1. Priprava premaza
Za lažji kasnejši elektrokemijski preizkus je bilo kot osnova izbrano nerjavno jeklo 304 dimenzij 30 mm × 4 mm. Površino substrata smo spolirali in odstranili preostalo oksidno plast ter madeže rje z brusnim papirjem, nato pa smo jih dali v čašo z acetonom, madeže na površini substrata smo 20 minut obdelali z ultrazvočnim čistilcem bg-06c podjetja Bangjie Electronics, ostanke obrabe s površine kovinskega substrata smo odstranili z alkoholom in destilirano vodo ter jih posušili s puhalom. Nato smo pripravili aluminijev oksid (Al2O3), grafen in hibridne ogljikove nanocevke (mwnt-coohsdbs) v razmerju (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) ter jih dali v kroglični mlin (qm-3sp2 iz tovarne instrumentov Nanjing NANDA) za mletje in mešanje. Hitrost vrtenja krogličnega mlina je bila nastavljena na 220 vrt/min, kroglični mlin pa je bil vklopljen na
Po mletju s kroglicami se hitrost vrtenja posode za mletje s kroglicami izmenično nastavi na 1/2 po končanem mletju s kroglicami in hitrost vrtenja posode za mletje s kroglicami izmenično na 1/2 po končanem mletju s kroglicami. Keramični agregat in vezivo, mlet s kroglicami, se enakomerno zmešata glede na masni delež 1,0 ∶ 0,8. Na koncu se s postopkom strjevanja dobi lepilni keramični premaz.
2. Preskus korozije
V tej študiji je bil za elektrokemični korozijski test uporabljena elektrokemijska delovna postaja Shanghai Chenhua chi660e, test pa uporablja trielektrodni testni sistem. Platinasta elektroda je pomožna elektroda, srebrno-srebrokloridna elektroda je referenčna elektroda, prevlečeni vzorec pa je delovna elektroda z efektivno površino izpostavljenosti 1 cm2. Referenčno elektrodo, delovno elektrodo in pomožno elektrodo v elektrolitski celici povežite z instrumentom, kot je prikazano na slikah 1 in 2. Pred preskusom vzorec namočite v elektrolit, ki je 3,5 % raztopina NaCl.
3. Tafelova analiza elektrokemične korozije premazov
Slika 3 prikazuje Tafelovo krivuljo neprevlečene podlage in keramične prevleke, prevlečene z različnimi nano dodatki, po 19-urni elektrokemični koroziji. Podatki o korozijski napetosti, gostoti korozijskega toka in električni impedanci, pridobljeni z elektrokemičnim korozijskim testom, so prikazani v tabeli 1.
Pošlji
Ko je gostota korozijskega toka manjša in je učinkovitost korozijske odpornosti višja, je učinek korozijske odpornosti prevleke boljši. Iz slike 3 in tabele 1 je razvidno, da je pri času korozije 19 ur največja korozijska napetost gole kovinske matrice -0,680 V, gostota korozijskega toka matrice pa je tudi največja in doseže 2,890 × 10-6 A/cm2. Pri prevleki s čisto aluminijevo keramiko se je gostota korozijskega toka zmanjšala na 78 %, PE pa na 22,01 %. To kaže, da ima keramična prevleka boljšo zaščitno vlogo in lahko izboljša korozijsko odpornost prevleke v nevtralnem elektrolitu.
Ko je bilo premazu dodanih 0,2 % mwnt-cooh-sdbs ali 0,2 % grafena, se je gostota korozijskega toka zmanjšala, odpornost povečala in korozijska odpornost premaza se je dodatno izboljšala, s PE 38,48 % oziroma 40,10 %. Ko je površina prevlečena z 0,2 % mwnt-cooh-sdbs in 0,2 % grafena, se je korozijski tok dodatno zmanjšal z 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², največja vrednost upornosti pa se je povečala z 11388 Ω na 28079 Ω, PE premaza pa lahko doseže 46,85 %. To kaže, da ima pripravljeni ciljni izdelek dobro korozijsko odpornost, sinergijski učinek ogljikovih nanocevk in grafena pa lahko učinkovito izboljša korozijsko odpornost keramičnega premaza.
4. Vpliv časa namakanja na impedanco premaza
Za nadaljnjo raziskavo korozijske odpornosti prevleke, upoštevajoč vpliv časa potopitve vzorca v elektrolit na preskus, so bile pridobljene krivulje spremembe upornosti štirih prevlek pri različnih časih potopitve, kot je prikazano na sliki 4.
Pošlji
V začetni fazi potopitve (10 ur) je zaradi dobre gostote in strukture prevleke elektrolit težko potopiti vanjo. V tem času keramična prevleka kaže visoko odpornost. Po namakanju za določen čas se odpornost znatno zmanjša, saj elektrolit sčasoma postopoma tvori korozijski kanal skozi pore in razpoke v prevleki ter prodira v matrico, kar povzroči znatno zmanjšanje odpornosti prevleke.
V drugi fazi, ko se količina korozijskih produktov poveča do določene mere, se difuzija blokira in reža se postopoma zamaši. Hkrati, ko elektrolit prodre v vezno površino spodnje vezne plasti/matrike, molekule vode reagirajo z elementom Fe v matrici na stičišču premaza/matrike in tvorijo tanko plast kovinskega oksida, kar ovira prodiranje elektrolita v matrico in poveča vrednost upornosti. Ko je gola kovinska matrica elektrokemično korodirana, se večina zelenih kosmičastih oborin tvori na dnu elektrolita. Elektrolitska raztopina med elektrolizo premazanega vzorca ni spremenila barve, kar lahko dokazuje obstoj zgoraj navedene kemijske reakcije.
Zaradi kratkega časa namakanja in velikih zunanjih vplivnih dejavnikov so bile za dodatno natančno določitev razmerja med spremembami elektrokemijskih parametrov analizirane Tafelove krivulje po 19 urah in 19,5 urah. Gostota korozijskega toka in upornost, dobljena z analitično programsko opremo zsimpwin, sta prikazani v tabeli 2. Ugotovimo lahko, da je pri 19-urnem namakanju gostota korozijskega toka čistega aluminijevega oksida in kompozitnega premaza iz aluminijevega oksida, ki vsebuje nano aditive, manjša, vrednost upornosti pa večja. Vrednost upornosti keramičnega premaza, ki vsebuje ogljikove nanocevke, in premaza, ki vsebuje grafen, je skoraj enaka, medtem ko je struktura premaza z ogljikovimi nanocevkami in grafenskim kompozitnim materialom znatno izboljšana. To je zato, ker sinergijski učinek enodimenzionalnih ogljikovih nanocevk in dvodimenzionalnega grafena izboljša korozijsko odpornost materiala.
Z daljšanjem časa potopitve (19,5 ur) se povečuje odpornost gole podlage, kar kaže na drugo stopnjo korozije in nastanek kovinsko-oksidnega filma na površini podlage. Podobno se z daljšanjem časa povečuje tudi odpornost čiste aluminijeve keramične prevleke, kar kaže na to, da je v tem času, čeprav obstaja upočasnilni učinek keramične prevleke, elektrolit prodrl v vezno površino med prevleko in matrico ter s kemično reakcijo ustvaril oksidni film.
V primerjavi s prevleko iz aluminijevega oksida, ki vsebuje 0,2 % mwnt-cooh-sdbs, prevleko iz aluminijevega oksida, ki vsebuje 0,2 % grafena, in prevleko iz aluminijevega oksida, ki vsebuje 0,2 % mwnt-cooh-sdbs in 0,2 % grafena, se je odpornost prevleke s časom znatno zmanjšala, in sicer za 22,94 %, 25,60 % oziroma 9,61 %, kar kaže, da elektrolit v tem času ni prodrl v spoj med prevleko in podlago. To je zato, ker struktura ogljikovih nanocevk in grafena blokira prodiranje elektrolita navzdol in tako ščiti matrico. Sinergijski učinek obeh je dodatno potrjen. Prevleka, ki vsebuje dva nanomateriala, ima boljšo odpornost proti koroziji.
S pomočjo Tafelove krivulje in krivulje spremembe vrednosti električne impedance je bilo ugotovljeno, da lahko aluminijeva keramična prevleka z grafenom, ogljikovimi nanocevkami in njihovo mešanico izboljša korozijsko odpornost kovinske matrice, sinergijski učinek obeh pa lahko dodatno izboljša korozijsko odpornost adhezivne keramične prevleke. Za nadaljnjo raziskavo vpliva nanododatkov na korozijsko odpornost prevleke je bila opazovana mikropovršinska morfologija prevleke po koroziji.
Pošlji
Slika 5 (A1, A2, B1, B2) prikazuje površinsko morfologijo izpostavljenega nerjavečega jekla 304 in prevlečene čiste aluminijeve keramike pri različnih povečavah po koroziji. Slika 5 (A2) kaže, da površina po koroziji postane hrapava. Na goli podlagi se po potopitvi v elektrolit na površini pojavi več velikih korozijskih jamic, kar kaže na slabo korozijsko odpornost gole kovinske matrice in na to, da elektrolit zlahka prodre v matrico. Pri čisti aluminijevi keramični prevleki, kot je prikazano na sliki 5 (B2), čeprav se po koroziji ustvarijo porozni korozijski kanali, relativno gosta struktura in odlična korozijska odpornost čiste aluminijeve keramične prevleke učinkovito blokirata vdor elektrolita, kar pojasnjuje razlog za učinkovito izboljšanje impedance aluminijeve keramične prevleke.
Pošlji
Površinska morfologija mwnt-cooh-sdbs, premazov, ki vsebujejo 0,2 % grafena, in premazov, ki vsebujejo 0,2 % mwnt-cooh-sdbs in 0,2 % grafena. Vidimo lahko, da imata premaza, ki vsebujeta grafen na sliki 6 (B2 in C2), ravno strukturo, vez med delci v premazu je tesna, agregatni delci pa so tesno oviti z lepilom. Čeprav površino erodira elektrolit, se tvori manj kanalov por. Po koroziji je površina premaza gosta in je malo struktur z napakami. Na sliki 6 (A1, A2) je zaradi značilnosti mwnt-cooh-sdbs premaz pred korozijo enakomerno porazdeljena porozna struktura. Po koroziji postanejo pore prvotnega dela ozke in dolge, kanal pa globlji. V primerjavi s sliko 6 (B2, C2) ima struktura več napak, kar je skladno z porazdelitvijo velikosti vrednosti impedance premaza, pridobljene z elektrokemičnim korozijskim testom. Pokazalo se je, da ima aluminijev keramični premaz, ki vsebuje grafen, zlasti mešanica grafena in ogljikovih nanocevk, najboljšo odpornost proti koroziji. To je zato, ker lahko struktura ogljikovih nanocevk in grafena učinkovito blokira difuzijo razpok in zaščiti matrico.
5. Razprava in povzetek
S preizkusom korozijske odpornosti ogljikovih nanocevk in grafenskih dodatkov na aluminijevi keramični prevleki ter analizo površinske mikrostrukture prevleke so bili sprejeti naslednji sklepi:
(1) Ko je bil čas korozije 19 ur, se je z dodatkom 0,2 % hibridne ogljikove nanocevke + 0,2 % mešanice grafena in aluminijeve oksidne keramike gostota korozijskega toka povečala z 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², električna impedanca se je povečala z 11388 Ω na 28079 Ω, učinkovitost korozijske odpornosti pa je bila največja, 46,85 %. V primerjavi s čisto aluminijevo keramično prevleko ima kompozitna prevleka z grafenom in ogljikovimi nanocevkami boljšo korozijsko odpornost.
(2) Z daljšanjem časa potopitve elektrolita elektrolit prodre v spojno površino premaza/substrata in ustvari kovinsko-oksidni film, ki ovira prodiranje elektrolita v substrat. Električna impedanca se najprej zmanjša, nato pa poveča, korozijska odpornost čiste aluminijeve keramične prevleke pa je slaba. Struktura in sinergija ogljikovih nanocevk in grafena preprečujeta prodiranje elektrolita navzdol. Po 19,5 urah namakanja se je električna impedanca prevleke, ki vsebuje nanomateriale, zmanjšala za 22,94 %, 25,60 % oziroma 9,61 %, korozijska odpornost prevleke pa je bila dobra.
6. Mehanizem vpliva na odpornost premaza proti koroziji
S pomočjo Tafelove krivulje in krivulje spremembe vrednosti električne impedance je bilo ugotovljeno, da lahko aluminijeva keramična prevleka z grafenom, ogljikovimi nanocevkami in njihovo mešanico izboljša korozijsko odpornost kovinske matrice, sinergijski učinek obeh pa lahko dodatno izboljša korozijsko odpornost adhezivne keramične prevleke. Za nadaljnjo raziskavo vpliva nanododatkov na korozijsko odpornost prevleke je bila opazovana mikropovršinska morfologija prevleke po koroziji.
Slika 5 (A1, A2, B1, B2) prikazuje površinsko morfologijo izpostavljenega nerjavečega jekla 304 in prevlečene čiste aluminijeve keramike pri različnih povečavah po koroziji. Slika 5 (A2) kaže, da površina po koroziji postane hrapava. Na goli podlagi se po potopitvi v elektrolit na površini pojavi več velikih korozijskih jamic, kar kaže na slabo korozijsko odpornost gole kovinske matrice in na to, da elektrolit zlahka prodre v matrico. Pri čisti aluminijevi keramični prevleki, kot je prikazano na sliki 5 (B2), čeprav se po koroziji ustvarijo porozni korozijski kanali, relativno gosta struktura in odlična korozijska odpornost čiste aluminijeve keramične prevleke učinkovito blokirata vdor elektrolita, kar pojasnjuje razlog za učinkovito izboljšanje impedance aluminijeve keramične prevleke.
Površinska morfologija mwnt-cooh-sdbs, premazov, ki vsebujejo 0,2 % grafena, in premazov, ki vsebujejo 0,2 % mwnt-cooh-sdbs in 0,2 % grafena. Vidimo lahko, da imata premaza, ki vsebujeta grafen na sliki 6 (B2 in C2), ravno strukturo, vez med delci v premazu je tesna, agregatni delci pa so tesno oviti z lepilom. Čeprav površino erodira elektrolit, se tvori manj kanalov por. Po koroziji je površina premaza gosta in je malo struktur z napakami. Na sliki 6 (A1, A2) je zaradi značilnosti mwnt-cooh-sdbs premaz pred korozijo enakomerno porazdeljena porozna struktura. Po koroziji postanejo pore prvotnega dela ozke in dolge, kanal pa globlji. V primerjavi s sliko 6 (B2, C2) ima struktura več napak, kar je skladno z porazdelitvijo velikosti vrednosti impedance premaza, pridobljene z elektrokemičnim korozijskim testom. Pokazalo se je, da ima aluminijev keramični premaz, ki vsebuje grafen, zlasti mešanica grafena in ogljikovih nanocevk, najboljšo odpornost proti koroziji. To je zato, ker lahko struktura ogljikovih nanocevk in grafena učinkovito blokira difuzijo razpok in zaščiti matrico.
7. Razprava in povzetek
S preizkusom korozijske odpornosti ogljikovih nanocevk in grafenskih dodatkov na aluminijevi keramični prevleki ter analizo površinske mikrostrukture prevleke so bili sprejeti naslednji sklepi:
(1) Ko je bil čas korozije 19 ur, se je z dodatkom 0,2 % hibridne ogljikove nanocevke + 0,2 % mešanice grafena in aluminijeve oksidne keramike gostota korozijskega toka povečala z 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² na 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², električna impedanca se je povečala z 11388 Ω na 28079 Ω, učinkovitost korozijske odpornosti pa je bila največja, 46,85 %. V primerjavi s čisto aluminijevo keramično prevleko ima kompozitna prevleka z grafenom in ogljikovimi nanocevkami boljšo korozijsko odpornost.
(2) Z daljšanjem časa potopitve elektrolita elektrolit prodre v spojno površino premaza/substrata in ustvari kovinsko-oksidni film, ki ovira prodiranje elektrolita v substrat. Električna impedanca se najprej zmanjša, nato pa poveča, korozijska odpornost čiste aluminijeve keramične prevleke pa je slaba. Struktura in sinergija ogljikovih nanocevk in grafena preprečujeta prodiranje elektrolita navzdol. Po 19,5 urah namakanja se je električna impedanca prevleke, ki vsebuje nanomateriale, zmanjšala za 22,94 %, 25,60 % oziroma 9,61 %, korozijska odpornost prevleke pa je bila dobra.
(3) Zaradi značilnosti ogljikovih nanocevk ima premaz, ki je dodan samo iz ogljikovih nanocevk, pred korozijo enakomerno porazdeljeno porozno strukturo. Po koroziji se pore prvotnega dela zožijo in podaljšajo, kanali pa postanejo globlji. Premaz, ki vsebuje grafen, ima pred korozijo ravno strukturo, kombinacija delcev v premazu je tesna, agregatni delci pa so tesno oviti z lepilom. Čeprav površino po koroziji erodira elektrolit, je malo kanalov s porami in struktura je še vedno gosta. Struktura ogljikovih nanocevk in grafena lahko učinkovito blokira širjenje razpok in zaščiti matrico.
Čas objave: 9. marec 2022