1. Paghahanda ng patong
Upang mapadali ang susunod na electrochemical test, napili ang 30mm × 4 mm 304 stainless steel bilang base. Pakinisin at tanggalin ang natitirang oxide layer at mga kalawang sa ibabaw ng substrate gamit ang papel de liha, ilagay ang mga ito sa isang beaker na naglalaman ng acetone, gamutin ang mga mantsa sa ibabaw ng substrate gamit ang bg-06c ultrasonic cleaner ng Bangjie electronics company sa loob ng 20 minuto, tanggalin ang mga dumi sa ibabaw ng metal substrate gamit ang alkohol at distilled water, at patuyuin ang mga ito gamit ang blower. Pagkatapos, ang alumina (Al2O3), graphene at hybrid carbon nanotube (mwnt-coohsdbs) ay inihanda nang proporsyonal (100: 0: 0, 99.8: 0.2: 0, 99.8: 0: 0.2, 99.6: 0.2: 0.2), at ilagay sa isang ball mill (qm-3sp2 ng Nanjing NANDA instrument factory) para sa ball milling at paghahalo. Ang bilis ng pag-ikot ng ball mill ay itinakda sa 220 R/min, at ang ball mill ay pinaikot sa
Pagkatapos ng ball milling, itakda ang bilis ng pag-ikot ng tangke ng ball milling sa 1/2 nang salitan pagkatapos makumpleto ang ball milling, at itakda ang bilis ng pag-ikot ng tangke ng ball milling sa 1/2 nang salitan pagkatapos makumpleto ang ball milling. Ang ball milled ceramic aggregate at binder ay hinahalo nang pantay ayon sa mass fraction na 1.0 ∶ 0.8. Panghuli, ang adhesive ceramic coating ay nakuha sa pamamagitan ng proseso ng pagpapatigas.
2. Pagsubok sa kalawang
Sa pag-aaral na ito, ang electrochemical corrosion test ay gumagamit ng Shanghai Chenhua chi660e electrochemical workstation, at ang pagsubok ay gumagamit ng three-electrode test system. Ang platinum electrode ay ang auxiliary electrode, ang silver silver chloride electrode ay ang reference electrode, at ang coated sample ay ang working electrode, na may effective exposure area na 1cm2. Ikonekta ang reference electrode, working electrode, at auxiliary electrode sa electrolytic cell kasama ang instrumento, gaya ng ipinapakita sa Figures 1 at 2. Bago ang pagsubok, ibabad ang sample sa electrolyte, na isang 3.5% NaCl solution.
3. Pagsusuri ng Tafel ng electrochemical corrosion ng mga coatings
Ipinapakita ng Fig. 3 ang kurba ng Tafel ng hindi pinahiran na substrate at ceramic coating na pinahiran ng iba't ibang nano additives pagkatapos ng electrochemical corrosion sa loob ng 19 oras. Ang datos ng corrosion voltage, corrosion current density, at electrical impedance test na nakuha mula sa electrochemical corrosion test ay ipinapakita sa Table 1.
Isumite
Kapag mas maliit ang corrosion current density at mas mataas ang corrosion resistance efficiency, mas mainam ang corrosion resistance effect ng coating. Makikita mula sa Figure 3 at table 1 na kapag ang corrosion time ay 19h, ang maximum corrosion voltage ng bare metal matrix ay -0.680 V, at ang corrosion current density ng matrix ay pinakamalaki rin, na umaabot sa 2.890 × 10-6 A/cm2. Kapag pinahiran ng purong alumina ceramic coating, ang corrosion current density ay bumaba sa 78% at ang PE ay 22.01%. Ipinapakita nito na ang ceramic coating ay gumaganap ng mas mahusay na proteksiyon na papel at maaaring mapabuti ang corrosion resistance ng coating sa neutral electrolyte.
Nang idagdag ang 0.2% mwnt-cooh-sdbs o 0.2% graphene sa patong, bumaba ang corrosion current density, tumaas ang resistance, at lalong bumuti ang corrosion resistance ng patong, na may PE na 38.48% at 40.10% ayon sa pagkakabanggit. Kapag ang ibabaw ay binalutan ng 0.2% mwnt-cooh-sdbs at 0.2% graphene mixed alumina coating, ang corrosion current ay lalong nabawasan mula 2.890 × 10-6 A / cm2 pababa sa 1.536 × 10-6 A / cm2, ang maximum resistance value ay tumaas mula 11388 Ω hanggang 28079 Ω, at ang PE ng patong ay maaaring umabot sa 46.85%. Ipinapakita nito na ang inihandang target na produkto ay may mahusay na corrosion resistance, at ang synergistic effect ng carbon nanotubes at graphene ay maaaring epektibong mapabuti ang corrosion resistance ng ceramic coating.
4. Epekto ng oras ng pagbababad sa impedance ng patong
Upang higit pang masuri ang resistensya sa kalawang ng patong, isinasaalang-alang ang impluwensya ng oras ng paglulubog ng sample sa electrolyte sa pagsubok, kinukuha ang mga kurba ng pagbabago ng resistensya ng apat na patong sa iba't ibang oras ng paglulubog, gaya ng ipinapakita sa Figure 4.
Isumite
Sa unang yugto ng paglulubog (10 oras), dahil sa mahusay na densidad at istruktura ng patong, mahirap ilubog ang electrolyte sa patong. Sa panahong ito, ang ceramic coating ay nagpapakita ng mataas na resistensya. Pagkatapos ibabad nang ilang panahon, ang resistensya ay bumababa nang malaki, dahil sa paglipas ng panahon, ang electrolyte ay unti-unting bumubuo ng isang kanal ng kalawang sa mga butas at bitak sa patong at tumatagos sa matrix, na nagreresulta sa isang makabuluhang pagbaba sa resistensya ng patong.
Sa ikalawang yugto, kapag ang mga produkto ng kalawang ay tumaas sa isang tiyak na dami, ang diffusion ay nahahadlangan at ang puwang ay unti-unting nahahadlangan. Kasabay nito, kapag ang electrolyte ay tumagos sa bonding interface ng bonding bottom layer/matrix, ang mga molekula ng tubig ay magre-react sa Fe element sa matrix sa coating/matrix junction upang makagawa ng manipis na metal oxide film, na humahadlang sa pagtagos ng electrolyte sa matrix at nagpapataas ng resistance value. Kapag ang bare metal matrix ay kinakalawang sa pamamagitan ng electrochemical, karamihan sa berdeng flocculent precipitation ay nalilikha sa ilalim ng electrolyte. Ang electrolytic solution ay hindi nagbago ng kulay noong electrolyzing ang coated sample, na maaaring patunayan ang pagkakaroon ng nabanggit na kemikal na reaksyon.
Dahil sa maikling oras ng pagbababad at malalaking panlabas na impluwensya, upang higit pang makuha ang tumpak na ugnayan ng pagbabago ng mga electrochemical parameter, sinuri ang mga Tafel curve na 19 oras at 19.5 oras. Ang corrosion current density at resistance na nakuha gamit ang zsimpwin analysis software ay ipinapakita sa Table 2. Makikita na kapag ibinabad nang 19 oras, kumpara sa bare substrate, ang corrosion current density ng purong alumina at alumina composite coating na naglalaman ng nano additive materials ay mas maliit at ang resistance value ay mas malaki. Ang resistance value ng ceramic coating na naglalaman ng carbon nanotubes at coating na naglalaman ng graphene ay halos pareho, habang ang coating structure na may carbon nanotubes at graphene composite materials ay lubos na pinahusay. Ito ay dahil ang synergistic effect ng one-dimensional carbon nanotubes at two-dimensional graphene ay nagpapabuti sa corrosion resistance ng materyal.
Kasabay ng pagtaas ng oras ng paglulubog (19.5 oras), tumataas ang resistensya ng hubad na substrate, na nagpapahiwatig na ito ay nasa ikalawang yugto na ng kalawang at nabubuo ang metal oxide film sa ibabaw ng substrate. Katulad nito, kasabay ng pagtaas ng oras, tumataas din ang resistensya ng purong alumina ceramic coating, na nagpapahiwatig na sa oras na ito, bagama't mayroong pagbagal na epekto ng ceramic coating, ang electrolyte ay nakapasok na sa bonding interface ng coating/matrix, at nakabuo ng oxide film sa pamamagitan ng kemikal na reaksyon.
Kung ikukumpara sa alumina coating na naglalaman ng 0.2% mwnt-cooh-sdbs, ang alumina coating na naglalaman ng 0.2% graphene at ang alumina coating na naglalaman ng 0.2% mwnt-cooh-sdbs at 0.2% graphene, ang resistensya ng coating ay bumaba nang malaki sa paglipas ng panahon, na bumaba ng 22.94%, 25.60% at 9.61% ayon sa pagkakabanggit, na nagpapahiwatig na ang electrolyte ay hindi tumagos sa joint sa pagitan ng coating at ng substrate sa oras na ito. Ito ay dahil hinaharangan ng istruktura ng carbon nanotubes at graphene ang pagbaba ng electrolyte pababa, kaya pinoprotektahan ang matrix. Ang synergistic effect ng dalawa ay higit pang napatutunayan. Ang coating na naglalaman ng dalawang nano material ay may mas mahusay na resistensya sa kalawang.
Sa pamamagitan ng kurba ng Tafel at ng kurba ng pagbabago ng halaga ng electrical impedance, natuklasan na ang alumina ceramic coating na may graphene, carbon nanotubes at ang kanilang pinaghalong ay maaaring mapabuti ang resistensya sa kalawang ng metal matrix, at ang synergistic effect ng dalawa ay maaaring higit pang mapabuti ang resistensya sa kalawang ng adhesive ceramic coating. Upang higit pang masuri ang epekto ng mga nano additives sa resistensya sa kalawang ng coating, naobserbahan ang micro surface morphology ng coating pagkatapos ng kalawang.
Isumite
Ipinapakita ng Figure 5 (A1, A2, B1, B2) ang morpolohiya ng ibabaw ng nakalantad na 304 stainless steel at pinahiran ng purong alumina ceramics sa iba't ibang magnification pagkatapos ng kalawang. Ipinapakita ng Figure 5 (A2) na ang ibabaw pagkatapos ng kalawang ay nagiging magaspang. Para sa hubad na substrate, ilang malalaking butas ng kalawang ang lumilitaw sa ibabaw pagkatapos ilubog sa electrolyte, na nagpapahiwatig na ang resistensya sa kalawang ng hubad na metal matrix ay mahina at ang electrolyte ay madaling tumagos sa matrix. Para sa purong alumina ceramic coating, tulad ng ipinapakita sa Figure 5 (B2), bagama't ang mga porous corrosion channel ay nabubuo pagkatapos ng kalawang, ang medyo siksik na istraktura at mahusay na resistensya sa kalawang ng purong alumina ceramic coating ay epektibong humaharang sa pagpasok ng electrolyte, na nagpapaliwanag ng dahilan para sa epektibong pagpapabuti ng impedance ng alumina ceramic coating.
Isumite
Morpolohiya ng ibabaw ng mwnt-cooh-sdbs, mga patong na naglalaman ng 0.2% graphene at mga patong na naglalaman ng 0.2% mwnt-cooh-sdbs at 0.2% graphene. Makikita na ang dalawang patong na naglalaman ng graphene sa Figure 6 (B2 at C2) ay may patag na istraktura, ang pagbubuklod sa pagitan ng mga particle sa patong ay mahigpit, at ang mga pinagsama-samang particle ay mahigpit na nakabalot ng pandikit. Bagama't ang ibabaw ay naaagnas ng electrolyte, mas kaunting mga pore channel ang nabubuo. Pagkatapos ng kalawang, ang ibabaw ng patong ay siksik at kakaunti ang mga istrukturang may depekto. Para sa Figure 6 (A1, A2), dahil sa mga katangian ng mwnt-cooh-sdbs, ang patong bago ang kalawang ay isang pantay na ipinamamahaging porous na istraktura. Pagkatapos ng kalawang, ang mga pores ng orihinal na bahagi ay nagiging makitid at mahaba, at ang channel ay nagiging mas malalim. Kung ikukumpara sa Figure 6 (B2, C2), ang istraktura ay may mas maraming depekto, na naaayon sa laki ng distribusyon ng halaga ng impedance ng patong na nakuha mula sa electrochemical corrosion test. Ipinapakita nito na ang alumina ceramic coating na naglalaman ng graphene, lalo na ang pinaghalong graphene at carbon nanotube, ay may pinakamahusay na resistensya sa kalawang. Ito ay dahil ang istruktura ng carbon nanotube at graphene ay maaaring epektibong harangan ang pagkalat ng bitak at protektahan ang matrix.
5. Talakayan at buod
Sa pamamagitan ng pagsusuri sa resistensya sa kalawang ng mga carbon nanotube at graphene additives sa alumina ceramic coating at pagsusuri ng surface microstructure ng coating, nabuo ang mga sumusunod na konklusyon:
(1) Nang ang oras ng kalawang ay 19 oras, sa pagdaragdag ng 0.2% hybrid carbon nanotube + 0.2% graphene mixed material alumina ceramic coating, ang corrosion current density ay tumaas mula 2.890 × 10-6 A/cm2 pababa sa 1.536 × 10-6 A/cm2, ang electrical impedance ay tumaas mula 11388 Ω hanggang 28079 Ω, at ang corrosion resistance efficiency ay ang pinakamalaking, 46.85%. Kung ikukumpara sa purong alumina ceramic coating, ang composite coating na may graphene at carbon nanotubes ay may mas mahusay na corrosion resistance.
(2) Sa pagtaas ng oras ng paglulubog ng electrolyte, ang electrolyte ay tumatagos sa magkasanib na ibabaw ng patong/substrate upang makagawa ng metal oxide film, na humahadlang sa pagpasok ng electrolyte sa substrate. Ang electrical impedance ay unang bumababa at pagkatapos ay tumataas, at ang resistensya sa kalawang ng purong alumina ceramic coating ay mahina. Ang istruktura at synergy ng carbon nanotubes at graphene ay humarang sa pagbaba ng pagpasok ng electrolyte. Nang ibabad sa loob ng 19.5 oras, ang electrical impedance ng patong na naglalaman ng mga nano material ay bumaba ng 22.94%, 25.60% at 9.61% ayon sa pagkakabanggit, at ang resistensya sa kalawang ng patong ay mabuti.
6. Mekanismo ng impluwensya ng resistensya sa kalawang ng patong
Sa pamamagitan ng kurba ng Tafel at ng kurba ng pagbabago ng halaga ng electrical impedance, natuklasan na ang alumina ceramic coating na may graphene, carbon nanotubes at ang kanilang pinaghalong ay maaaring mapabuti ang resistensya sa kalawang ng metal matrix, at ang synergistic effect ng dalawa ay maaaring higit pang mapabuti ang resistensya sa kalawang ng adhesive ceramic coating. Upang higit pang masuri ang epekto ng mga nano additives sa resistensya sa kalawang ng coating, naobserbahan ang micro surface morphology ng coating pagkatapos ng kalawang.
Ipinapakita ng Figure 5 (A1, A2, B1, B2) ang morpolohiya ng ibabaw ng nakalantad na 304 stainless steel at pinahiran ng purong alumina ceramics sa iba't ibang magnification pagkatapos ng kalawang. Ipinapakita ng Figure 5 (A2) na ang ibabaw pagkatapos ng kalawang ay nagiging magaspang. Para sa hubad na substrate, ilang malalaking butas ng kalawang ang lumilitaw sa ibabaw pagkatapos ilubog sa electrolyte, na nagpapahiwatig na ang resistensya sa kalawang ng hubad na metal matrix ay mahina at ang electrolyte ay madaling tumagos sa matrix. Para sa purong alumina ceramic coating, tulad ng ipinapakita sa Figure 5 (B2), bagama't ang mga porous corrosion channel ay nabubuo pagkatapos ng kalawang, ang medyo siksik na istraktura at mahusay na resistensya sa kalawang ng purong alumina ceramic coating ay epektibong humaharang sa pagpasok ng electrolyte, na nagpapaliwanag ng dahilan para sa epektibong pagpapabuti ng impedance ng alumina ceramic coating.
Morpolohiya ng ibabaw ng mwnt-cooh-sdbs, mga patong na naglalaman ng 0.2% graphene at mga patong na naglalaman ng 0.2% mwnt-cooh-sdbs at 0.2% graphene. Makikita na ang dalawang patong na naglalaman ng graphene sa Figure 6 (B2 at C2) ay may patag na istraktura, ang pagbubuklod sa pagitan ng mga particle sa patong ay mahigpit, at ang mga pinagsama-samang particle ay mahigpit na nakabalot ng pandikit. Bagama't ang ibabaw ay naaagnas ng electrolyte, mas kaunting mga pore channel ang nabubuo. Pagkatapos ng kalawang, ang ibabaw ng patong ay siksik at kakaunti ang mga istrukturang may depekto. Para sa Figure 6 (A1, A2), dahil sa mga katangian ng mwnt-cooh-sdbs, ang patong bago ang kalawang ay isang pantay na ipinamamahaging porous na istraktura. Pagkatapos ng kalawang, ang mga pores ng orihinal na bahagi ay nagiging makitid at mahaba, at ang channel ay nagiging mas malalim. Kung ikukumpara sa Figure 6 (B2, C2), ang istraktura ay may mas maraming depekto, na naaayon sa laki ng distribusyon ng halaga ng impedance ng patong na nakuha mula sa electrochemical corrosion test. Ipinapakita nito na ang alumina ceramic coating na naglalaman ng graphene, lalo na ang pinaghalong graphene at carbon nanotube, ay may pinakamahusay na resistensya sa kalawang. Ito ay dahil ang istruktura ng carbon nanotube at graphene ay maaaring epektibong harangan ang pagkalat ng bitak at protektahan ang matrix.
7. Talakayan at buod
Sa pamamagitan ng pagsusuri sa resistensya sa kalawang ng mga carbon nanotube at graphene additives sa alumina ceramic coating at pagsusuri ng surface microstructure ng coating, nabuo ang mga sumusunod na konklusyon:
(1) Nang ang oras ng kalawang ay 19 oras, sa pagdaragdag ng 0.2% hybrid carbon nanotube + 0.2% graphene mixed material alumina ceramic coating, ang corrosion current density ay tumaas mula 2.890 × 10-6 A/cm2 pababa sa 1.536 × 10-6 A/cm2, ang electrical impedance ay tumaas mula 11388 Ω hanggang 28079 Ω, at ang corrosion resistance efficiency ay ang pinakamalaking, 46.85%. Kung ikukumpara sa purong alumina ceramic coating, ang composite coating na may graphene at carbon nanotubes ay may mas mahusay na corrosion resistance.
(2) Sa pagtaas ng oras ng paglulubog ng electrolyte, ang electrolyte ay tumatagos sa magkasanib na ibabaw ng patong/substrate upang makagawa ng metal oxide film, na humahadlang sa pagpasok ng electrolyte sa substrate. Ang electrical impedance ay unang bumababa at pagkatapos ay tumataas, at ang resistensya sa kalawang ng purong alumina ceramic coating ay mahina. Ang istruktura at synergy ng carbon nanotubes at graphene ay humarang sa pagbaba ng pagpasok ng electrolyte. Nang ibabad sa loob ng 19.5 oras, ang electrical impedance ng patong na naglalaman ng mga nano material ay bumaba ng 22.94%, 25.60% at 9.61% ayon sa pagkakabanggit, at ang resistensya sa kalawang ng patong ay mabuti.
(3) Dahil sa mga katangian ng mga carbon nanotube, ang patong na idinagdag gamit lamang ang mga carbon nanotube ay may pantay na ipinamamahaging porous na istraktura bago ang kalawang. Pagkatapos ng kalawang, ang mga butas ng orihinal na bahagi ay nagiging makitid at mahaba, at ang mga channel ay nagiging mas malalim. Ang patong na naglalaman ng graphene ay may patag na istraktura bago ang kalawang, ang kombinasyon sa pagitan ng mga particle sa patong ay malapit, at ang mga pinagsama-samang particle ay mahigpit na nakabalot ng pandikit. Bagama't ang ibabaw ay naaagnas ng electrolyte pagkatapos ng kalawang, kakaunti ang mga butas ng butas at ang istraktura ay siksik pa rin. Ang istraktura ng mga carbon nanotube at graphene ay maaaring epektibong harangan ang paglaganap ng bitak at protektahan ang matrix.
Oras ng pag-post: Mar-09-2022