1. Preparação do revestimento
Para facilitar o teste eletroquímico posterior, foi selecionado aço inoxidável 304 de 30 mm x 4 mm como base. Lixe e remova a camada residual de óxido e manchas de ferrugem da superfície do substrato com lixa, coloque-as em um recipiente com acetona, trate as manchas na superfície do substrato com o limpador ultrassônico BG-06C da Bangjie Electronics Company por 20 minutos, remova os resíduos de desgaste da superfície do substrato metálico com álcool e água destilada e seque-as com um soprador. Em seguida, alumina (Al2O3), grafeno e nanotubo de carbono híbrido (mwnt-coohsdbs) foram preparados em proporções (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) e colocados em um moinho de bolas (qm-3sp2 da fábrica de instrumentos Nanjing NANDA) para moagem e mistura. A velocidade de rotação do moinho de bolas foi ajustada para 220 R/min, e o moinho de bolas foi girado para
Após a moagem de bolas, ajuste a velocidade de rotação do tanque de moagem de bolas para 1/2 alternadamente após a moagem de bolas ser concluída, e ajuste a velocidade de rotação do tanque de moagem de bolas para 1/2 alternadamente após a moagem de bolas ser concluída. O agregado cerâmico moído de bolas e o ligante são misturados uniformemente de acordo com a fração mássica de 1,0 ∶ 0,8. Finalmente, o revestimento cerâmico adesivo é obtido pelo processo de cura.
2. Teste de corrosão
Neste estudo, o teste de corrosão eletroquímica utiliza a estação de trabalho eletroquímica Shanghai Chenhua chi660e, e o teste utiliza um sistema de teste com três eletrodos. O eletrodo de platina é o eletrodo auxiliar, o eletrodo de cloreto de prata é o eletrodo de referência e a amostra revestida é o eletrodo de trabalho, com uma área de exposição efetiva de 1 cm². Conecte o eletrodo de referência, o eletrodo de trabalho e o eletrodo auxiliar na célula eletrolítica com o instrumento, conforme mostrado nas Figuras 1 e 2. Antes do teste, mergulhe a amostra no eletrólito, que é uma solução de NaCl a 3,5%.
3. Análise Tafel da corrosão eletroquímica de revestimentos
A Figura 3 mostra a curva de Tafel do substrato não revestido e do revestimento cerâmico revestido com diferentes nanoaditivos após corrosão eletroquímica por 19 h. Os dados de tensão de corrosão, densidade de corrente de corrosão e impedância elétrica obtidos no ensaio de corrosão eletroquímica são apresentados na Tabela 1.
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Quando a densidade de corrente de corrosão é menor e a eficiência de resistência à corrosão é maior, o efeito de resistência à corrosão do revestimento é melhor. Pode-se observar na Figura 3 e na Tabela 1 que, quando o tempo de corrosão é de 19 horas, a tensão máxima de corrosão da matriz metálica nua é de -0,680 V, e a densidade de corrente de corrosão da matriz também é a maior, atingindo 2,890 × 10-6 A/cm². Quando revestido com revestimento cerâmico de alumina pura, a densidade de corrente de corrosão diminuiu para 78% e o PE foi de 22,01%. Isso demonstra que o revestimento cerâmico desempenha um melhor papel protetor e pode melhorar a resistência à corrosão do revestimento em eletrólito neutro.
Quando 0,2% de mwnt-cooh-sdbs ou 0,2% de grafeno foram adicionados ao revestimento, a densidade da corrente de corrosão diminuiu, a resistência aumentou e a resistência à corrosão do revestimento foi ainda mais aprimorada, com PE de 38,48% e 40,10%, respectivamente. Quando a superfície é revestida com 0,2% de mwnt-cooh-sdbs e 0,2% de grafeno misturado com alumina, a corrente de corrosão é ainda mais reduzida de 2,890 × 10-6 A/cm² para 1,536 × 10-6 A/cm², o valor máximo de resistência aumentou de 11388 Ω para 28079 Ω, e o PE do revestimento pode atingir 46,85%. Isso demonstra que o produto alvo preparado possui boa resistência à corrosão, e o efeito sinérgico dos nanotubos de carbono e do grafeno pode efetivamente melhorar a resistência à corrosão do revestimento cerâmico.
4. Efeito do tempo de imersão na impedância do revestimento
Para explorar melhor a resistência à corrosão do revestimento, considerando a influência do tempo de imersão da amostra no eletrólito no ensaio, foram obtidas as curvas de variação da resistência dos quatro revestimentos em diferentes tempos de imersão, conforme Figura 4.
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No estágio inicial de imersão (10 h), devido à boa densidade e estrutura do revestimento, o eletrólito é difícil de ser imerso no revestimento. Nesse momento, o revestimento cerâmico apresenta alta resistência. Após um período de imersão, a resistência diminui significativamente, pois, com o passar do tempo, o eletrólito forma gradualmente um canal de corrosão através dos poros e fissuras do revestimento e penetra na matriz, resultando em uma redução significativa na resistência do revestimento.
No segundo estágio, quando os produtos de corrosão atingem um determinado nível, a difusão é bloqueada e a lacuna é gradualmente bloqueada. Ao mesmo tempo, quando o eletrólito penetra na interface de ligação da camada inferior/matriz de ligação, as moléculas de água reagem com o elemento Fe na matriz na junção revestimento/matriz, produzindo uma fina película de óxido metálico, que dificulta a penetração do eletrólito na matriz e aumenta o valor da resistência. Quando a matriz metálica nua é corroída eletroquimicamente, a maior parte da precipitação floculante verde é produzida na base do eletrólito. A solução eletrolítica não mudou de cor durante a eletrólise da amostra revestida, o que pode comprovar a existência da reação química acima.
Devido ao curto tempo de imersão e aos grandes fatores de influência externa, a fim de obter ainda mais a relação precisa de mudança dos parâmetros eletroquímicos, as curvas de Tafel de 19 h e 19,5 h são analisadas. A densidade de corrente de corrosão e a resistência obtidas pelo software de análise zsimpwin são mostradas na Tabela 2. Pode-se verificar que, quando embebido por 19 h, em comparação com o substrato nu, a densidade de corrente de corrosão da alumina pura e do revestimento composto de alumina contendo materiais nanoaditivos são menores e o valor da resistência é maior. O valor da resistência do revestimento cerâmico contendo nanotubos de carbono e do revestimento contendo grafeno é quase o mesmo, enquanto a estrutura do revestimento com nanotubos de carbono e materiais compostos de grafeno é significativamente melhorada. Isso ocorre porque o efeito sinérgico dos nanotubos de carbono unidimensionais e do grafeno bidimensional melhora a resistência à corrosão do material.
Com o aumento do tempo de imersão (19,5 h), a resistência do substrato descoberto aumenta, indicando que se encontra no segundo estágio de corrosão, com a formação de uma película de óxido metálico na superfície do substrato. Da mesma forma, com o aumento do tempo, a resistência do revestimento cerâmico de alumina pura também aumenta, indicando que, nesse momento, embora haja o efeito de desaceleração do revestimento cerâmico, o eletrólito penetrou na interface de ligação revestimento/matriz e produziu uma película de óxido por meio de reação química.
Comparado com o revestimento de alumina contendo 0,2% de mwnt-cooh-sdbs, o revestimento de alumina contendo 0,2% de grafeno e o revestimento de alumina contendo 0,2% de mwnt-cooh-sdbs e 0,2% de grafeno, a resistência do revestimento diminuiu significativamente com o aumento do tempo, diminuindo em 22,94%, 25,60% e 9,61%, respectivamente, indicando que o eletrólito não penetrou na junta entre o revestimento e o substrato neste momento. Isso ocorre porque a estrutura dos nanotubos de carbono e do grafeno bloqueia a penetração descendente do eletrólito, protegendo assim a matriz. O efeito sinérgico dos dois é ainda mais verificado. O revestimento contendo dois nanomateriais tem melhor resistência à corrosão.
Por meio da curva de Tafel e da curva de variação do valor da impedância elétrica, constatou-se que o revestimento cerâmico de alumina com grafeno, nanotubos de carbono e sua mistura pode melhorar a resistência à corrosão da matriz metálica, e o efeito sinérgico dos dois pode aumentar ainda mais a resistência à corrosão do revestimento cerâmico adesivo. Para explorar melhor o efeito dos nanoaditivos na resistência à corrosão do revestimento, observou-se a morfologia da microsuperfície do revestimento após a corrosão.
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A Figura 5 (A1, A2, B1, B2) mostra a morfologia da superfície do aço inoxidável 304 exposto e da cerâmica de alumina pura revestida em diferentes ampliações após a corrosão. A Figura 5 (A2) mostra que a superfície após a corrosão torna-se rugosa. Para o substrato descoberto, vários grandes pontos de corrosão aparecem na superfície após a imersão em eletrólito, indicando que a resistência à corrosão da matriz metálica descoberta é baixa e o eletrólito é fácil de penetrar na matriz. Para o revestimento cerâmico de alumina pura, como mostrado na Figura 5 (B2), embora canais de corrosão porosos sejam gerados após a corrosão, a estrutura relativamente densa e a excelente resistência à corrosão do revestimento cerâmico de alumina pura bloqueiam efetivamente a invasão do eletrólito, o que explica a razão para a melhoria efetiva da impedância do revestimento cerâmico de alumina.
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Morfologia da superfície de mwnt-cooh-sdbs, revestimentos contendo 0,2% de grafeno e revestimentos contendo 0,2% de mwnt-cooh-sdbs e 0,2% de grafeno. Pode-se observar que os dois revestimentos contendo grafeno na Figura 6 (B2 e C2) apresentam estrutura plana, a ligação entre as partículas no revestimento é firme e as partículas agregadas são firmemente envolvidas pelo adesivo. Embora a superfície seja erodida pelo eletrólito, menos canais de poros são formados. Após a corrosão, a superfície do revestimento é densa e há poucas estruturas defeituosas. Para a Figura 6 (A1, A2), devido às características de mwnt-cooh-sdbs, o revestimento antes da corrosão é uma estrutura porosa uniformemente distribuída. Após a corrosão, os poros da peça original tornam-se estreitos e longos, e o canal torna-se mais profundo. Comparado com a Figura 6 (B2, C2), a estrutura apresenta mais defeitos, o que é consistente com a distribuição de tamanho do valor de impedância do revestimento obtido no teste de corrosão eletroquímica. Isso demonstra que o revestimento cerâmico de alumina contendo grafeno, especialmente a mistura de grafeno e nanotubo de carbono, apresenta a melhor resistência à corrosão. Isso ocorre porque a estrutura do nanotubo de carbono e do grafeno pode bloquear eficazmente a difusão de trincas e proteger a matriz.
5. Discussão e resumo
Por meio do teste de resistência à corrosão de nanotubos de carbono e aditivos de grafeno em revestimento cerâmico de alumina e da análise da microestrutura superficial do revestimento, as seguintes conclusões foram tiradas:
(1) Quando o tempo de corrosão foi de 19 h, com a adição de 0,2% de nanotubo de carbono híbrido + 0,2% de revestimento cerâmico de alumina com material misto de grafeno, a densidade de corrente de corrosão aumentou de 2,890 × 10-6 A/cm² para 1,536 × 10-6 A/cm², a impedância elétrica aumentou de 11388 Ω para 28079 Ω, e a eficiência de resistência à corrosão foi a maior, 46,85%. Comparado ao revestimento cerâmico de alumina pura, o revestimento composto com grafeno e nanotubos de carbono apresentou melhor resistência à corrosão.
(2) Com o aumento do tempo de imersão do eletrólito, este penetra na superfície da junção revestimento/substrato, formando uma película de óxido metálico, que dificulta a penetração do eletrólito no substrato. A impedância elétrica inicialmente diminui e depois aumenta, resultando em baixa resistência à corrosão do revestimento cerâmico de alumina pura. A estrutura e a sinergia dos nanotubos de carbono e do grafeno bloquearam a penetração descendente do eletrólito. Após imersão por 19,5 h, a impedância elétrica do revestimento contendo nanomateriais diminuiu 22,94%, 25,60% e 9,61%, respectivamente, e a resistência à corrosão do revestimento foi boa.
6. Mecanismo de influência da resistência à corrosão do revestimento
Por meio da curva de Tafel e da curva de variação do valor da impedância elétrica, constatou-se que o revestimento cerâmico de alumina com grafeno, nanotubos de carbono e sua mistura pode melhorar a resistência à corrosão da matriz metálica, e o efeito sinérgico dos dois pode aumentar ainda mais a resistência à corrosão do revestimento cerâmico adesivo. Para explorar melhor o efeito dos nanoaditivos na resistência à corrosão do revestimento, observou-se a morfologia da microsuperfície do revestimento após a corrosão.
A Figura 5 (A1, A2, B1, B2) mostra a morfologia da superfície do aço inoxidável 304 exposto e da cerâmica de alumina pura revestida em diferentes ampliações após a corrosão. A Figura 5 (A2) mostra que a superfície após a corrosão torna-se rugosa. Para o substrato descoberto, vários grandes pontos de corrosão aparecem na superfície após a imersão em eletrólito, indicando que a resistência à corrosão da matriz metálica descoberta é baixa e o eletrólito é fácil de penetrar na matriz. Para o revestimento cerâmico de alumina pura, como mostrado na Figura 5 (B2), embora canais de corrosão porosos sejam gerados após a corrosão, a estrutura relativamente densa e a excelente resistência à corrosão do revestimento cerâmico de alumina pura bloqueiam efetivamente a invasão do eletrólito, o que explica a razão para a melhoria efetiva da impedância do revestimento cerâmico de alumina.
Morfologia da superfície de mwnt-cooh-sdbs, revestimentos contendo 0,2% de grafeno e revestimentos contendo 0,2% de mwnt-cooh-sdbs e 0,2% de grafeno. Pode-se observar que os dois revestimentos contendo grafeno na Figura 6 (B2 e C2) apresentam estrutura plana, a ligação entre as partículas no revestimento é firme e as partículas agregadas são firmemente envolvidas pelo adesivo. Embora a superfície seja erodida pelo eletrólito, menos canais de poros são formados. Após a corrosão, a superfície do revestimento é densa e há poucas estruturas defeituosas. Para a Figura 6 (A1, A2), devido às características de mwnt-cooh-sdbs, o revestimento antes da corrosão é uma estrutura porosa uniformemente distribuída. Após a corrosão, os poros da peça original tornam-se estreitos e longos, e o canal torna-se mais profundo. Comparado com a Figura 6 (B2, C2), a estrutura apresenta mais defeitos, o que é consistente com a distribuição de tamanho do valor de impedância do revestimento obtido no teste de corrosão eletroquímica. Isso demonstra que o revestimento cerâmico de alumina contendo grafeno, especialmente a mistura de grafeno e nanotubo de carbono, apresenta a melhor resistência à corrosão. Isso ocorre porque a estrutura do nanotubo de carbono e do grafeno pode bloquear eficazmente a difusão de trincas e proteger a matriz.
7. Discussão e resumo
Por meio do teste de resistência à corrosão de nanotubos de carbono e aditivos de grafeno em revestimento cerâmico de alumina e da análise da microestrutura superficial do revestimento, as seguintes conclusões foram tiradas:
(1) Quando o tempo de corrosão foi de 19 h, com a adição de 0,2% de nanotubo de carbono híbrido + 0,2% de revestimento cerâmico de alumina com material misto de grafeno, a densidade de corrente de corrosão aumentou de 2,890 × 10-6 A/cm² para 1,536 × 10-6 A/cm², a impedância elétrica aumentou de 11388 Ω para 28079 Ω, e a eficiência de resistência à corrosão foi a maior, 46,85%. Comparado ao revestimento cerâmico de alumina pura, o revestimento composto com grafeno e nanotubos de carbono apresentou melhor resistência à corrosão.
(2) Com o aumento do tempo de imersão do eletrólito, este penetra na superfície da junção revestimento/substrato, formando uma película de óxido metálico, que dificulta a penetração do eletrólito no substrato. A impedância elétrica inicialmente diminui e depois aumenta, resultando em baixa resistência à corrosão do revestimento cerâmico de alumina pura. A estrutura e a sinergia dos nanotubos de carbono e do grafeno bloquearam a penetração descendente do eletrólito. Após imersão por 19,5 h, a impedância elétrica do revestimento contendo nanomateriais diminuiu 22,94%, 25,60% e 9,61%, respectivamente, e a resistência à corrosão do revestimento foi boa.
(3) Devido às características dos nanotubos de carbono, o revestimento adicionado apenas com nanotubos de carbono apresenta uma estrutura porosa uniformemente distribuída antes da corrosão. Após a corrosão, os poros da peça original tornam-se estreitos e longos, e os canais tornam-se mais profundos. O revestimento contendo grafeno apresenta uma estrutura plana antes da corrosão, a combinação entre as partículas no revestimento é próxima e as partículas agregadas são firmemente envolvidas pelo adesivo. Embora a superfície seja erodida pelo eletrólito após a corrosão, existem poucos canais de poros e a estrutura ainda é densa. A estrutura dos nanotubos de carbono e do grafeno pode bloquear eficazmente a propagação de fissuras e proteger a matriz.
Horário da postagem: 09/03/2022