1. Kaplama hazırlığı
Daha sonraki elektrokimyasal testi kolaylaştırmak için, taban olarak 30 mm x 4 mm 304 paslanmaz çelik seçilmiştir. Alt tabakanın yüzeyindeki kalıntı oksit tabakasını ve pas lekelerini zımpara kağıdı ile parlatıp temizleyin, asetonlu bir behere koyun, alt tabakanın yüzeyindeki lekeleri Bangjie Electronics şirketinin bg-06c ultrasonik temizleyicisiyle 20 dakika boyunca temizleyin, metal alt tabakanın yüzeyindeki aşınma kalıntılarını alkol ve damıtılmış suyla temizleyin ve bir üfleyici ile kurutun. Daha sonra, alümina (Al2O3), grafen ve hibrit karbon nanotüp (mwnt-coohsdbs) oranlarında (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2) hazırlanmış ve bilyalı öğütme ve karıştırma için bir bilyalı değirmene (Nanjing NANDA Instrument Factory'nin qm-3sp2) yerleştirilmiştir. Bilyalı değirmenin dönüş hızı 220 R/dak'ya ayarlandı ve bilyalı değirmen döndürüldü.
Bilyalı öğütme işleminden sonra, bilyalı öğütme tankının dönüş hızını, bilyalı öğütme tamamlandıktan sonra 1/2 dönüşümlü olarak ayarlayın ve bilyalı öğütme tankının dönüş hızını, bilyalı öğütme tamamlandıktan sonra 1/2 dönüşümlü olarak ayarlayın. Bilyalı öğütülmüş seramik agrega ve bağlayıcı, 1,0 ∶ 0,8 kütle oranına göre eşit şekilde karıştırılır. Son olarak, kürleme işlemiyle yapışkan seramik kaplama elde edilir.
2. Korozyon testi
Bu çalışmada, elektrokimyasal korozyon testi için Shanghai Chenhua chi660e elektrokimyasal iş istasyonu ve üç elektrotlu bir test sistemi kullanılmıştır. Platin elektrot yardımcı elektrot, gümüş gümüş klorür elektrot referans elektrot ve kaplanmış numune çalışma elektrodu olup, etkin maruz kalma alanı 1 cm2'dir. Elektrolitik hücredeki referans elektrot, çalışma elektrodu ve yardımcı elektrodu cihaza Şekil 1 ve 2'de gösterildiği gibi bağlayın. Testten önce numuneyi %3,5 NaCl çözeltisi olan elektrolite batırın.
3. Kaplamaların elektrokimyasal korozyonunun Tafel analizi
Şekil 3, 19 saatlik elektrokimyasal korozyondan sonra farklı nano katkı maddeleriyle kaplanmış kaplanmamış alt tabaka ve seramik kaplamanın Tafel eğrisini göstermektedir. Elektrokimyasal korozyon testinden elde edilen korozyon gerilimi, korozyon akım yoğunluğu ve elektriksel empedans test verileri Tablo 1'de gösterilmiştir.
Göndermek
Korozyon akım yoğunluğu daha düşük ve korozyon direnci verimliliği daha yüksek olduğunda, kaplamanın korozyon direnci etkisi daha iyidir. Şekil 3 ve Tablo 1'den görülebileceği gibi, korozyon süresi 19 saat olduğunda, çıplak metal matrisin maksimum korozyon voltajı -0,680 V'tur ve matrisin korozyon akım yoğunluğu da en yüksek değere ulaşarak 2,890 × 10-6 A/cm2'ye ulaşır. Saf alümina seramik kaplama ile kaplandığında, korozyon akım yoğunluğu %78'e düşerken, PE %22,01 olmuştur. Bu durum, seramik kaplamanın daha iyi bir koruyucu rol oynadığını ve nötr elektrolitte kaplamanın korozyon direncini artırabileceğini göstermektedir.
Kaplamaya %0,2 mwnt-cooh-sdbs veya %0,2 grafen eklendiğinde, korozyon akımı yoğunluğu azaldı, direnç arttı ve kaplamanın korozyon direnci sırasıyla %38,48 ve %40,10 PE ile daha da iyileştirildi. Yüzey %0,2 mwnt-cooh-sdbs ve %0,2 grafen karışımlı alümina kaplama ile kaplandığında, korozyon akımı 2,890 × 10-6 A/cm2'den 1,536 × 10-6 A/cm2'ye düştü, maksimum direnç değeri 11388 Ω'dan 28079 Ω'a yükseldi ve kaplamanın PE'si %46,85'e ulaşabildi. Bu, hazırlanan hedef ürünün iyi korozyon direncine sahip olduğunu ve karbon nanotüpler ile grafenin sinerjik etkisinin seramik kaplamanın korozyon direncini etkili bir şekilde artırabileceğini göstermektedir.
4. Bekletme süresinin kaplama empedansı üzerindeki etkisi
Kaplamanın korozyon direncini daha detaylı inceleyebilmek amacıyla, numunenin elektrolit içerisine daldırılma süresinin test üzerindeki etkisi de göz önünde bulundurularak, Şekil 4’te görüldüğü gibi dört kaplamanın farklı daldırma sürelerindeki direnç değişim eğrileri elde edilmiştir.
Göndermek
Daldırma işleminin ilk aşamasında (10 saat), kaplamanın iyi yoğunluğu ve yapısı nedeniyle elektrolitin kaplamaya daldırılması zordur. Bu aşamada seramik kaplama yüksek direnç gösterir. Bir süre daldırıldıktan sonra direnç önemli ölçüde azalır, çünkü zamanla elektrolit, kaplamadaki gözenekler ve çatlaklar boyunca kademeli olarak bir korozyon kanalı oluşturarak matrise nüfuz eder ve bu da kaplamanın direncinde önemli bir düşüşe neden olur.
İkinci aşamada, korozyon ürünleri belirli bir miktara ulaştığında difüzyon engellenir ve boşluk kademeli olarak kapanır. Aynı zamanda, elektrolit, bağlayıcı alt tabakanın/matrisin bağlayıcı ara yüzüne nüfuz ettiğinde, su molekülleri, kaplama/matris birleşimindeki matristeki Fe elementiyle reaksiyona girerek ince bir metal oksit filmi oluşturur ve bu da elektrolitin matrise nüfuz etmesini engelleyerek direnç değerini artırır. Çıplak metal matris elektrokimyasal olarak korozyona uğradığında, yeşil renkli flokülan çökeltinin çoğu elektrolitin alt kısmında oluşur. Kaplanmış numunenin elektrolizi sırasında elektrolitik çözeltinin rengi değişmemiştir; bu da yukarıdaki kimyasal reaksiyonun varlığını kanıtlayabilir.
Kısa ıslatma süresi ve büyük dış etki faktörleri nedeniyle, elektrokimyasal parametrelerin doğru değişim ilişkisini daha da doğru bir şekilde elde etmek için 19 saatlik ve 19,5 saatlik Tafel eğrileri analiz edilmiştir. Zsimpwin analiz yazılımı ile elde edilen korozyon akım yoğunluğu ve direnci Tablo 2'de gösterilmiştir. 19 saat ıslatıldığında, çıplak alt tabaka ile karşılaştırıldığında, saf alümina ve nano katkı malzemeleri içeren alümina kompozit kaplamanın korozyon akım yoğunluğunun daha küçük ve direnç değerinin daha büyük olduğu görülebilir. Karbon nanotüpler içeren seramik kaplamanın ve grafen içeren kaplamanın direnç değeri hemen hemen aynıdır, ancak karbon nanotüpler ve grafen kompozit malzemelerle kaplama yapısı önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Bunun nedeni, tek boyutlu karbon nanotüplerin ve iki boyutlu grafenin sinerjik etkisinin malzemenin korozyon direncini iyileştirmesidir.
Daldırma süresinin (19,5 saat) artmasıyla, çıplak alt tabakanın direnci artmakta, bu da alt tabakanın korozyonun ikinci aşamasında olduğunu ve alt tabaka yüzeyinde metal oksit filminin oluştuğunu göstermektedir. Benzer şekilde, sürenin artmasıyla birlikte saf alümina seramik kaplamanın direnci de artmakta, bu da bu aşamada seramik kaplamanın yavaşlatma etkisi olmasına rağmen, elektrolitin kaplama/matrisin bağlanma arayüzüne nüfuz ederek kimyasal reaksiyon yoluyla oksit film oluşturduğunu göstermektedir.
%0,2 mwnt-cooh-sdbs içeren alümina kaplama, %0,2 grafen içeren alümina kaplama ve %0,2 mwnt-cooh-sdbs ve %0,2 grafen içeren alümina kaplama ile karşılaştırıldığında, kaplama direnci zaman arttıkça önemli ölçüde azalarak sırasıyla %22,94, %25,60 ve %9,61 oranında azalmıştır. Bu azalma, elektrolitin bu aşamada kaplama ile alt tabaka arasındaki birleşim noktasına nüfuz etmediğini göstermektedir. Bunun nedeni, karbon nanotüpler ve grafenin yapısının elektrolitin aşağıya doğru nüfuz etmesini engelleyerek matrisi korumasıdır. Bu iki bileşenin sinerjik etkisi daha da doğrulanmıştır. İki nanomalzeme içeren kaplama daha iyi korozyon direncine sahiptir.
Tafel eğrisi ve elektriksel empedans değerinin değişim eğrisi incelenerek, grafen, karbon nanotüpler ve bunların karışımlarından oluşan alümina seramik kaplamanın metal matrisin korozyon direncini artırabileceği ve bu ikisinin sinerjik etkisinin yapışkan seramik kaplamanın korozyon direncini daha da artırabileceği bulunmuştur. Nano katkı maddelerinin kaplamanın korozyon direnci üzerindeki etkisini daha ayrıntılı olarak incelemek amacıyla, korozyon sonrası kaplamanın mikro yüzey morfolojisi incelenmiştir.
Göndermek
Şekil 5 (A1, A2, B1, B2), korozyondan sonra farklı büyütmelerde açıkta kalan 304 paslanmaz çelik ve kaplanmış saf alümina seramiğin yüzey morfolojisini göstermektedir. Şekil 5 (A2), korozyondan sonra yüzeyin pürüzlü hale geldiğini göstermektedir. Çıplak alt tabaka için, elektrolit içine daldırıldıktan sonra yüzeyde birkaç büyük korozyon çukuru belirmektedir; bu, çıplak metal matrisin korozyon direncinin zayıf olduğunu ve elektrolitin matrise kolayca nüfuz edebildiğini göstermektedir. Saf alümina seramik kaplama için, Şekil 5 (B2)'de gösterildiği gibi, korozyondan sonra gözenekli korozyon kanalları oluşmasına rağmen, saf alümina seramik kaplamanın nispeten yoğun yapısı ve mükemmel korozyon direnci, elektrolitin nüfuz etmesini etkili bir şekilde engellemektedir; bu da alümina seramik kaplamanın empedansının etkili bir şekilde iyileştirilmesinin nedenini açıklamaktadır.
Göndermek
mwnt-cooh-sdbs, %0,2 grafen içeren kaplamalar ve %0,2 mwnt-cooh-sdbs ve %0,2 grafen içeren kaplamaların yüzey morfolojisi. Şekil 6'daki (B2 ve C2) grafen içeren iki kaplamanın düz bir yapıya sahip olduğu, kaplamadaki parçacıklar arasındaki bağın sıkı olduğu ve agrega parçacıklarının yapıştırıcı ile sıkıca sarıldığı görülebilir. Yüzey elektrolit tarafından aşındırılmasına rağmen daha az gözenek kanalı oluşur. Korozyondan sonra, kaplama yüzeyi yoğundur ve az sayıda kusur yapısı vardır. Şekil 6 (A1, A2) için, mwnt-cooh-sdbs'nin özellikleri nedeniyle, korozyondan önce kaplama düzgün dağılmış gözenekli bir yapıdır. Korozyondan sonra, orijinal parçanın gözenekleri dar ve uzun hale gelir ve kanal derinleşir. Şekil 6 (B2, C2) ile karşılaştırıldığında, yapıda daha fazla kusur vardır ve bu, elektrokimyasal korozyon testinden elde edilen kaplama empedans değerinin boyut dağılımıyla tutarlıdır. Özellikle grafen ve karbon nanotüp karışımından oluşan grafen içeren alümina seramik kaplamanın en iyi korozyon direncine sahip olduğu görülmektedir. Bunun nedeni, karbon nanotüp ve grafenin yapısının çatlak difüzyonunu etkili bir şekilde engelleyebilmesi ve matrisi koruyabilmesidir.
5. Tartışma ve özet
Karbon nanotüpler ve grafen katkılarının alümina seramik kaplama üzerindeki korozyon direnci testi ve kaplamanın yüzey mikro yapısının analizi sonucunda aşağıdaki sonuçlara varılmıştır:
(1) Korozyon süresi 19 saat olduğunda, %0,2 hibrit karbon nanotüp + %0,2 grafen karışık malzeme alümina seramik kaplama eklendiğinde, korozyon akım yoğunluğu 2,890 × 10-6 A / cm2'den 1,536 × 10-6 A / cm2'ye düştü, elektrik empedansı 11388 Ω'dan 28079 Ω'a yükseldi ve korozyon direnci verimliliği en büyüğü, %46,85'tir. Saf alümina seramik kaplamayla karşılaştırıldığında, grafen ve karbon nanotüplerden oluşan kompozit kaplama daha iyi korozyon direncine sahiptir.
(2) Elektrolitin daldırma süresinin artmasıyla birlikte, elektrolit, kaplamanın/alt tabakanın birleşim yüzeyine nüfuz ederek metal oksit filmi oluşturur ve bu da elektrolitin alt tabakaya nüfuz etmesini engeller. Elektriksel empedans önce azalır, sonra artar ve saf alümina seramik kaplamanın korozyon direnci zayıftır. Karbon nanotüpler ve grafenin yapısı ve sinerjisi, elektrolitin aşağı doğru nüfuz etmesini engellemiştir. 19,5 saat daldırma işlemi uygulandığında, nano malzemeler içeren kaplamanın elektrik empedansı sırasıyla %22,94, %25,60 ve %9,61 oranında azalmış ve kaplamanın korozyon direnci iyi bulunmuştur.
6. Kaplamanın korozyon direncini etkileme mekanizması
Tafel eğrisi ve elektriksel empedans değerinin değişim eğrisi incelenerek, grafen, karbon nanotüpler ve bunların karışımlarından oluşan alümina seramik kaplamanın metal matrisin korozyon direncini artırabileceği ve bu ikisinin sinerjik etkisinin yapışkan seramik kaplamanın korozyon direncini daha da artırabileceği bulunmuştur. Nano katkı maddelerinin kaplamanın korozyon direnci üzerindeki etkisini daha ayrıntılı olarak incelemek amacıyla, korozyon sonrası kaplamanın mikro yüzey morfolojisi incelenmiştir.
Şekil 5 (A1, A2, B1, B2), korozyondan sonra farklı büyütmelerde açıkta kalan 304 paslanmaz çelik ve kaplanmış saf alümina seramiğin yüzey morfolojisini göstermektedir. Şekil 5 (A2), korozyondan sonra yüzeyin pürüzlü hale geldiğini göstermektedir. Çıplak alt tabaka için, elektrolit içine daldırıldıktan sonra yüzeyde birkaç büyük korozyon çukuru belirmektedir; bu, çıplak metal matrisin korozyon direncinin zayıf olduğunu ve elektrolitin matrise kolayca nüfuz edebildiğini göstermektedir. Saf alümina seramik kaplama için, Şekil 5 (B2)'de gösterildiği gibi, korozyondan sonra gözenekli korozyon kanalları oluşmasına rağmen, saf alümina seramik kaplamanın nispeten yoğun yapısı ve mükemmel korozyon direnci, elektrolitin nüfuz etmesini etkili bir şekilde engellemektedir; bu da alümina seramik kaplamanın empedansının etkili bir şekilde iyileştirilmesinin nedenini açıklamaktadır.
mwnt-cooh-sdbs, %0,2 grafen içeren kaplamalar ve %0,2 mwnt-cooh-sdbs ve %0,2 grafen içeren kaplamaların yüzey morfolojisi. Şekil 6'daki (B2 ve C2) grafen içeren iki kaplamanın düz bir yapıya sahip olduğu, kaplamadaki parçacıklar arasındaki bağın sıkı olduğu ve agrega parçacıklarının yapıştırıcı ile sıkıca sarıldığı görülebilir. Yüzey elektrolit tarafından aşındırılmasına rağmen daha az gözenek kanalı oluşur. Korozyondan sonra, kaplama yüzeyi yoğundur ve az sayıda kusur yapısı vardır. Şekil 6 (A1, A2) için, mwnt-cooh-sdbs'nin özellikleri nedeniyle, korozyondan önce kaplama düzgün dağılmış gözenekli bir yapıdır. Korozyondan sonra, orijinal parçanın gözenekleri dar ve uzun hale gelir ve kanal derinleşir. Şekil 6 (B2, C2) ile karşılaştırıldığında, yapıda daha fazla kusur vardır ve bu, elektrokimyasal korozyon testinden elde edilen kaplama empedans değerinin boyut dağılımıyla tutarlıdır. Özellikle grafen ve karbon nanotüp karışımından oluşan grafen içeren alümina seramik kaplamanın en iyi korozyon direncine sahip olduğu görülmektedir. Bunun nedeni, karbon nanotüp ve grafenin yapısının çatlak difüzyonunu etkili bir şekilde engelleyebilmesi ve matrisi koruyabilmesidir.
7. Tartışma ve özet
Karbon nanotüpler ve grafen katkılarının alümina seramik kaplama üzerindeki korozyon direnci testi ve kaplamanın yüzey mikro yapısının analizi sonucunda aşağıdaki sonuçlara varılmıştır:
(1) Korozyon süresi 19 saat olduğunda, %0,2 hibrit karbon nanotüp + %0,2 grafen karışık malzeme alümina seramik kaplama eklendiğinde, korozyon akım yoğunluğu 2,890 × 10-6 A / cm2'den 1,536 × 10-6 A / cm2'ye düştü, elektrik empedansı 11388 Ω'dan 28079 Ω'a yükseldi ve korozyon direnci verimliliği en büyüğü, %46,85'tir. Saf alümina seramik kaplamayla karşılaştırıldığında, grafen ve karbon nanotüplerden oluşan kompozit kaplama daha iyi korozyon direncine sahiptir.
(2) Elektrolitin daldırma süresinin artmasıyla birlikte, elektrolit, kaplamanın/alt tabakanın birleşim yüzeyine nüfuz ederek metal oksit filmi oluşturur ve bu da elektrolitin alt tabakaya nüfuz etmesini engeller. Elektriksel empedans önce azalır, sonra artar ve saf alümina seramik kaplamanın korozyon direnci zayıftır. Karbon nanotüpler ve grafenin yapısı ve sinerjisi, elektrolitin aşağı doğru nüfuz etmesini engellemiştir. 19,5 saat daldırma işlemi uygulandığında, nano malzemeler içeren kaplamanın elektrik empedansı sırasıyla %22,94, %25,60 ve %9,61 oranında azalmış ve kaplamanın korozyon direnci iyi bulunmuştur.
(3) Karbon nanotüplerin özellikleri nedeniyle, yalnızca karbon nanotüplerle eklenen kaplama, korozyondan önce düzgün dağılmış gözenekli bir yapıya sahiptir. Korozyondan sonra, orijinal parçanın gözenekleri dar ve uzun hale gelir ve kanallar daha derinleşir. Grafen içeren kaplama, korozyondan önce düz bir yapıya sahiptir, kaplamadaki parçacıklar arasındaki birleşim sıkıdır ve agrega parçacıkları yapıştırıcı ile sıkıca sarılmıştır. Yüzey korozyondan sonra elektrolit tarafından aşındırılsa da, az sayıda gözenek kanalı vardır ve yapı hala yoğundur. Karbon nanotüplerin ve grafenin yapısı, çatlak yayılmasını etkili bir şekilde engelleyebilir ve matrisi koruyabilir.
Gönderi zamanı: 09 Mart 2022