1. Підготовка покриття
Для полегшення подальшого електрохімічного випробування як основу було обрано нержавіючу сталь 304 розміром 30 мм × 4 мм. Відполіруйте та видаліть залишковий оксидний шар і плями іржі з поверхні підкладки наждачним папером, помістіть їх у склянку, що містить ацетон, обробіть плями на поверхні підкладки ультразвуковим очищувачем bg-06c компанії Bangjie Electronics протягом 20 хвилин, видаліть залишки зносу з поверхні металевої підкладки спиртом та дистильованою водою та висушіть їх повітродувкою. Потім підготували оксид алюмінію (Al2O3), графен та гібридні вуглецеві нанотрубки (mwnt-coohsdbs) у пропорції (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) та помістили в кульовий млин (qm-3sp2 заводу інструментів Nanjing NANDA) для кульового помелу та змішування. Швидкість обертання кульового млина була встановлена на 220 об/хв, і кульовий млин був увімкнений на
Після кульового помелу, швидкість обертання резервуара кульового помелу по черзі встановлюється на 1/2 після завершення кульового помелу, а швидкість обертання резервуара кульового помелу по черзі встановлюється на 1/2 після завершення кульового помелу. Подрібнений у кульовому помелі керамічний заповнювач та зв'язувальна речовина рівномірно змішуються відповідно до масової частки 1,0 ∶ 0,8. Нарешті, шляхом процесу затвердіння отримували адгезивне керамічне покриття.
2. Випробування на корозію
У цьому дослідженні для електрохімічного корозійного випробування використовується електрохімічна робоча станція Shanghai Chenhua chi660e, а випробування використовує триелектродну випробувальну систему. Платиновий електрод є допоміжним електродом, срібно-хлоридний електрод – електродом порівняння, а покритий зразок – робочим електродом, з ефективною площею впливу 1 см2. З'єднайте електрод порівняння, робочий електрод та допоміжний електрод в електролітичній комірці з приладом, як показано на рисунках 1 та 2. Перед випробуванням замочіть зразок в електроліті, який являє собою 3,5% розчин NaCl.
3. Тафелевський аналіз електрохімічної корозії покриттів
На рис. 3 показано криву Тафеля для непокритої підкладки та керамічного покриття з різними нанодобавками після електрохімічної корозії протягом 19 годин. Дані випробувань на напругу корозії, густину струму корозії та електричний імпеданс, отримані в результаті електрохімічного випробування на корозію, наведені в таблиці 1.
Надіслати
Коли густина струму корозії менша, а ефективність корозійної стійкості вища, корозійний ефект покриття кращий. З рисунка 3 та таблиці 1 видно, що коли час корозії становить 19 годин, максимальна напруга корозії голої металевої матриці становить -0,680 В, а густина струму корозії матриці також найбільша, досягаючи 2,890 × 10⁻⁶ А/см². При покритті керамічним покриттям з чистого оксиду алюмінію густина струму корозії знизилася до 78%, а PE становив 22,01%. Це показує, що керамічне покриття відіграє кращу захисну роль і може покращити корозійну стійкість покриття в нейтральному електроліті.
Коли до покриття додавали 0,2% mwnt-cooh-sdbs або 0,2% графену, густина струму корозії зменшувалася, опір збільшувався, а корозійна стійкість покриття ще більше покращувалася, з PE 38,48% та 40,10% відповідно. Коли поверхня покривалася змішаним покриттям з оксиду алюмінію з 0,2% mwnt-cooh-sdbs та 0,2% графену, струм корозії ще більше знижувався з 2,890 × 10⁻⁶ А/см² до 1,536 × 10⁻⁶ А/см², максимальне значення опору збільшувалося з 11388 Ом до 28079 Ом, а PE покриття міг досягати 46,85%. Це показує, що отриманий цільовий продукт має хорошу корозійну стійкість, а синергетичний ефект вуглецевих нанотрубок та графену може ефективно покращити корозійну стійкість керамічного покриття.
4. Вплив часу замочування на імпеданс покриття
Для подальшого дослідження корозійної стійкості покриття, враховуючи вплив часу занурення зразка в електроліт на випробування, отримано криві зміни опору чотирьох покриттів при різному часі занурення, як показано на рисунку 4.
Надіслати
На початковому етапі занурення (10 год), через хорошу щільність та структуру покриття, електроліт важко занурювати в нього. У цей час керамічне покриття демонструє високу стійкість. Після замочування протягом певного часу стійкість значно знижується, оскільки з плином часу електроліт поступово утворює канал корозії через пори та тріщини в покритті та проникає в матрицю, що призводить до значного зниження стійкості покриття.
На другому етапі, коли кількість продуктів корозії збільшується до певної кількості, дифузія блокується, і зазор поступово перекривається. Одночасно, коли електроліт проникає в межу з'єднання нижнього шару/матриці, молекули води реагують з елементом Fe в матриці на стику покриття/матриця, утворюючи тонку плівку оксиду металу, що перешкоджає проникненню електроліту в матрицю та збільшує значення опору. Коли гола металева матриця електрохімічно кородує, більша частина зелених флокулентних осадів утворюється на дні електроліту. Електролітичний розчин не змінює колір під час електролізу покритого зразка, що може довести існування вищезазначеної хімічної реакції.
Через короткий час замочування та значні зовнішні фактори впливу, для подальшого отримання точного співвідношення змін електрохімічних параметрів було проаналізовано криві Тафеля за 19 годин та 19,5 годин. Щільність струму корозії та опір, отримані за допомогою програмного забезпечення для аналізу zsimpwin, наведено в таблиці 2. Можна виявити, що при замочуванні протягом 19 годин, порівняно з голою підкладкою, щільність струму корозії чистого оксиду алюмінію та композитного покриття з оксиду алюмінію, що містить нанодобавки, менша, а значення опору більше. Значення опору керамічного покриття, що містить вуглецеві нанотрубки, та покриття, що містить графен, майже однакове, тоді як структура покриття з вуглецевими нанотрубками та графеновими композитними матеріалами значно покращується. Це пояснюється тим, що синергетичний ефект одновимірних вуглецевих нанотрубок та двовимірного графену покращує корозійну стійкість матеріалу.
Зі збільшенням часу занурення (19,5 год) опір оголеної підкладки зростає, що вказує на те, що вона знаходиться на другій стадії корозії, і на її поверхні утворюється плівка оксиду металу. Аналогічно, зі збільшенням часу також зростає опір керамічного покриття з чистого оксиду алюмінію, що вказує на те, що в цей час, хоча й спостерігається уповільнення керамічного покриття, електроліт проник через межу з'єднання покриття/матриці та в результаті хімічної реакції утворив оксидну плівку.
Порівняно з покриттям з оксиду алюмінію, що містить 0,2% mwnt-cooh-sdbs, покриттям з оксиду алюмінію, що містить 0,2% графену, та покриттям з оксиду алюмінію, що містить 0,2% mwnt-cooh-sdbs та 0,2% графену, стійкість покриття значно зменшилася зі збільшенням часу, зменшившися на 22,94%, 25,60% та 9,61% відповідно, що свідчить про те, що електроліт не проник у з'єднання між покриттям та підкладкою в цей час. Це пояснюється тим, що структура вуглецевих нанотрубок та графену блокує проникнення електроліту вниз, таким чином захищаючи матрицю. Синергетичний ефект цих двох матеріалів додатково підтверджено. Покриття, що містить два наноматеріали, має кращу корозійну стійкість.
За допомогою кривої Тафеля та кривої зміни значення електричного імпедансу виявлено, що керамічне покриття з оксиду алюмінію з графеном, вуглецевими нанотрубками та їх сумішшю може покращити корозійну стійкість металевої матриці, а синергетичний ефект цих двох речовин може ще більше покращити корозійну стійкість адгезивного керамічного покриття. Для подальшого дослідження впливу нанодобавок на корозійну стійкість покриття було проведено спостереження за мікроморфологією поверхні покриття після корозії.
Надіслати
На рисунку 5 (A1, A2, B1, B2) показано морфологію поверхні оголеної нержавіючої сталі 304 та покритої чистої глиноземної кераміки при різному збільшенні після корозії. На рисунку 5 (A2) видно, що поверхня після корозії стає шорсткою. На голій підкладці після занурення в електроліт на поверхні з'являється кілька великих корозійних ямок, що свідчить про низьку корозійну стійкість голої металевої матриці та легке проникнення електроліту в матрицю. Для покриття з чистого глиноземної кераміки, як показано на рисунку 5 (B2), хоча після корозії утворюються пористі канали корозії, відносно щільна структура та відмінна корозійна стійкість покриття з чистого глиноземної кераміки ефективно блокують проникнення електроліту, що пояснює причину ефективного покращення імпедансу покриття з глиноземної кераміки.
Надіслати
Морфологія поверхні mwnt-cooh-sdbs, покриттів, що містять 0,2% графену, та покриттів, що містять 0,2% mwnt-cooh-sdbs та 0,2% графену. Видно, що два покриття, що містять графен, на рисунку 6 (B2 та C2), мають плоску структуру, зв'язок між частинками в покритті щільний, а агрегатні частинки щільно обмотані клеєм. Хоча поверхня еродується електролітом, утворюється менше каналів пор. Після корозії поверхня покриття щільна, і на ній мало дефектних структур. На рисунку 6 (A1, A2), завдяки характеристикам mwnt-cooh-sdbs, покриття до корозії має рівномірно розподілену пористу структуру. Після корозії пори вихідної деталі стають вузькими та довгими, а канали глибшими. Порівняно з рисунком 6 (B2, C2), структура має більше дефектів, що узгоджується з розподілом розмірів значення імпедансу покриття, отриманого за допомогою електрохімічного випробування на корозію. Це показує, що керамічне покриття з оксиду алюмінію, що містить графен, особливо суміш графену та вуглецевих нанотрубок, має найкращу корозійну стійкість. Це пояснюється тим, що структура вуглецевих нанотрубок та графену може ефективно блокувати дифузію тріщин та захищати матрицю.
5. Обговорення та підсумок
Завдяки випробуванню на корозійну стійкість вуглецевих нанотрубок та графенових добавок на керамічному покритті з оксиду алюмінію та аналізу мікроструктури поверхні покриття, можна зробити такі висновки:
(1) Коли час корозії становив 19 годин, після додавання 0,2% гібридного вуглецевого нанотрубкового + 0,2% графенового змішаного матеріалу до алюмооксидного керамічного покриття, густина струму корозії збільшилася з 2,890 × 10⁻⁶ А/см² до 1,536 × 10⁻⁶ А/см², електричний імпеданс збільшився з 11388 Ом до 28079 Ом, а ефективність корозійної стійкості була найбільшою – 46,85%. Порівняно з чистим алюмооксидним керамічним покриттям, композитне покриття з графену та вуглецевих нанотрубок має кращу корозійну стійкість.
(2) Зі збільшенням часу занурення електроліту, він проникає в поверхню з'єднання покриття/підкладки, утворюючи плівку оксиду металу, що перешкоджає проникненню електроліту в підкладку. Електричний імпеданс спочатку зменшується, а потім зростає, і корозійна стійкість чистого керамічного покриття з оксиду алюмінію є низькою. Структура та синергія вуглецевих нанотрубок і графену блокують проникнення електроліту вниз. Після замочування протягом 19,5 годин електричний імпеданс покриття, що містить наноматеріали, зменшився на 22,94%, 25,60% та 9,61% відповідно, а корозійна стійкість покриття була хорошою.
6. Механізм впливу на корозійну стійкість покриття
За допомогою кривої Тафеля та кривої зміни значення електричного імпедансу виявлено, що керамічне покриття з оксиду алюмінію з графеном, вуглецевими нанотрубками та їх сумішшю може покращити корозійну стійкість металевої матриці, а синергетичний ефект цих двох речовин може ще більше покращити корозійну стійкість адгезивного керамічного покриття. Для подальшого дослідження впливу нанодобавок на корозійну стійкість покриття було проведено спостереження за мікроморфологією поверхні покриття після корозії.
На рисунку 5 (A1, A2, B1, B2) показано морфологію поверхні оголеної нержавіючої сталі 304 та покритої чистої глиноземної кераміки при різному збільшенні після корозії. На рисунку 5 (A2) видно, що поверхня після корозії стає шорсткою. На голій підкладці після занурення в електроліт на поверхні з'являється кілька великих корозійних ямок, що свідчить про низьку корозійну стійкість голої металевої матриці та легке проникнення електроліту в матрицю. Для покриття з чистого глиноземної кераміки, як показано на рисунку 5 (B2), хоча після корозії утворюються пористі канали корозії, відносно щільна структура та відмінна корозійна стійкість покриття з чистого глиноземної кераміки ефективно блокують проникнення електроліту, що пояснює причину ефективного покращення імпедансу покриття з глиноземної кераміки.
Морфологія поверхні mwnt-cooh-sdbs, покриттів, що містять 0,2% графену, та покриттів, що містять 0,2% mwnt-cooh-sdbs та 0,2% графену. Видно, що два покриття, що містять графен, на рисунку 6 (B2 та C2), мають плоску структуру, зв'язок між частинками в покритті щільний, а агрегатні частинки щільно обмотані клеєм. Хоча поверхня еродується електролітом, утворюється менше каналів пор. Після корозії поверхня покриття щільна, і на ній мало дефектних структур. На рисунку 6 (A1, A2), завдяки характеристикам mwnt-cooh-sdbs, покриття до корозії має рівномірно розподілену пористу структуру. Після корозії пори вихідної деталі стають вузькими та довгими, а канали глибшими. Порівняно з рисунком 6 (B2, C2), структура має більше дефектів, що узгоджується з розподілом розмірів значення імпедансу покриття, отриманого за допомогою електрохімічного випробування на корозію. Це показує, що керамічне покриття з оксиду алюмінію, що містить графен, особливо суміш графену та вуглецевих нанотрубок, має найкращу корозійну стійкість. Це пояснюється тим, що структура вуглецевих нанотрубок та графену може ефективно блокувати дифузію тріщин та захищати матрицю.
7. Обговорення та підсумок
Завдяки випробуванню на корозійну стійкість вуглецевих нанотрубок та графенових добавок на керамічному покритті з оксиду алюмінію та аналізу мікроструктури поверхні покриття, можна зробити такі висновки:
(1) Коли час корозії становив 19 годин, після додавання 0,2% гібридного вуглецевого нанотрубкового + 0,2% графенового змішаного матеріалу до алюмооксидного керамічного покриття, густина струму корозії збільшилася з 2,890 × 10⁻⁶ А/см² до 1,536 × 10⁻⁶ А/см², електричний імпеданс збільшився з 11388 Ом до 28079 Ом, а ефективність корозійної стійкості була найбільшою – 46,85%. Порівняно з чистим алюмооксидним керамічним покриттям, композитне покриття з графену та вуглецевих нанотрубок має кращу корозійну стійкість.
(2) Зі збільшенням часу занурення електроліту, він проникає в поверхню з'єднання покриття/підкладки, утворюючи плівку оксиду металу, що перешкоджає проникненню електроліту в підкладку. Електричний імпеданс спочатку зменшується, а потім зростає, і корозійна стійкість чистого керамічного покриття з оксиду алюмінію є низькою. Структура та синергія вуглецевих нанотрубок і графену блокують проникнення електроліту вниз. Після замочування протягом 19,5 годин електричний імпеданс покриття, що містить наноматеріали, зменшився на 22,94%, 25,60% та 9,61% відповідно, а корозійна стійкість покриття була хорошою.
(3) Завдяки характеристикам вуглецевих нанотрубок, покриття, додане лише з вуглецевих нанотрубок, має рівномірно розподілену пористу структуру до корозії. Після корозії пори вихідної деталі стають вузькими та довгими, а канали – глибшими. Покриття, що містить графен, має плоску структуру до корозії, комбінація між частинками в покритті щільна, а агрегатні частинки щільно обмотані клеєм. Хоча поверхня еродується електролітом після корозії, залишається мало каналів пор, і структура все ще щільна. Структура вуглецевих нанотрубок та графену може ефективно блокувати поширення тріщин та захищати матрицю.
Час публікації: 09 березня 2022 р.