1. Қаптауды дайындау
Кейінгі электрохимиялық сынақты жеңілдету үшін негіз ретінде 30 мм × 4 мм 304 тот баспайтын болат таңдалды. Негіз бетіндегі қалдық оксид қабаты мен тот дақтарын зімпарамен жылтыратып, кетіріңіз, оларды ацетоны бар стаканға салыңыз, негіз бетіндегі дақтарды Bangjie electronics компаниясының bg-06c ультрадыбыстық тазартқышымен 20 минут бойы өңдеңіз, металл негіз бетіндегі тозу қалдықтарын спиртпен және тазартылған сумен кетіріңіз және үрлегішпен кептіріңіз. Содан кейін алюминий оксиді (Al2O3), графен және гибридті көміртекті нанотүтікшелер (mwnt-coohsdbs) пропорцияда (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2) дайындалып, шарлы диірменге (Нанкинг NANDA аспаптар зауытының qm-3sp2) шарлы диірменге салынды. Шарлы диірменнің айналу жылдамдығы 220 айн/мин-ге орнатылды, ал шарлы диірмен бұрылды
Шарлы фрезерлеуден кейін, шарлы фрезерлеу аяқталғаннан кейін шарлы фрезерлеу цистернасының айналу жылдамдығын кезекпен 1/2 етіп орнатыңыз, ал шарлы фрезерлеу аяқталғаннан кейін шарлы фрезерлеу цистернасының айналу жылдамдығын кезекпен 1/2 етіп орнатыңыз. Шарлы фрезерленген керамикалық агрегат пен байланыстырушы зат 1,0 × 0,8 массалық үлесіне сәйкес біркелкі араластырылады. Соңында, желімді керамикалық жабын қатаю процесі арқылы алынды.
2. Коррозия сынағы
Бұл зерттеуде электрохимиялық коррозия сынағы Shanghai Chenhua chi660e электрохимиялық жұмыс станциясын қолданады, ал сынақ үш электродты сынақ жүйесін қолданады. Платина электроды - көмекші электрод, күміс күміс хлоридті электрод - эталондық электрод, ал қапталған үлгі - жұмыс электроды, тиімді экспозиция ауданы 1 см2. 1 және 2-суреттерде көрсетілгендей, электролиттік ұяшықтағы эталондық электродты, жұмыс электродын және көмекші электродты құралмен жалғаңыз. Сынақ алдында үлгіні 3,5% NaCl ерітіндісінен тұратын электролитке батырыңыз.
3. Жабындардың электрохимиялық коррозиясын Тафель талдауы
3-суретте 19 сағат бойы электрохимиялық коррозиядан кейін әртүрлі нано қоспалармен қапталған жабылмаған негіз бен керамикалық жабынның Тафель қисығы көрсетілген. Электрохимиялық коррозия сынағынан алынған коррозия кернеуі, коррозия тогының тығыздығы және электрлік кедергі сынағының деректері 1-кестеде көрсетілген.
Жіберу
Коррозия тогының тығыздығы аз және коррозияға төзімділік тиімділігі жоғары болған кезде, жабынның коррозияға төзімділік әсері жақсырақ болады. 3-сурет пен 1-кестеден коррозия уақыты 19 сағат болғанда, жалаңаш металл матрицасының максималды коррозия кернеуі -0,680 В болатынын және матрицаның коррозия тогының тығыздығы да ең үлкен болып, 2,890 × 10-6 А/см2 жететінін көруге болады. Таза алюминий оксиді керамикалық жабынмен қапталған кезде коррозия тогының тығыздығы 78%-ға дейін төмендеді, ал ПЭ 22,01%-ды құрады. Бұл керамикалық жабынның жақсы қорғаныс рөлін атқаратынын және бейтарап электролитте жабынның коррозияға төзімділігін жақсарта алатынын көрсетеді.
Жабынға 0,2% mwnt-cooh-sdbs немесе 0,2% графен қосылған кезде коррозия тогының тығыздығы төмендеп, кедергі артты және жабынның коррозияға төзімділігі одан әрі жақсарды, PE сәйкесінше 38,48% және 40,10% құрады. Беті 0,2% mwnt-cooh-sdbs және 0,2% графен аралас алюминий оксиді жабынымен жабылған кезде, коррозия тогы 2,890 × 10-6 А/см2-ден 1,536 × 10-6 А/см2-ге дейін төмендейді, ең жоғары кедергі мәні 11388 Ω-дан 28079 Ω-ға дейін артады, ал жабынның PE мәні 46,85%-ға жетуі мүмкін. Бұл дайындалған мақсатты өнімнің коррозияға төзімділігі жақсы екенін және көміртекті нанотүтікшелер мен графеннің синергетикалық әсері керамикалық жабынның коррозияға төзімділігін тиімді түрде жақсарта алатынын көрсетеді.
4. Жабын кедергісіне жібіту уақытының әсері
Жабынның коррозияға төзімділігін одан әрі зерттеу үшін, үлгінің электролитке батырылу уақытының сынаққа әсерін ескере отырып, 4-суретте көрсетілгендей, әр түрлі батыру уақытындағы төрт жабынның кедергісінің өзгеру қисықтары алынды.
Жіберу
Бастапқы батыру кезеңінде (10 сағат), жабынның тығыздығы мен құрылымының жақсы болуына байланысты электролиттің жабынға батырылуы қиын. Бұл кезде керамикалық жабын жоғары кедергі көрсетеді. Біраз уақыт бойы батырылғаннан кейін кедергі айтарлықтай төмендейді, себебі уақыт өте келе электролит жабынның тесіктері мен жарықтары арқылы біртіндеп коррозия арнасын түзіп, матрицаға енеді, нәтижесінде жабынның кедергісі айтарлықтай төмендейді.
Екінші кезеңде коррозия өнімдері белгілі бір мөлшерге дейін артқанда, диффузия бітеліп, саңылау біртіндеп бітеледі. Сонымен қатар, электролит байланыстырушы төменгі қабаттың/матрицаның байланыс интерфейсіне енген кезде, су молекулалары матрицадағы Fe элементімен жабын/матрица түйіспесінде әрекеттесіп, жұқа металл оксиді қабықшасын түзеді, бұл электролиттің матрицаға енуіне кедергі келтіреді және кедергі мәнін арттырады. Жалаңаш металл матрицасы электрохимиялық коррозияға ұшыраған кезде, жасыл флокулентті тұнбаның көп бөлігі электролиттің түбінде түзіледі. Қапталған үлгіні электролиздеу кезінде электролиттік ерітіндінің түсі өзгерген жоқ, бұл жоғарыда аталған химиялық реакцияның бар екенін дәлелдей алады.
Қысқа сулау уақыты мен үлкен сыртқы әсер факторларына байланысты, электрохимиялық параметрлердің дәл өзгеру байланысын одан әрі алу үшін 19 сағат және 19,5 сағаттық Тафель қисықтары талданады. zsimpwin талдау бағдарламалық жасақтамасымен алынған коррозия тогының тығыздығы мен кедергісі 2-кестеде көрсетілген. 19 сағат бойы суланған кезде, жалаңаш негізбен салыстырғанда, нано қоспа материалдары бар таза алюминий оксиді мен алюминий оксиді композиттік жабынының коррозия тогының тығыздығы азырақ және кедергі мәні үлкенірек екенін анықтауға болады. Көміртекті нанотүтікшелері бар керамикалық жабынның және графені бар жабынның кедергі мәні бірдей дерлік, ал көміртекті нанотүтікшелері мен графен композиттік материалдарымен жабын құрылымы айтарлықтай жақсарады, себебі бір өлшемді көміртекті нанотүтікшелері мен екі өлшемді графеннің синергетикалық әсері материалдың коррозияға төзімділігін жақсартады.
Батыру уақыты ұзарған сайын (19,5 сағат), жалаңаш негіздің кедергісі артады, бұл оның коррозияның екінші сатысында екенін және негіз бетінде металл оксиді қабықшасының пайда болатынын көрсетеді. Сол сияқты, уақыт ұзарған сайын таза алюминий оксиді керамикалық жабынының кедергісі де артады, бұл керамикалық жабынның баяулату әсері болғанымен, электролит жабынның/матрицаның байланыс бетіне еніп, химиялық реакция арқылы оксид қабықшасын түзгенін көрсетеді.
0,2% mwnt-cooh-sdbs бар алюминий оксиді жабынымен, 0,2% графен бар алюминий оксиді жабынымен және 0,2% mwnt-cooh-sdbs және 0,2% графен бар алюминий оксиді жабынымен салыстырғанда, жабын кедергісі уақыт өте келе айтарлықтай төмендеді, сәйкесінше 22,94%, 25,60% және 9,61%-ға төмендеді, бұл электролиттің жабын мен негіз арасындағы қосылысқа енбегенін көрсетеді. Себебі көміртекті нанотүтікшелер мен графеннің құрылымы электролиттің төмен қарай енуін бөгейді, осылайша матрицаны қорғайды. Екеуінің синергетикалық әсері одан әрі расталады. Екі нано материалдан тұратын жабынның коррозияға төзімділігі жоғары.
Тафель қисығы және электрлік кедергі мәнінің өзгеру қисығы арқылы графен, көміртекті нанотүтікшелер және олардың қоспасымен алюминий оксиді керамикалық жабын металл матрицасының коррозияға төзімділігін арттыра алатыны, ал екеуінің синергетикалық әсері жабысқақ керамикалық жабынның коррозияға төзімділігін одан әрі жақсарта алатыны анықталды. Нано қоспалардың жабынның коррозияға төзімділігіне әсерін одан әрі зерттеу үшін коррозиядан кейінгі жабынның микробеттік морфологиясы байқалды.
Жіберу
5-суретте (A1, A2, B1, B2) коррозиядан кейін әртүрлі үлкейту кезінде ашық 304 тот баспайтын болаттан жасалған және жабыны бар таза алюминий тотығы керамикасының беткі морфологиясы көрсетілген. 5-суретте (A2) коррозиядан кейінгі беттің кедір-бұдыр болатыны көрсетілген. Жалаңаш негіз үшін электролитке батырылғаннан кейін бетінде бірнеше үлкен коррозия шұңқырлары пайда болады, бұл жалаңаш металл матрицасының коррозияға төзімділігі нашар екенін және электролиттің матрицаға оңай енетінін көрсетеді. Таза алюминий тотығы керамикалық жабыны үшін, 5-суретте (B2) көрсетілгендей, коррозиядан кейін кеуекті коррозия арналары пайда болғанымен, таза алюминий тотығы керамикалық жабынының салыстырмалы түрде тығыз құрылымы және тамаша коррозияға төзімділігі электролиттің енуін тиімді түрде блоктайды, бұл алюминий тотығы керамикалық жабынының импедансының тиімді жақсару себебін түсіндіреді.
Жіберу
mwnt-cooh-sdbs бетінің морфологиясы, құрамында 0,2% графен бар жабындар және құрамында 0,2% mwnt-cooh-sdbs және 0,2% графен бар жабындар. 6-суретте (B2 және C2) графен бар екі жабынның тегіс құрылымы бар екенін, жабындағы бөлшектер арасындағы байланыс тығыз екенін және агрегат бөлшектерінің желіммен тығыз оралғанын көруге болады. Беті электролитпен эрозияға ұшырағанымен, кеуекті арналар аз түзіледі. Коррозиядан кейін жабын беті тығыз болады және ақаулық құрылымдары аз болады. 6-сурет (A1, A2) үшін, mwnt-cooh-sdbs сипаттамаларына байланысты коррозияға дейінгі жабын біркелкі таралған кеуекті құрылым болып табылады. Коррозиядан кейін бастапқы бөліктің кеуектері тарылып, ұзарады, ал арна тереңдейді. 6-суретпен (B2, C2) салыстырғанда, құрылымда ақаулар көбірек, бұл электрохимиялық коррозия сынағынан алынған жабын импеданс мәнінің өлшемдік таралуына сәйкес келеді. Бұл графенді қамтитын алюминий оксиді керамикалық жабынының, әсіресе графен мен көміртекті нанотүтікше қоспасының, коррозияға төзімділігі ең жоғары екенін көрсетеді. Себебі көміртекті нанотүтікше мен графеннің құрылымы жарықшақтардың диффузиясын тиімді түрде бөгеп, матрицаны қорғай алады.
5. Талқылау және қорытындылау
Алюминий оксиді бар керамикалық жабындағы көміртекті нанотүтікшелер мен графен қоспаларының коррозияға төзімділігін сынау және жабынның беткі микроқұрылымын талдау арқылы келесі қорытындылар жасалды:
(1) Коррозия уақыты 19 сағат болғанда, 0,2% гибридті көміртекті нанотүтікше + 0,2% графен аралас материалы бар алюминий оксиді керамикалық жабынды қосқанда, коррозия тогының тығыздығы 2,890 × 10-6 А/см2-ден 1,536 × 10-6 А/см2-ге дейін артты, электрлік кедергі 11388 Ω-ден 28079 Ω-ға дейін артты, ал коррозияға төзімділік тиімділігі ең жоғары, 46,85% болды. Таза алюминий оксиді керамикалық жабынмен салыстырғанда, графен және көміртекті нанотүтікшелері бар композиттік жабын коррозияға төзімділігі жоғарырақ.
(2) Электролиттің батыру уақыты артқан сайын, электролит жабынның/субстраттың қосылыс бетіне еніп, металл оксиді қабықшасын түзеді, бұл электролиттің субстратқа енуіне кедергі келтіреді. Электрлік кедергі алдымен төмендейді, содан кейін артады, ал таза алюминий оксиді керамикалық жабынның коррозияға төзімділігі нашар. Көміртекті нанотүтікшелер мен графеннің құрылымы мен синергиясы электролиттің төмен қарай енуіне кедергі келтіреді. 19,5 сағат бойы батырылған кезде, нано материалдары бар жабынның электрлік кедергісі сәйкесінше 22,94%, 25,60% және 9,61%-ға төмендеді, ал жабынның коррозияға төзімділігі жақсы болды.
6. Жабынның коррозияға төзімділігінің әсер ету механизмі
Тафель қисығы және электрлік кедергі мәнінің өзгеру қисығы арқылы графен, көміртекті нанотүтікшелер және олардың қоспасымен алюминий оксиді керамикалық жабын металл матрицасының коррозияға төзімділігін арттыра алатыны, ал екеуінің синергетикалық әсері жабысқақ керамикалық жабынның коррозияға төзімділігін одан әрі жақсарта алатыны анықталды. Нано қоспалардың жабынның коррозияға төзімділігіне әсерін одан әрі зерттеу үшін коррозиядан кейінгі жабынның микробеттік морфологиясы байқалды.
5-суретте (A1, A2, B1, B2) коррозиядан кейін әртүрлі үлкейту кезінде ашық 304 тот баспайтын болаттан жасалған және жабыны бар таза алюминий тотығы керамикасының беткі морфологиясы көрсетілген. 5-суретте (A2) коррозиядан кейінгі беттің кедір-бұдыр болатыны көрсетілген. Жалаңаш негіз үшін электролитке батырылғаннан кейін бетінде бірнеше үлкен коррозия шұңқырлары пайда болады, бұл жалаңаш металл матрицасының коррозияға төзімділігі нашар екенін және электролиттің матрицаға оңай енетінін көрсетеді. Таза алюминий тотығы керамикалық жабыны үшін, 5-суретте (B2) көрсетілгендей, коррозиядан кейін кеуекті коррозия арналары пайда болғанымен, таза алюминий тотығы керамикалық жабынының салыстырмалы түрде тығыз құрылымы және тамаша коррозияға төзімділігі электролиттің енуін тиімді түрде блоктайды, бұл алюминий тотығы керамикалық жабынының импедансының тиімді жақсару себебін түсіндіреді.
mwnt-cooh-sdbs бетінің морфологиясы, құрамында 0,2% графен бар жабындар және құрамында 0,2% mwnt-cooh-sdbs және 0,2% графен бар жабындар. 6-суретте (B2 және C2) графен бар екі жабынның тегіс құрылымы бар екенін, жабындағы бөлшектер арасындағы байланыс тығыз екенін және агрегат бөлшектерінің желіммен тығыз оралғанын көруге болады. Беті электролитпен эрозияға ұшырағанымен, кеуекті арналар аз түзіледі. Коррозиядан кейін жабын беті тығыз болады және ақаулық құрылымдары аз болады. 6-сурет (A1, A2) үшін, mwnt-cooh-sdbs сипаттамаларына байланысты коррозияға дейінгі жабын біркелкі таралған кеуекті құрылым болып табылады. Коррозиядан кейін бастапқы бөліктің кеуектері тарылып, ұзарады, ал арна тереңдейді. 6-суретпен (B2, C2) салыстырғанда, құрылымда ақаулар көбірек, бұл электрохимиялық коррозия сынағынан алынған жабын импеданс мәнінің өлшемдік таралуына сәйкес келеді. Бұл графенді қамтитын алюминий оксиді керамикалық жабынының, әсіресе графен мен көміртекті нанотүтікше қоспасының, коррозияға төзімділігі ең жоғары екенін көрсетеді. Себебі көміртекті нанотүтікше мен графеннің құрылымы жарықшақтардың диффузиясын тиімді түрде бөгеп, матрицаны қорғай алады.
7. Талқылау және қорытындылау
Алюминий оксиді бар керамикалық жабындағы көміртекті нанотүтікшелер мен графен қоспаларының коррозияға төзімділігін сынау және жабынның беткі микроқұрылымын талдау арқылы келесі қорытындылар жасалды:
(1) Коррозия уақыты 19 сағат болғанда, 0,2% гибридті көміртекті нанотүтікше + 0,2% графен аралас материалы бар алюминий оксиді керамикалық жабынды қосқанда, коррозия тогының тығыздығы 2,890 × 10-6 А/см2-ден 1,536 × 10-6 А/см2-ге дейін артты, электрлік кедергі 11388 Ω-ден 28079 Ω-ға дейін артты, ал коррозияға төзімділік тиімділігі ең жоғары, 46,85% болды. Таза алюминий оксиді керамикалық жабынмен салыстырғанда, графен және көміртекті нанотүтікшелері бар композиттік жабын коррозияға төзімділігі жоғарырақ.
(2) Электролиттің батыру уақыты артқан сайын, электролит жабынның/субстраттың қосылыс бетіне еніп, металл оксиді қабықшасын түзеді, бұл электролиттің субстратқа енуіне кедергі келтіреді. Электрлік кедергі алдымен төмендейді, содан кейін артады, ал таза алюминий оксиді керамикалық жабынның коррозияға төзімділігі нашар. Көміртекті нанотүтікшелер мен графеннің құрылымы мен синергиясы электролиттің төмен қарай енуіне кедергі келтіреді. 19,5 сағат бойы батырылған кезде, нано материалдары бар жабынның электрлік кедергісі сәйкесінше 22,94%, 25,60% және 9,61%-ға төмендеді, ал жабынның коррозияға төзімділігі жақсы болды.
(3) Көміртекті нанотүтікшелердің сипаттамаларына байланысты, тек көміртекті нанотүтікшелер қосылған жабын коррозияға дейін біркелкі таралған кеуекті құрылымға ие. Коррозиядан кейін бастапқы бөліктің тесіктері тарылып, ұзын болады, ал арналары тереңдей түседі. Графенді қамтитын жабын коррозияға дейін тегіс құрылымға ие, жабындағы бөлшектер арасындағы үйлесім тығыз және агрегаттық бөлшектер желіммен тығыз оралған. Коррозиядан кейін беті электролитпен эрозияға ұшырағанымен, кеуекті арналар аз және құрылым әлі де тығыз. Көміртекті нанотүтікшелер мен графеннің құрылымы жарықшақтардың таралуын тиімді түрде бөгеп, матрицаны қорғай алады.
Жарияланған уақыты: 09.03.2022