1. Beläggningsförberedelse
För att underlätta det senare elektrokemiska testet har 30 mm × 4 mm rostfritt stål 304 valts som bas. Polera och ta bort kvarvarande oxidskikt och rostfläckar på substratets yta med sandpapper, lägg dem i en bägare med aceton, behandla fläckarna på substratets yta med ultraljudsrengörare bg-06c från Bangjie Electronics Company i 20 minuter, ta bort slitage från metallsubstratets yta med alkohol och destillerat vatten och torka dem med en blåsmaskin. Därefter framställdes aluminiumoxid (Al2O3), grafen och hybridkolnanorör (mwnt-coohsdbs) i proportionerna (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2) och placerades i en kulkvarn (qm-3sp2 från Nanjing NANDA Instrument Factory) för kulmalning och blandning. Kulkvarnens rotationshastighet ställdes in på 220 varv/min, och kulkvarnen vreds på
Efter kulmalning, ställ in rotationshastigheten för kulmalningstanken till 1/2 växelvis efter att kulmalningen är klar, och ställ in rotationshastigheten för kulmalningstanken till 1/2 växelvis efter att kulmalningen är klar. Det kulmalda keramiska aggregatet och bindemedlet blandas jämnt enligt massfraktionen 1,0 ∶ 0,8. Slutligen erhölls den självhäftande keramiska beläggningen genom härdningsprocess.
2. Korrosionstest
I denna studie använder sig det elektrokemiska korrosionstestet av en Shanghai Chenhua chi660e elektrokemisk arbetsstation, och testet använder ett testsystem med tre elektroder. Platinaelektroden är hjälpelektroden, silver-silverkloridelektroden är referenselektroden och det belagda provet är arbetselektroden, med en effektiv exponeringsyta på 1 cm2. Anslut referenselektroden, arbetselektroden och hjälpelektroden i elektrolytcellen till instrumentet, såsom visas i figur 1 och 2. Innan testet, blötlägg provet i elektrolyten, som är en 3,5 % NaCl-lösning.
3. Tabellanalys av elektrokemisk korrosion av beläggningar
Figur 3 visar Tafel-kurvan för obelagt substrat och keramisk beläggning belagd med olika nanotillsatser efter elektrokemisk korrosion i 19 timmar. Data för korrosionsspänning, korrosionsströmtäthet och elektrisk impedanstest erhållna från elektrokemiskt korrosionstest visas i tabell 1.
Överlämna
När korrosionsströmtätheten är mindre och korrosionsbeständighetseffektiviteten är högre, är beläggningens korrosionsbeständighetseffekt bättre. Det framgår av figur 3 och tabell 1 att när korrosionstiden är 19 timmar är den maximala korrosionsspänningen för den barmetalliska matrisen -0,680 V, och matrisens korrosionsströmtäthet är också störst och når 2,890 × 10⁻⁶ A/cm². Vid beläggning med ren aluminiumoxidkeramikbeläggning minskade korrosionsströmtätheten till 78 % och PE var 22,01 %. Det visar att den keramiska beläggningen spelar en bättre skyddande roll och kan förbättra beläggningens korrosionsbeständighet i neutral elektrolyt.
När 0,2 % mwnt-cooh-sdbs eller 0,2 % grafen tillsattes beläggningen minskade korrosionsströmtätheten, resistansen ökade och beläggningens korrosionsbeständighet förbättrades ytterligare, med PE på 38,48 % respektive 40,10 %. När ytan beläggs med 0,2 % mwnt-cooh-sdbs och 0,2 % grafen blandad aluminiumoxidbeläggning minskar korrosionsströmmen ytterligare från 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² ner till 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², det maximala resistansvärdet ökar från 11388 Ω till 28079 Ω, och beläggningens PE kan nå 46,85 %. Det visar att den framställda målprodukten har god korrosionsbeständighet, och den synergistiska effekten av kolnanorör och grafen kan effektivt förbättra korrosionsbeständigheten hos den keramiska beläggningen.
4. Effekt av blötläggningstid på beläggningsimpedans
För att ytterligare undersöka beläggningens korrosionsbeständighet, med beaktande av inverkan av provets nedsänkningstid i elektrolyten på testet, erhålls förändringskurvorna för resistansen hos de fyra beläggningarna vid olika nedsänkningstider, såsom visas i figur 4.
Överlämna
I det inledande skedet av nedsänkningen (10 timmar) är det svårt att sänka ner elektrolyten i beläggningen på grund av beläggningens goda densitet och struktur. Vid denna tidpunkt uppvisar den keramiska beläggningen hög resistans. Efter en tids blötläggning minskar resistansen avsevärt, eftersom elektrolyten med tiden gradvis bildar en korrosionskanal genom porerna och sprickorna i beläggningen och tränger in i matrisen, vilket resulterar i en betydande minskning av beläggningens resistans.
I det andra steget, när korrosionsprodukterna ökar till en viss mängd, blockeras diffusionen och gapet blockeras gradvis. Samtidigt, när elektrolyten penetrerar in i bindningsgränssnittet mellan det bindande bottenskiktet/matrisen, kommer vattenmolekylerna att reagera med Fe-elementet i matrisen vid beläggnings-/matrisövergången för att producera en tunn metalloxidfilm, vilket hindrar elektrolytens penetration in i matrisen och ökar resistansvärdet. När den bara metallmatrisen korroderas elektrokemiskt produceras det mesta av den gröna flockulerande utfällningen vid botten av elektrolyten. Den elektrolytiska lösningen ändrade inte färg vid elektrolys av det belagda provet, vilket kan bevisa förekomsten av ovanstående kemiska reaktion.
På grund av den korta blötläggningstiden och stora externa påverkansfaktorer, för att ytterligare erhålla ett exakt förändringsförhållande mellan elektrokemiska parametrar, analyseras Tafel-kurvorna för 19 timmar och 19,5 timmar. Korrosionsströmtätheten och resistansen som erhållits med zsimpwin-analysprogramvara visas i tabell 2. Det kan konstateras att vid blötläggning i 19 timmar, jämfört med det bara substratet, är korrosionsströmtätheten för ren aluminiumoxid och aluminiumoxidkompositbeläggning innehållande nanotillsatsmaterial mindre och resistansvärdet är större. Resistansvärdet för keramisk beläggning innehållande kolnanorör och beläggning innehållande grafen är nästan detsamma, medan beläggningsstrukturen med kolnanorör och grafenkompositmaterial förbättras avsevärt. Detta beror på att den synergistiska effekten av endimensionella kolnanorör och tvådimensionell grafen förbättrar materialets korrosionsbeständighet.
Med ökande nedsänkningstid (19,5 timmar) ökar resistansen hos det bara substratet, vilket indikerar att det befinner sig i det andra korrosionsstadiet och att en metalloxidfilm bildas på substratets yta. På liknande sätt ökar resistansen hos den ren aluminiumoxidkeramiska beläggningen med ökande tid, vilket indikerar att elektrolyten vid denna tidpunkt, även om den keramiska beläggningen har en långsammare effekt, har penetrerat bindningsgränssnittet mellan beläggning/matris och bildat en oxidfilm genom kemisk reaktion.
Jämfört med aluminiumoxidbeläggningen innehållande 0,2 % mwnt-cooh-sdbs, aluminiumoxidbeläggningen innehållande 0,2 % grafen och aluminiumoxidbeläggningen innehållande 0,2 % mwnt-cooh-sdbs och 0,2 % grafen, minskade beläggningsresistansen avsevärt med tiden, med 22,94 %, 25,60 % respektive 9,61 %, vilket indikerar att elektrolyten inte trängde in i fogen mellan beläggningen och substratet vid denna tidpunkt. Detta beror på att strukturen hos kolnanorör och grafen blockerar den nedåtgående penetrationen av elektrolyt och därmed skyddar matrisen. Den synergistiska effekten av de två verifieras ytterligare. Beläggningen som innehåller två nanomaterial har bättre korrosionsbeständighet.
Genom Tafel-kurvan och förändringskurvan för det elektriska impedansvärdet har man funnit att aluminiumoxidkeramikbeläggningen med grafen, kolnanorör och deras blandningar kan förbättra korrosionsbeständigheten hos metallmatrisen, och den synergistiska effekten av de två kan ytterligare förbättra korrosionsbeständigheten hos den självhäftande keramiska beläggningen. För att ytterligare undersöka effekten av nanotillsatser på beläggningens korrosionsbeständighet observerades beläggningens mikroytor efter korrosion.
Överlämna
Figur 5 (A1, A2, B1, B2) visar ytmorfologin hos exponerat 304 rostfritt stål och belagd ren aluminiumoxidkeramik vid olika förstoringsgrader efter korrosion. Figur 5 (A2) visar att ytan blir grov efter korrosion. För det bara substratet uppstår flera stora korrosionsgropar på ytan efter nedsänkning i elektrolyt, vilket indikerar att korrosionsbeständigheten hos den bara metallmatrisen är dålig och att elektrolyten lätt tränger in i matrisen. För ren aluminiumoxidkeramikbeläggning, som visas i figur 5 (B2), även om porösa korrosionskanaler genereras efter korrosion, blockerar den relativt täta strukturen och den utmärkta korrosionsbeständigheten hos ren aluminiumoxidkeramikbeläggning effektivt invasionen av elektrolyt, vilket förklarar orsaken till den effektiva förbättringen av impedansen hos aluminiumoxidkeramikbeläggningen.
Överlämna
Ytmorfologin hos mwnt-cooh-sdbs, beläggningar innehållande 0,2 % grafen och beläggningar innehållande 0,2 % mwnt-cooh-sdbs och 0,2 % grafen. Det framgår att de två beläggningarna som innehåller grafen i figur 6 (B2 och C2) har en platt struktur, bindningen mellan partiklarna i beläggningen är tät och de aggregerade partiklarna är tätt omslutna av lim. Även om ytan eroderas av elektrolyt bildas färre porkanaler. Efter korrosion är beläggningsytan tät och det finns få defektstrukturer. För figur 6 (A1, A2), på grund av egenskaperna hos mwnt-cooh-sdbs, är beläggningen före korrosion en jämnt fördelad porös struktur. Efter korrosion blir porerna i den ursprungliga delen smala och långa, och kanalen blir djupare. Jämfört med figur 6 (B2, C2) har strukturen fler defekter, vilket överensstämmer med storleksfördelningen av beläggningsimpedansvärdet erhållet från elektrokemiskt korrosionstest. Det visar att den keramiska beläggningen av aluminiumoxid som innehåller grafen, särskilt blandningen av grafen och kolnanorör, har den bästa korrosionsbeständigheten. Detta beror på att strukturen hos kolnanoröret och grafenet effektivt kan blockera sprickdiffusion och skydda matrisen.
5. Diskussion och sammanfattning
Genom korrosionsbeständighetstestet av kolnanorör och grafentillsatser på aluminiumoxidkeramisk beläggning och analysen av beläggningens ytmikrostruktur dras följande slutsatser:
(1) När korrosionstiden var 19 timmar, och 0,2 % hybridkolnanorör + 0,2 % grafen blandat aluminiumoxidkeramikbeläggning tillsattes, ökade korrosionsströmtätheten från 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² ner till 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², den elektriska impedansen ökade från 11388 Ω till 28079 Ω, och korrosionsbeständighetseffektiviteten var störst, 46,85 %. Jämfört med ren aluminiumoxidkeramikbeläggning har kompositbeläggningen med grafen och kolnanorör bättre korrosionsbeständighet.
(2) Med ökande nedsänkningstid för elektrolyten penetrerar elektrolyten in i fogytan mellan beläggningen/substratet och bildar en metalloxidfilm, vilket hindrar elektrolytens penetration i substratet. Den elektriska impedansen minskar först och ökar sedan, och korrosionsbeständigheten hos ren aluminiumoxidkeramisk beläggning är dålig. Strukturen och synergin mellan kolnanorör och grafen blockerade elektrolytens nedåtgående penetration. Vid blötläggning i 19,5 timmar minskade den elektriska impedansen hos beläggningen som innehåller nanomaterial med 22,94 %, 25,60 % respektive 9,61 %, och beläggningens korrosionsbeständighet var god.
6. Påverkansmekanism för beläggningskorrosionsbeständighet
Genom Tafel-kurvan och förändringskurvan för det elektriska impedansvärdet har man funnit att aluminiumoxidkeramikbeläggningen med grafen, kolnanorör och deras blandningar kan förbättra korrosionsbeständigheten hos metallmatrisen, och den synergistiska effekten av de två kan ytterligare förbättra korrosionsbeständigheten hos den självhäftande keramiska beläggningen. För att ytterligare undersöka effekten av nanotillsatser på beläggningens korrosionsbeständighet observerades beläggningens mikroytor efter korrosion.
Figur 5 (A1, A2, B1, B2) visar ytmorfologin hos exponerat 304 rostfritt stål och belagd ren aluminiumoxidkeramik vid olika förstoringsgrader efter korrosion. Figur 5 (A2) visar att ytan blir grov efter korrosion. För det bara substratet uppstår flera stora korrosionsgropar på ytan efter nedsänkning i elektrolyt, vilket indikerar att korrosionsbeständigheten hos den bara metallmatrisen är dålig och att elektrolyten lätt tränger in i matrisen. För ren aluminiumoxidkeramikbeläggning, som visas i figur 5 (B2), även om porösa korrosionskanaler genereras efter korrosion, blockerar den relativt täta strukturen och den utmärkta korrosionsbeständigheten hos ren aluminiumoxidkeramikbeläggning effektivt invasionen av elektrolyt, vilket förklarar orsaken till den effektiva förbättringen av impedansen hos aluminiumoxidkeramikbeläggningen.
Ytmorfologin hos mwnt-cooh-sdbs, beläggningar innehållande 0,2 % grafen och beläggningar innehållande 0,2 % mwnt-cooh-sdbs och 0,2 % grafen. Det framgår att de två beläggningarna som innehåller grafen i figur 6 (B2 och C2) har en platt struktur, bindningen mellan partiklarna i beläggningen är tät och de aggregerade partiklarna är tätt omslutna av lim. Även om ytan eroderas av elektrolyt bildas färre porkanaler. Efter korrosion är beläggningsytan tät och det finns få defektstrukturer. För figur 6 (A1, A2), på grund av egenskaperna hos mwnt-cooh-sdbs, är beläggningen före korrosion en jämnt fördelad porös struktur. Efter korrosion blir porerna i den ursprungliga delen smala och långa, och kanalen blir djupare. Jämfört med figur 6 (B2, C2) har strukturen fler defekter, vilket överensstämmer med storleksfördelningen av beläggningsimpedansvärdet erhållet från elektrokemiskt korrosionstest. Det visar att den keramiska beläggningen av aluminiumoxid som innehåller grafen, särskilt blandningen av grafen och kolnanorör, har den bästa korrosionsbeständigheten. Detta beror på att strukturen hos kolnanoröret och grafenet effektivt kan blockera sprickdiffusion och skydda matrisen.
7. Diskussion och sammanfattning
Genom korrosionsbeständighetstestet av kolnanorör och grafentillsatser på aluminiumoxidkeramisk beläggning och analysen av beläggningens ytmikrostruktur dras följande slutsatser:
(1) När korrosionstiden var 19 timmar, och 0,2 % hybridkolnanorör + 0,2 % grafen blandat aluminiumoxidkeramikbeläggning tillsattes, ökade korrosionsströmtätheten från 2,890 × 10⁻⁶ A/cm² ner till 1,536 × 10⁻⁶ A/cm², den elektriska impedansen ökade från 11388 Ω till 28079 Ω, och korrosionsbeständighetseffektiviteten var störst, 46,85 %. Jämfört med ren aluminiumoxidkeramikbeläggning har kompositbeläggningen med grafen och kolnanorör bättre korrosionsbeständighet.
(2) Med ökande nedsänkningstid för elektrolyten penetrerar elektrolyten in i fogytan mellan beläggningen/substratet och bildar en metalloxidfilm, vilket hindrar elektrolytens penetration i substratet. Den elektriska impedansen minskar först och ökar sedan, och korrosionsbeständigheten hos ren aluminiumoxidkeramisk beläggning är dålig. Strukturen och synergin mellan kolnanorör och grafen blockerade elektrolytens nedåtgående penetration. Vid blötläggning i 19,5 timmar minskade den elektriska impedansen hos beläggningen som innehåller nanomaterial med 22,94 %, 25,60 % respektive 9,61 %, och beläggningens korrosionsbeständighet var god.
(3) På grund av egenskaperna hos kolnanorör har beläggningen som tillsätts enbart med kolnanorör en jämnt fördelad porös struktur före korrosion. Efter korrosion blir porerna i den ursprungliga delen smala och långa, och kanalerna blir djupare. Beläggningen som innehåller grafen har en platt struktur före korrosion, kombinationen mellan partiklarna i beläggningen är tät, och de aggregerade partiklarna är tätt omslutna av lim. Även om ytan eroderas av elektrolyt efter korrosion, finns det få porkanaler och strukturen är fortfarande tät. Strukturen hos kolnanorör och grafen kan effektivt blockera sprickutbredning och skydda matrisen.
Publiceringstid: 9 mars 2022