1. Pārklājuma sagatavošana
Lai atvieglotu vēlāku elektroķīmisko testu, par pamatni tiek izvēlēts 30 mm × 4 mm 304 nerūsējošais tērauds. Nopulējiet un ar smilšpapīru noņemiet atlikušo oksīda slāni un rūsas plankumus no pamatnes virsmas, ievietojiet tos vārglāzē ar acetonu, traipus uz pamatnes virsmas apstrādājiet ar Bangjie elektronikas uzņēmuma bg-06c ultraskaņas tīrītāju 20 minūtes, nodiluma atliekas no metāla pamatnes virsmas noņemiet ar spirtu un destilētu ūdeni un nosusiniet ar pūtēju. Pēc tam alumīnija oksīds (Al2O3), grafēns un hibrīdoglekļa nanocaurulītes (mwnt-coohsdbs) tika sagatavotas proporcijās (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) un ievietotas lodīšu dzirnavās (qm-3sp2 no Nanjing NANDA instrumentu rūpnīcas) lodīšu malšanai un sajaukšanai. Lodīšu dzirnavu rotācijas ātrums tika iestatīts uz 220 R/min, un lodīšu dzirnavas tika ieslēgtas uz
Pēc lodīšu malšanas lodīšu malšanas tvertnes griešanās ātrumu pārmaiņus iestatiet uz 1/2, un pēc lodīšu malšanas pabeigšanas iestatiet lodīšu malšanas tvertnes griešanās ātrumu pārmaiņus uz 1/2. Lodīšu maltā keramikas pildviela un saistviela tiek vienmērīgi sajauktas atbilstoši masas daļai 1,0 ∶ 0,8. Visbeidzot, līmējošais keramikas pārklājums tika iegūts sacietēšanas procesā.
2. Korozijas tests
Šajā pētījumā elektroķīmiskajā korozijas testā tiek izmantota Shanghai Chenhua chi660e elektroķīmiskā darbstacija, un testā tiek izmantota trīs elektrodu testa sistēma. Platīna elektrods ir palīgelektrods, sudraba sudraba hlorīda elektrods ir atsauces elektrods, un pārklātais paraugs ir darba elektrods ar efektīvo iedarbības laukumu 1 cm2. Savienojiet atsauces elektrodu, darba elektrodu un palīgelektrodu elektrolītiskajā šūnā ar instrumentu, kā parādīts 1. un 2. attēlā. Pirms testa paraugu iemērc elektrolītā, kas ir 3,5% NaCl šķīdums.
3. Pārklājumu elektroķīmiskās korozijas Tafel analīze
3. attēlā redzama nepārklāta substrāta un keramikas pārklājuma, kas pārklāts ar dažādām nano piedevām, Tafel līkne pēc 19 stundu ilgas elektroķīmiskās korozijas. Elektroķīmiskās korozijas testa laikā iegūtie korozijas sprieguma, korozijas strāvas blīvuma un elektriskās pretestības testa dati ir parādīti 1. tabulā.
Iesniegt
Ja korozijas strāvas blīvums ir mazāks un korozijas izturības efektivitāte ir augstāka, pārklājuma korozijas izturības efekts ir labāks. No 3. attēla un 1. tabulas var redzēt, ka, ja korozijas laiks ir 19 stundas, tad tīras metāla matricas maksimālais korozijas spriegums ir -0,680 V, un arī matricas korozijas strāvas blīvums ir vislielākais, sasniedzot 2,890 × 10⁻⁶ A/cm². Pārklājot ar tīru alumīnija oksīda keramikas pārklājumu, korozijas strāvas blīvums samazinājās līdz 78%, un PE bija 22,01%. Tas parāda, ka keramikas pārklājumam ir labāka aizsargājoša loma un tas var uzlabot pārklājuma korozijas izturību neitrālā elektrolītā.
Pievienojot pārklājumam 0,2 % mwnt-cooh-sdbs vai 0,2 % grafēna, korozijas strāvas blīvums samazinājās, pretestība palielinājās un pārklājuma korozijas izturība vēl vairāk uzlabojās, PE sasniedzot attiecīgi 38,48 % un 40,10 %. Pārklājot virsmu ar 0,2 % mwnt-cooh-sdbs un 0,2 % grafēna jauktu alumīnija oksīda pārklājumu, korozijas strāva vēl vairāk samazinājās no 2,890 × 10⁻⁶ A/cm2 līdz 1,536 × 10⁻⁶ A/cm2, maksimālā pretestības vērtība palielinājās no 11388 Ω līdz 28079 Ω, un pārklājuma PE var sasniegt 46,85 %. Tas parāda, ka sagatavotajam mērķa produktam ir laba korozijas izturība, un oglekļa nanocaurulīšu un grafēna sinerģiskā iedarbība var efektīvi uzlabot keramikas pārklājuma korozijas izturību.
4. Mērcēšanas laika ietekme uz pārklājuma pretestību
Lai sīkāk izpētītu pārklājuma korozijas izturību, ņemot vērā parauga iegremdēšanas laika ietekmi elektrolītā uz testu, tiek iegūtas četru pārklājumu pretestības izmaiņu līknes dažādos iegremdēšanas laikos, kā parādīts 4. attēlā.
Iesniegt
Sākotnējā iegremdēšanas posmā (10 h), pateicoties pārklājuma labajam blīvumam un struktūrai, elektrolītu ir grūti iegremdēt pārklājumā. Šajā laikā keramikas pārklājumam ir augsta pretestība. Pēc noteikta laika mērcēšanas pretestība ievērojami samazinās, jo laika gaitā elektrolīts pakāpeniski veido korozijas kanālu caur pārklājuma porām un plaisām un iekļūst matricā, kā rezultātā pārklājuma pretestība ievērojami samazinās.
Otrajā posmā, kad korozijas produktu daudzums sasniedz noteiktu līmeni, difūzija tiek bloķēta un sprauga pakāpeniski tiek bloķēta. Tajā pašā laikā, kad elektrolīts iekļūst savienojuma apakšējā slāņa/matricas saskarnē, ūdens molekulas reaģē ar matricas Fe elementu pārklājuma/matricas savienojumā, veidojot plānu metāla oksīda plēvi, kas kavē elektrolīta iekļūšanu matricā un palielina pretestības vērtību. Kad neapstrādāta metāla matrica ir elektroķīmiski korodēta, lielākā daļa zaļo flokulentu nogulšņu rodas elektrolīta apakšā. Elektrolītiskais šķīdums nemaina krāsu pārklātā parauga elektrolīzes laikā, kas var pierādīt iepriekš minētās ķīmiskās reakcijas esamību.
Īsā mērcēšanas laika un lielo ārējo faktoru ietekmes dēļ, lai iegūtu precīzu elektroķīmisko parametru izmaiņu attiecību, tiek analizētas Tafel līknes 19 h un 19,5 h laikā. Ar zsimpwin analīzes programmatūru iegūtais korozijas strāvas blīvums un pretestība ir parādīta 2. tabulā. Var konstatēt, ka pēc 19 h mērcēšanas, salīdzinot ar tukšu substrātu, tīra alumīnija oksīda un alumīnija oksīda kompozītmateriāla pārklājuma, kas satur nanodaļiņas, korozijas strāvas blīvums ir mazāks, bet pretestības vērtība ir lielāka. Keramikas pārklājuma, kas satur oglekļa nanocaurulītes, un pārklājuma, kas satur grafēnu, pretestības vērtība ir gandrīz vienāda, savukārt pārklājuma struktūra ar oglekļa nanocaurulītēm un grafēna kompozītmateriāliem ir ievērojami uzlabota. Tas ir tāpēc, ka viendimensiju oglekļa nanocaurulīšu un divdimensiju grafēna sinerģiskā iedarbība uzlabo materiāla izturību pret koroziju.
Palielinoties iegremdēšanas laikam (19,5 h), palielinās neapstrādāta substrāta pretestība, kas norāda, ka tas atrodas korozijas otrajā stadijā un uz substrāta virsmas veidojas metāla oksīda plēve. Līdzīgi, palielinoties laikam, palielinās arī tīra alumīnija oksīda keramikas pārklājuma pretestība, kas norāda, ka šajā laikā, lai gan keramikas pārklājumam ir palēninoša iedarbība, elektrolīts ir iekļuvis pārklājuma/matricas savienojuma saskarnē un ķīmiskās reakcijas rezultātā ir izveidojusies oksīda plēve.
Salīdzinot ar alumīnija oksīda pārklājumu, kas satur 0,2 % mwnt-cooh-sdbs, alumīnija oksīda pārklājumu, kas satur 0,2 % grafēna, un alumīnija oksīda pārklājumu, kas satur 0,2 % mwnt-cooh-sdbs un 0,2 % grafēna, pārklājuma pretestība laika gaitā ievērojami samazinājās, attiecīgi par 22,94 %, 25,60 % un 9,61 %, kas norāda, ka elektrolīts šajā laikā nav iekļuvis pārklājuma un substrāta savienojumā. Tas ir tāpēc, ka oglekļa nanocaurulīšu un grafēna struktūra bloķē elektrolīta iekļūšanu lejupvērstā virzienā, tādējādi aizsargājot matricu. Abu sinerģiskā iedarbība tiek vēl vairāk apstiprināta. Pārklājumam, kas satur divus nanomateriālus, ir labāka izturība pret koroziju.
Izmantojot Tafel līkni un elektriskās impedances vērtības izmaiņu līkni, ir konstatēts, ka alumīnija oksīda keramikas pārklājums ar grafēnu, oglekļa nanocaurulītēm un to maisījumu var uzlabot metāla matricas korozijas izturību, un abu sinerģiskā iedarbība var vēl vairāk uzlabot līmējošā keramikas pārklājuma korozijas izturību. Lai sīkāk izpētītu nano piedevu ietekmi uz pārklājuma korozijas izturību, tika novērota pārklājuma mikrovirsmas morfoloģija pēc korozijas.
Iesniegt
5. attēlā (A1, A2, B1, B2) redzama atsegta 304 nerūsējošā tērauda un pārklāta tīra alumīnija oksīda keramikas virsmas morfoloģija dažādos palielinājumos pēc korozijas. 5. attēlā (A2) redzams, ka virsma pēc korozijas kļūst raupja. Pēc iegremdēšanas elektrolītā uz tīra substrāta virsmas parādās vairākas lielas korozijas bedres, kas norāda, ka tīra metāla matricas korozijas izturība ir slikta un elektrolīts viegli iekļūst matricā. Tīra alumīnija oksīda keramikas pārklājuma gadījumā, kā parādīts 5. attēlā (B2), lai gan pēc korozijas veidojas poraini korozijas kanāli, tīra alumīnija oksīda keramikas pārklājuma relatīvi blīvā struktūra un lieliskā korozijas izturība efektīvi bloķē elektrolīta iekļūšanu, kas izskaidro alumīnija oksīda keramikas pārklājuma pretestības efektīvās uzlabošanās iemeslu.
Iesniegt
mwnt-cooh-sdbs virsmas morfoloģija, pārklājumi, kas satur 0,2% grafēna, un pārklājumi, kas satur 0,2% mwnt-cooh-sdbs un 0,2% grafēna. Var redzēt, ka diviem 6. attēlā redzamajiem pārklājumiem, kas satur grafēnu (B2 un C2), ir plakana struktūra, saistība starp daļiņām pārklājumā ir cieša, un agregāta daļiņas ir cieši ietītas ar līmi. Lai gan virsmu erodē elektrolīts, veidojas mazāk poru kanālu. Pēc korozijas pārklājuma virsma ir blīva un tajā ir maz defektu struktūru. 6. attēlā (A1, A2) mwnt-cooh-sdbs īpašību dēļ pārklājums pirms korozijas ir vienmērīgi sadalīta poraina struktūra. Pēc korozijas sākotnējās detaļas poras kļūst šauras un garas, un kanāls kļūst dziļāks. Salīdzinot ar 6. attēlu (B2, C2), struktūrai ir vairāk defektu, kas atbilst pārklājuma impedances vērtības izmēru sadalījumam, kas iegūts elektroķīmiskās korozijas testā. Tas parāda, ka alumīnija oksīda keramikas pārklājumam, kas satur grafēnu, īpaši grafēna un oglekļa nanotubulu maisījumam, ir vislabākā izturība pret koroziju. Tas ir tāpēc, ka oglekļa nanotubu un grafēna struktūra var efektīvi bloķēt plaisu difūziju un aizsargāt matricu.
5. Diskusija un kopsavilkums
Veicot oglekļa nanocaurulīšu un grafēna piedevu korozijas izturības testu uz alumīnija oksīda keramikas pārklājuma un pārklājuma virsmas mikrostruktūras analīzi, tiek izdarīti šādi secinājumi:
(1) Kad korozijas laiks bija 19 stundas, pievienojot 0,2 % hibrīda oglekļa nanocaurulīšu + 0,2 % grafēna jaukta materiāla alumīnija oksīda keramikas pārklājumu, korozijas strāvas blīvums palielinājās no 2,890 × 10⁻⁶ A/cm2 līdz 1,536 × 10⁻⁶ A/cm2, elektriskā pretestība palielinājās no 11 388 Ω līdz 28079 Ω, un korozijas izturības efektivitāte bija vislielākā — 46,85 %. Salīdzinot ar tīra alumīnija oksīda keramikas pārklājumu, kompozītmateriāla pārklājumam ar grafēnu un oglekļa nanocaurulītēm ir labāka izturība pret koroziju.
(2) Palielinoties elektrolīta iegremdēšanas laikam, elektrolīts iesūcas pārklājuma/substrāta savienojuma virsmā, veidojot metāla oksīda plēvi, kas kavē elektrolīta iekļūšanu substrātā. Elektriskā impedance vispirms samazinās un pēc tam palielinās, un tīra alumīnija oksīda keramikas pārklājuma korozijas izturība ir slikta. Oglekļa nanocaurulīšu un grafēna struktūra un sinerģija bloķēja elektrolīta iekļūšanu lejupvērstā virzienā. Pēc 19,5 stundu mērcēšanas pārklājuma, kas satur nanomateriālus, elektriskā impedance samazinājās attiecīgi par 22,94%, 25,60% un 9,61%, un pārklājuma korozijas izturība bija laba.
6. Pārklājuma korozijas izturības ietekmes mehānisms
Izmantojot Tafel līkni un elektriskās impedances vērtības izmaiņu līkni, ir konstatēts, ka alumīnija oksīda keramikas pārklājums ar grafēnu, oglekļa nanocaurulītēm un to maisījumu var uzlabot metāla matricas korozijas izturību, un abu sinerģiskā iedarbība var vēl vairāk uzlabot līmējošā keramikas pārklājuma korozijas izturību. Lai sīkāk izpētītu nano piedevu ietekmi uz pārklājuma korozijas izturību, tika novērota pārklājuma mikrovirsmas morfoloģija pēc korozijas.
5. attēlā (A1, A2, B1, B2) redzama atsegta 304 nerūsējošā tērauda un pārklāta tīra alumīnija oksīda keramikas virsmas morfoloģija dažādos palielinājumos pēc korozijas. 5. attēlā (A2) redzams, ka virsma pēc korozijas kļūst raupja. Pēc iegremdēšanas elektrolītā uz tīra substrāta virsmas parādās vairākas lielas korozijas bedres, kas norāda, ka tīra metāla matricas korozijas izturība ir slikta un elektrolīts viegli iekļūst matricā. Tīra alumīnija oksīda keramikas pārklājuma gadījumā, kā parādīts 5. attēlā (B2), lai gan pēc korozijas veidojas poraini korozijas kanāli, tīra alumīnija oksīda keramikas pārklājuma relatīvi blīvā struktūra un lieliskā korozijas izturība efektīvi bloķē elektrolīta iekļūšanu, kas izskaidro alumīnija oksīda keramikas pārklājuma pretestības efektīvās uzlabošanās iemeslu.
mwnt-cooh-sdbs virsmas morfoloģija, pārklājumi, kas satur 0,2% grafēna, un pārklājumi, kas satur 0,2% mwnt-cooh-sdbs un 0,2% grafēna. Var redzēt, ka diviem 6. attēlā redzamajiem pārklājumiem, kas satur grafēnu (B2 un C2), ir plakana struktūra, saistība starp daļiņām pārklājumā ir cieša, un agregāta daļiņas ir cieši ietītas ar līmi. Lai gan virsmu erodē elektrolīts, veidojas mazāk poru kanālu. Pēc korozijas pārklājuma virsma ir blīva un tajā ir maz defektu struktūru. 6. attēlā (A1, A2) mwnt-cooh-sdbs īpašību dēļ pārklājums pirms korozijas ir vienmērīgi sadalīta poraina struktūra. Pēc korozijas sākotnējās detaļas poras kļūst šauras un garas, un kanāls kļūst dziļāks. Salīdzinot ar 6. attēlu (B2, C2), struktūrai ir vairāk defektu, kas atbilst pārklājuma impedances vērtības izmēru sadalījumam, kas iegūts elektroķīmiskās korozijas testā. Tas parāda, ka alumīnija oksīda keramikas pārklājumam, kas satur grafēnu, īpaši grafēna un oglekļa nanotubulu maisījumam, ir vislabākā izturība pret koroziju. Tas ir tāpēc, ka oglekļa nanotubu un grafēna struktūra var efektīvi bloķēt plaisu difūziju un aizsargāt matricu.
7. Diskusija un kopsavilkums
Veicot oglekļa nanocaurulīšu un grafēna piedevu korozijas izturības testu uz alumīnija oksīda keramikas pārklājuma un pārklājuma virsmas mikrostruktūras analīzi, tiek izdarīti šādi secinājumi:
(1) Kad korozijas laiks bija 19 stundas, pievienojot 0,2 % hibrīda oglekļa nanocaurulīšu + 0,2 % grafēna jaukta materiāla alumīnija oksīda keramikas pārklājumu, korozijas strāvas blīvums palielinājās no 2,890 × 10⁻⁶ A/cm2 līdz 1,536 × 10⁻⁶ A/cm2, elektriskā pretestība palielinājās no 11 388 Ω līdz 28079 Ω, un korozijas izturības efektivitāte bija vislielākā — 46,85 %. Salīdzinot ar tīra alumīnija oksīda keramikas pārklājumu, kompozītmateriāla pārklājumam ar grafēnu un oglekļa nanocaurulītēm ir labāka izturība pret koroziju.
(2) Palielinoties elektrolīta iegremdēšanas laikam, elektrolīts iesūcas pārklājuma/substrāta savienojuma virsmā, veidojot metāla oksīda plēvi, kas kavē elektrolīta iekļūšanu substrātā. Elektriskā impedance vispirms samazinās un pēc tam palielinās, un tīra alumīnija oksīda keramikas pārklājuma korozijas izturība ir slikta. Oglekļa nanocaurulīšu un grafēna struktūra un sinerģija bloķēja elektrolīta iekļūšanu lejupvērstā virzienā. Pēc 19,5 stundu mērcēšanas pārklājuma, kas satur nanomateriālus, elektriskā impedance samazinājās attiecīgi par 22,94%, 25,60% un 9,61%, un pārklājuma korozijas izturība bija laba.
(3) Oglekļa nanocaurulīšu īpašību dēļ pārklājumam, kas pievienots tikai ar oglekļa nanocaurulītēm, pirms korozijas ir vienmērīgi sadalīta poraina struktūra. Pēc korozijas sākotnējās detaļas poras kļūst šauras un garas, un kanāli kļūst dziļāki. Pārklājumam, kas satur grafēnu, pirms korozijas ir plakana struktūra, daļiņu savienojums pārklājumā ir blīvs, un agregāta daļiņas ir cieši aptītas ar līmi. Lai gan pēc korozijas virsmu erodē elektrolīts, poru kanāli ir maz, un struktūra joprojām ir blīva. Oglekļa nanocaurulīšu un grafēna struktūra var efektīvi bloķēt plaisu izplatīšanos un aizsargāt matricu.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 9. marts