1. Forberedelse av belegg
For å lette den senere elektrokjemiske testen, er 30 mm × 4 mm 304 rustfritt stål valgt som base. Poler og fjern gjenværende oksidlag og rustflekker på overflaten av substratet med sandpapir, ha dem i et begerglass med aceton, behandle flekkene på overflaten av substratet med bg-06c ultralydrenser fra Bangjie elektronikkfirma i 20 minutter, fjern slitasjerester på overflaten av metallsubstratet med alkohol og destillert vann, og tørk dem med en blåsemaskin. Deretter ble alumina (Al2O3), grafen og hybrid karbonnanorør (mwnt-coohsdbs) fremstilt i proporsjoner (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2), og plassert i en kulemølle (qm-3sp2 fra Nanjing NANDA instrumentfabrikk) for kulemaling og blanding. Kulemøllens rotasjonshastighet ble satt til 220 o/min, og kulemøllen ble satt til
Etter kulefresing, sett rotasjonshastigheten til kulefresetanken til 1/2 vekselvis etter at kulefresingen er fullført, og sett rotasjonshastigheten til kulefresetanken til 1/2 vekselvis etter at kulefresingen er fullført. Det kulefresede keramiske tilslaget og bindemidlet blandes jevnt i henhold til massefraksjonen 1,0 ∶ 0,8. Til slutt ble det klebende keramiske belegget oppnådd ved herdingsprosess.
2. Korrosjonstest
I denne studien benytter den elektrokjemiske korrosjonstesten en Shanghai Chenhua chi660e elektrokjemisk arbeidsstasjon, og testen benytter et testsystem med tre elektroder. Platinaelektroden er hjelpeelektroden, sølvsølvkloridelektroden er referanseelektroden, og den belagte prøven er arbeidselektroden, med et effektivt eksponeringsområde på 1 cm2. Koble referanseelektroden, arbeidselektroden og hjelpeelektroden i elektrolysecellen til instrumentet, som vist i figur 1 og 2. Før testen, bløtlegg prøven i elektrolytten, som er en 3,5 % NaCl-løsning.
3. Tafelanalyse av elektrokjemisk korrosjon av belegg
Figur 3 viser Tafel-kurven for ubelagt substrat og keramisk belegg belagt med forskjellige nanotilsetningsstoffer etter elektrokjemisk korrosjon i 19 timer. Data for korrosjonsspenning, korrosjonsstrømtetthet og elektrisk impedanstest oppnådd fra elektrokjemisk korrosjonstest er vist i tabell 1.
Send inn
Når korrosjonsstrømtettheten er mindre og korrosjonsbestandighetseffektiviteten er høyere, er beleggets korrosjonsbestandighetseffekt bedre. Det kan sees fra figur 3 og tabell 1 at når korrosjonstiden er 19 timer, er den maksimale korrosjonsspenningen til bart metallmatrise -0,680 V, og korrosjonsstrømtettheten til matrisen er også størst og når 2,890 × 10⁻⁶ A/cm². Ved belegg med rent alumina-keramisk belegg, reduserte korrosjonsstrømtettheten til 78 % og PE var 22,01 %. Dette viser at det keramiske belegget spiller en bedre beskyttende rolle og kan forbedre korrosjonsmotstanden til belegget i nøytral elektrolytt.
Når 0,2 % mwnt-cooh-sdbs eller 0,2 % grafen ble tilsatt belegget, reduserte korrosjonsstrømtettheten, motstanden økte, og beleggets korrosjonsmotstand ble ytterligere forbedret, med PE på henholdsvis 38,48 % og 40,10 %. Når overflaten belegges med 0,2 % mwnt-cooh-sdbs og 0,2 % grafen blandet aluminabelegg, reduseres korrosjonsstrømmen ytterligere fra 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² ned til 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², den maksimale motstandsverdien økte fra 11388 Ω til 28079 Ω, og beleggets PE kan nå 46,85 %. Det viser at det fremstilte målproduktet har god korrosjonsmotstand, og den synergistiske effekten av karbonnanorør og grafen kan effektivt forbedre korrosjonsmotstanden til det keramiske belegget.
4. Effekt av bløtleggingstid på beleggimpedans
For å undersøke beleggets korrosjonsmotstand ytterligere, med tanke på påvirkningen av prøvens nedsenkningstid i elektrolytten på testen, er endringskurver for motstanden til de fire beleggene ved ulik nedsenkningstid oppnådd, som vist i figur 4.
Send inn
I den første nedsenkingsfasen (10 timer) er det vanskelig for elektrolytten å senke seg ned i belegget på grunn av beleggets gode tetthet og struktur. På dette tidspunktet viser det keramiske belegget høy motstand. Etter en viss tid reduseres motstanden betydelig, fordi elektrolytten gradvis danner en korrosjonskanal gjennom porene og sprekkene i belegget og trenger inn i matrisen, noe som resulterer i en betydelig reduksjon i beleggets motstand.
I det andre trinnet, når korrosjonsproduktene øker til en viss mengde, blokkeres diffusjonen og gapet blokkeres gradvis. Samtidig, når elektrolytten trenger inn i bindingsgrensesnittet til det bunnliggende laget/matrisen, vil vannmolekylene reagere med Fe-elementet i matrisen ved belegg/matrise-krysset for å produsere en tynn metalloksidfilm, som hindrer elektrolyttens penetrering inn i matrisen og øker motstandsverdien. Når den bare metallmatrisen er elektrokjemisk korrodert, produseres mesteparten av den grønne flokkulente utfellingen på bunnen av elektrolytten. Den elektrolytiske løsningen endret ikke farge under elektrolysering av den belagte prøven, noe som kan bevise eksistensen av den ovennevnte kjemiske reaksjonen.
På grunn av den korte bløtleggingstiden og store eksterne påvirkningsfaktorer, analyseres Tafel-kurvene for 19 timer og 19,5 timer for å oppnå nøyaktig endringsforhold mellom elektrokjemiske parametere. Korrosjonsstrømtettheten og motstanden oppnådd med zsimpwin-analyseprogramvaren er vist i tabell 2. Det kan finnes at når den bløtlegges i 19 timer, sammenlignet med det rene substratet, er korrosjonsstrømtettheten til ren alumina og alumina-komposittbelegg som inneholder nanotilsetningsmaterialer mindre og motstandsverdien større. Motstandsverdien til keramisk belegg som inneholder karbonnanorør og belegg som inneholder grafen er nesten den samme, mens beleggstrukturen med karbonnanorør og grafenkomposittmaterialer forbedres betydelig. Dette skyldes at den synergistiske effekten av endimensjonale karbonnanorør og todimensjonal grafen forbedrer materialets korrosjonsmotstand.
Med økende nedsenkingstid (19,5 timer) øker motstanden til det bart substratet, noe som indikerer at det er i det andre korrosjonsstadiet, og det dannes en metalloksidfilm på overflaten av substratet. På samme måte øker også motstanden til et rent alumina-keramisk belegg med økende tid, noe som indikerer at selv om det keramiske belegget har en bremsende effekt, har elektrolytten penetrert bindingsgrensesnittet mellom belegg/matrise og dannet en kjemisk reaksjon.
Sammenlignet med aluminabelegget som inneholdt 0,2 % mwnt-cooh-sdbs, aluminabelegget som inneholdt 0,2 % grafen og aluminabelegget som inneholdt 0,2 % mwnt-cooh-sdbs og 0,2 % grafen, minket beleggmotstanden betydelig med tiden, med henholdsvis 22,94 %, 25,60 % og 9,61 %, noe som indikerer at elektrolytten ikke trengte inn i skjøten mellom belegget og substratet på dette tidspunktet. Dette skyldes at strukturen til karbonnanorør og grafen blokkerer nedadgående penetrering av elektrolytt, og dermed beskytter matrisen. Den synergistiske effekten av de to bekreftes ytterligere. Belegget som inneholder to nanomaterialer har bedre korrosjonsbestandighet.
Gjennom Tafel-kurven og endringskurven for elektrisk impedansverdi, er det funnet at alumina-keramisk belegg med grafen, karbonnanorør og blandingen av disse kan forbedre korrosjonsmotstanden til metallmatrisen, og den synergistiske effekten av de to kan ytterligere forbedre korrosjonsmotstanden til det klebende keramiske belegget. For å undersøke effekten av nanotilsetningsstoffer på beleggets korrosjonsmotstand ytterligere, ble mikrooverflatemorfologien til belegget etter korrosjon observert.
Send inn
Figur 5 (A1, A2, B1, B2) viser overflatemorfologien til eksponert 304 rustfritt stål og belagt ren alumina-keramikk ved ulik forstørrelse etter korrosjon. Figur 5 (A2) viser at overflaten blir ru etter korrosjon. For det bart substratet oppstår det flere store korrosjonsgroper på overflaten etter nedsenking i elektrolytt, noe som indikerer at korrosjonsmotstanden til den bart metallmatrisen er dårlig og at elektrolytten lett trenger inn i matrisen. For ren alumina-keramisk belegg, som vist i figur 5 (B2), selv om porøse korrosjonskanaler genereres etter korrosjon, blokkerer den relativt tette strukturen og den utmerkede korrosjonsmotstanden til ren alumina-keramisk belegg effektivt invasjonen av elektrolytt, noe som forklarer årsaken til den effektive forbedringen av impedansen til alumina-keramisk belegg.
Send inn
Overflatemorfologi til mwnt-cooh-sdbs, belegg som inneholder 0,2 % grafen og belegg som inneholder 0,2 % mwnt-cooh-sdbs og 0,2 % grafen. Det kan sees at de to beleggene som inneholder grafen i figur 6 (B2 og C2) har en flat struktur, bindingen mellom partiklene i belegget er tett, og aggregatpartiklene er tett pakket inn av lim. Selv om overflaten eroderes av elektrolytt, dannes det færre porekanaler. Etter korrosjon er beleggoverflaten tett, og det er få defektstrukturer. For figur 6 (A1, A2), på grunn av egenskapene til mwnt-cooh-sdbs, er belegget før korrosjon en jevnt fordelt porøs struktur. Etter korrosjon blir porene i den opprinnelige delen smale og lange, og kanalen blir dypere. Sammenlignet med figur 6 (B2, C2) har strukturen flere defekter, noe som er i samsvar med størrelsesfordelingen av beleggimpedansverdien oppnådd fra elektrokjemisk korrosjonstest. Det viser at det keramiske belegget av alumina som inneholder grafen, spesielt blandingen av grafen og karbonnanorør, har den beste korrosjonsmotstanden. Dette er fordi strukturen til karbonnanorøret og grafenet effektivt kan blokkere sprekkdiffusjon og beskytte matrisen.
5. Diskusjon og oppsummering
Gjennom korrosjonsmotstandstesten av karbonnanorør og grafentilsetningsstoffer på aluminakeramisk belegg og analysen av overflatemikrostrukturen til belegget, trekkes følgende konklusjoner:
(1) Ved tilsetning av 0,2 % hybridkarbonnanorør + 0,2 % grafenblandet aluminakeramisk belegg økte korrosjonsstrømtettheten fra 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² til 1,536 × 10⁻⁶ A/cm² når korrosjonstiden var 19 timer. Den elektriske impedansen økte fra 11388 Ω til 28079 Ω, og korrosjonsbestandigheten var størst, 46,85 %. Sammenlignet med et rent aluminakeramisk belegg, har komposittbelegget med grafen og karbonnanorør bedre korrosjonsbestandighet.
(2) Med økende nedsenkingstid for elektrolytten, trenger elektrolytten inn i overflaten av belegget/substratet og produserer en metalloksidfilm, noe som hindrer elektrolyttens penetrering i substratet. Den elektriske impedansen avtar først og øker deretter, og korrosjonsmotstanden til det keramiske belegget av rent alumina er dårlig. Strukturen og synergien mellom karbonnanorør og grafen blokkerte den nedadgående penetreringen av elektrolytten. Ved bløtlegging i 19,5 timer ble den elektriske impedansen til belegget som inneholdt nanomaterialer redusert med henholdsvis 22,94 %, 25,60 % og 9,61 %, og beleggets korrosjonsmotstand var god.
6. Påvirkningsmekanisme for beleggets korrosjonsbestandighet
Gjennom Tafel-kurven og endringskurven for elektrisk impedansverdi, er det funnet at alumina-keramisk belegg med grafen, karbonnanorør og blandingen av disse kan forbedre korrosjonsmotstanden til metallmatrisen, og den synergistiske effekten av de to kan ytterligere forbedre korrosjonsmotstanden til det klebende keramiske belegget. For å undersøke effekten av nanotilsetningsstoffer på beleggets korrosjonsmotstand ytterligere, ble mikrooverflatemorfologien til belegget etter korrosjon observert.
Figur 5 (A1, A2, B1, B2) viser overflatemorfologien til eksponert 304 rustfritt stål og belagt ren alumina-keramikk ved ulik forstørrelse etter korrosjon. Figur 5 (A2) viser at overflaten blir ru etter korrosjon. For det bart substratet oppstår det flere store korrosjonsgroper på overflaten etter nedsenking i elektrolytt, noe som indikerer at korrosjonsmotstanden til den bart metallmatrisen er dårlig og at elektrolytten lett trenger inn i matrisen. For ren alumina-keramisk belegg, som vist i figur 5 (B2), selv om porøse korrosjonskanaler genereres etter korrosjon, blokkerer den relativt tette strukturen og den utmerkede korrosjonsmotstanden til ren alumina-keramisk belegg effektivt invasjonen av elektrolytt, noe som forklarer årsaken til den effektive forbedringen av impedansen til alumina-keramisk belegg.
Overflatemorfologi til mwnt-cooh-sdbs, belegg som inneholder 0,2 % grafen og belegg som inneholder 0,2 % mwnt-cooh-sdbs og 0,2 % grafen. Det kan sees at de to beleggene som inneholder grafen i figur 6 (B2 og C2) har en flat struktur, bindingen mellom partiklene i belegget er tett, og aggregatpartiklene er tett pakket inn av lim. Selv om overflaten eroderes av elektrolytt, dannes det færre porekanaler. Etter korrosjon er beleggoverflaten tett, og det er få defektstrukturer. For figur 6 (A1, A2), på grunn av egenskapene til mwnt-cooh-sdbs, er belegget før korrosjon en jevnt fordelt porøs struktur. Etter korrosjon blir porene i den opprinnelige delen smale og lange, og kanalen blir dypere. Sammenlignet med figur 6 (B2, C2) har strukturen flere defekter, noe som er i samsvar med størrelsesfordelingen av beleggimpedansverdien oppnådd fra elektrokjemisk korrosjonstest. Det viser at det keramiske belegget av alumina som inneholder grafen, spesielt blandingen av grafen og karbonnanorør, har den beste korrosjonsmotstanden. Dette er fordi strukturen til karbonnanorøret og grafenet effektivt kan blokkere sprekkdiffusjon og beskytte matrisen.
7. Diskusjon og oppsummering
Gjennom korrosjonsmotstandstesten av karbonnanorør og grafentilsetningsstoffer på aluminakeramisk belegg og analysen av overflatemikrostrukturen til belegget, trekkes følgende konklusjoner:
(1) Ved tilsetning av 0,2 % hybridkarbonnanorør + 0,2 % grafenblandet aluminakeramisk belegg økte korrosjonsstrømtettheten fra 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² til 1,536 × 10⁻⁶ A/cm² når korrosjonstiden var 19 timer. Den elektriske impedansen økte fra 11388 Ω til 28079 Ω, og korrosjonsbestandigheten var størst, 46,85 %. Sammenlignet med et rent aluminakeramisk belegg, har komposittbelegget med grafen og karbonnanorør bedre korrosjonsbestandighet.
(2) Med økende nedsenkingstid for elektrolytten, trenger elektrolytten inn i overflaten av belegget/substratet og produserer en metalloksidfilm, noe som hindrer elektrolyttens penetrering i substratet. Den elektriske impedansen avtar først og øker deretter, og korrosjonsmotstanden til det keramiske belegget av rent alumina er dårlig. Strukturen og synergien mellom karbonnanorør og grafen blokkerte den nedadgående penetreringen av elektrolytten. Ved bløtlegging i 19,5 timer ble den elektriske impedansen til belegget som inneholdt nanomaterialer redusert med henholdsvis 22,94 %, 25,60 % og 9,61 %, og beleggets korrosjonsmotstand var god.
(3) På grunn av egenskapene til karbonnanorør har belegget som er tilsatt karbonnanorør alene en jevnt fordelt porøs struktur før korrosjon. Etter korrosjon blir porene i den opprinnelige delen smale og lange, og kanalene blir dypere. Belegget som inneholder grafen har en flat struktur før korrosjon, kombinasjonen mellom partiklene i belegget er tett, og aggregatpartiklene er tett pakket inn av lim. Selv om overflaten eroderes av elektrolytt etter korrosjon, er det få porekanaler, og strukturen er fortsatt tett. Strukturen til karbonnanorør og grafen kan effektivt blokkere sprekkforplantning og beskytte matrisen.
Publisert: 09.03.2022