električna impedancija premaza koji sadrži nanomaterijale smanjila se za 22,94%, 25,60% odnosno 9,61%, a otpornost premaza na koroziju bila je dobra.
6. Mehanizam utjecaja na otpornost premaza na koroziju
Pomoću Tafelove krivulje i krivulje promjene vrijednosti električne impedancije utvrđeno je da aluminijev keramički premaz s grafenom, ugljikovim nanocjevčicama i njihovom smjesom može poboljšati otpornost metalne matrice na koroziju, a sinergijski učinak ta dva elementa može dodatno poboljšati otpornost adhezivnog keramičkog premaza na koroziju. Kako bi se dalje istražio učinak nanoaditiva na otpornost premaza na koroziju, promatrana je mikromorfologija površine premaza nakon korozije.
Slika 5 (A1, A2, B1, B2) prikazuje površinsku morfologiju izloženog nehrđajućeg čelika 304 i obložene čiste aluminijeve keramike pri različitim uvećanjima nakon korozije. Slika 5 (A2) pokazuje da površina nakon korozije postaje hrapava. Kod gole podloge, nakon uranjanja u elektrolit, na površini se pojavljuje nekoliko velikih korozijskih rupa, što ukazuje na to da je otpornost gole metalne matrice na koroziju slaba i da elektrolit lako prodire u matricu. Kod čistog aluminijevog keramičkog premaza, kao što je prikazano na slici 5 (B2), iako se nakon korozije stvaraju porozni korozijski kanali, relativno gusta struktura i izvrsna otpornost na koroziju čistog aluminijevog keramičkog premaza učinkovito blokiraju prodiranje elektrolita, što objašnjava razlog učinkovitog poboljšanja impedancije aluminijevog keramičkog premaza.
Površinska morfologija mwnt-cooh-sdbs, premaza koji sadrže 0,2% grafena i premaza koji sadrže 0,2% mwnt-cooh-sdbs i 0,2% grafena. Može se vidjeti da dva premaza koja sadrže grafen na slici 6 (B2 i C2) imaju ravnu strukturu, veza između čestica u premazu je čvrsta, a agregatne čestice su čvrsto omotane ljepilom. Iako je površina erodirana elektrolitom, formira se manje kanala pora. Nakon korozije, površina premaza je gusta i postoji malo struktura s defektima. Za sliku 6 (A1, A2), zbog karakteristika mwnt-cooh-sdbs, premaz prije korozije je jednoliko raspoređena porozna struktura. Nakon korozije, pore izvornog dijela postaju uske i duge, a kanal postaje dublji. U usporedbi sa slikom 6 (B2, C2), struktura ima više defekata, što je u skladu s raspodjelom veličine vrijednosti impedancije premaza dobivene elektrokemijskom korozijskom analizom. Pokazuje se da aluminijev keramički premaz koji sadrži grafen, posebno mješavina grafena i ugljikovih nanocjevčica, ima najbolju otpornost na koroziju. To je zato što struktura ugljikovih nanocjevčica i grafena može učinkovito blokirati difuziju pukotina i zaštititi matricu.
7. Rasprava i sažetak
Ispitivanjem otpornosti na koroziju ugljikovih nanocjevčica i grafenskih aditiva na keramičkom premazu od aluminijevog oksida te analizom površinske mikrostrukture premaza, izvedeni su sljedeći zaključci:
(1) Kada je vrijeme korozije bilo 19 sati, dodavanjem 0,2% hibridne ugljikove nanocjevčice + 0,2% grafena u keramički premaz od mješovite tvari aluminijevog oksida, gustoća struje korozije povećala se s 2,890 × 10⁻⁶ A/cm2 na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm2, električna impedancija se povećala s 11388 Ω na 28079 Ω, a učinkovitost otpornosti na koroziju bila je najveća, 46,85%. U usporedbi s čistim keramičkim premazom od aluminijevog oksida, kompozitni premaz s grafenom i ugljikovim nanocjevčicama ima bolju otpornost na koroziju.
(2) S povećanjem vremena uranjanja elektrolita, elektrolit prodire u spojnu površinu premaza/podloge stvarajući film metalnog oksida, što sprječava prodiranje elektrolita u podlogu. Električna impedancija se prvo smanjuje, a zatim povećava, a otpornost na koroziju čistog aluminijevog keramičkog premaza je slaba. Struktura i sinergija ugljikovih nanocjevčica i grafena blokirale su prodiranje elektrolita prema dolje. Nakon namakanja od 19,5 sati, električna impedancija premaza koji sadrži nanomaterijale smanjila se za 22,94%, 25,60% odnosno 9,61%, a otpornost premaza na koroziju bila je dobra.
(3) Zbog karakteristika ugljikovih nanocjevčica, premaz dodan samo ugljikovim nanocjevčicama ima jednoliko raspoređenu poroznu strukturu prije korozije. Nakon korozije, pore izvornog dijela postaju uske i duge, a kanali dublji. Premaz koji sadrži grafen ima ravnu strukturu prije korozije, kombinacija između čestica u premazu je gusta, a agregatne čestice su čvrsto omotane ljepilom. Iako je površina erodirana elektrolitom nakon korozije, postoji malo kanala pora i struktura je i dalje gusta. Struktura ugljikovih nanocjevčica i grafena može učinkovito blokirati širenje pukotina i zaštititi matricu.
Vrijeme objave: 09.03.2022.