1. Qoplama tayyorlash
Keyingi elektrokimyoviy sinovni osonlashtirish uchun asos sifatida 30 mm × 4 mm 304 zanglamaydigan po'lat tanlandi. Substrat yuzasidagi qoldiq oksid qatlami va zang dog'larini zımpara bilan sayqallang va olib tashlang, ularni asetonli stakanga soling, substrat yuzasidagi dog'larni Bangjie elektronika kompaniyasining bg-06c ultratovush tozalagichi bilan 20 daqiqa davomida ishlang, metall substrat yuzasidagi aşınma qoldiqlarini spirt va distillangan suv bilan olib tashlang va puflagich bilan quriting. Keyin alyuminiy oksidi (Al2O3), grafen va gibrid uglerod nanotubasi (mwnt-coohsdbs) mutanosib ravishda (100: 0: 0, 99.8: 0.2: 0, 99.8: 0: 0.2, 99.6: 0.2: 0.2) tayyorlandi va shar tegirmoniga (Nanjing NANDA asboblar fabrikasining qm-3sp2) shar tegirmoni va aralashtirish uchun joylashtirildi. Sharsimon tegirmonning aylanish tezligi 220 R/min ga o'rnatildi va sharsimon tegirmon aylantirildi
Sharsimon frezalashdan so'ng, sharsimon frezalash tankining aylanish tezligini sharsimon frezalash tugagandan so'ng navbat bilan 1/2 ga, sharsimon frezalash tugagandan so'ng esa sharsimon frezalash tankining aylanish tezligini navbat bilan 1/2 ga o'rnating. Sharsimon frezalangan keramik agregat va bog'lovchi 1,0 dan 0,8 gacha massa ulushiga muvofiq teng ravishda aralashtiriladi. Nihoyat, yopishqoq keramik qoplama qattiqlashtirish jarayoni orqali olinadi.
2. Korroziya sinovi
Ushbu tadqiqotda elektrokimyoviy korroziya sinovi Shanxay Chenhua chi660e elektrokimyoviy ish stantsiyasidan foydalaniladi va sinov uch elektrodli sinov tizimidan foydalanadi. Platina elektrod yordamchi elektrod, kumush kumush xlorid elektrod mos yozuvlar elektrod va qoplangan namuna ishchi elektrod bo'lib, samarali ta'sir qilish maydoni 1 sm2 ga teng. 1 va 2-rasmlarda ko'rsatilgandek, elektrolitik kameradagi mos yozuvlar elektrod, ishchi elektrod va yordamchi elektrodni asbob bilan ulang. Sinovdan oldin namunani 3,5% NaCl eritmasi bo'lgan elektrolitga botiring.
3. Qoplamalarning elektrokimyoviy korroziyasini Tafel tahlili
3-rasmda 19 soat davomida elektrokimyoviy korroziyadan so'ng turli nano qo'shimchalar bilan qoplangan qoplamagan substrat va keramik qoplamaning Tafel egri chizig'i ko'rsatilgan. Elektrokimyoviy korroziya sinovidan olingan korroziya kuchlanishi, korroziya oqimi zichligi va elektr impedans sinov ma'lumotlari 1-jadvalda keltirilgan.
Yuborish
Korroziya oqimi zichligi kichikroq va korroziyaga chidamlilik samaradorligi yuqori bo'lganda, qoplamaning korroziyaga chidamlilik ta'siri yaxshiroq bo'ladi. 3-rasm va 1-jadvaldan ko'rinib turibdiki, korroziya vaqti 19 soat bo'lganda, yalang'och metall matritsaning maksimal korroziya kuchlanishi -0,680 V ni tashkil qiladi va matritsaning korroziya oqimi zichligi ham eng katta bo'lib, 2,890 × 10-6 A/sm2 ga etadi. Sof alumina keramik qoplamasi bilan qoplanganda, korroziya oqimi zichligi 78% gacha pasaydi va PE 22,01% ni tashkil etdi. Bu keramik qoplama yaxshiroq himoya rolini o'ynashini va neytral elektrolitda qoplamaning korroziyaga chidamliligini oshirishi mumkinligini ko'rsatadi.
Qoplamaga 0,2% mwnt-cooh-sdbs yoki 0,2% grafen qo'shilganda, korroziya oqimi zichligi pasaydi, qarshilik oshdi va qoplamaning korroziyaga chidamliligi yanada yaxshilandi, PE mos ravishda 38,48% va 40,10% ni tashkil etdi. Sirt 0,2% mwnt-cooh-sdbs va 0,2% grafen aralash alumina qoplamasi bilan qoplanganda, korroziya oqimi 2,890 × 10-6 A / sm2 dan 1,536 × 10-6 A / sm2 gacha kamayadi, maksimal qarshilik qiymati 11388 Ω dan 28079 Ω gacha oshadi va qoplamaning PE qiymati 46,85% ga yetishi mumkin. Bu tayyorlangan maqsadli mahsulot yaxshi korroziyaga chidamliligiga ega ekanligini va uglerod nanotubalari va grafenning sinergetik ta'siri keramik qoplamaning korroziyaga chidamliligini samarali ravishda oshirishi mumkinligini ko'rsatadi.
4. Qoplama empedansiga namlash vaqtining ta'siri
Qoplamaning korroziyaga chidamliligini yanada chuqurroq o'rganish uchun, namunaning elektrolitga botirish vaqtining sinovga ta'sirini hisobga olgan holda, 4-rasmda ko'rsatilganidek, turli botirish vaqtida to'rtta qoplamaning qarshiligining o'zgarish egri chiziqlari olinadi.
Yuborish
Cho'milishning dastlabki bosqichida (10 soat), qoplamaning yaxshi zichligi va tuzilishi tufayli elektrolitni qoplamaga cho'mdirish qiyin. Bu vaqtda keramik qoplama yuqori qarshilik ko'rsatadi. Bir muddat cho'mdirilgandan so'ng, qarshilik sezilarli darajada pasayadi, chunki vaqt o'tishi bilan elektrolit qoplamadagi teshiklar va yoriqlar orqali asta-sekin korroziya kanalini hosil qiladi va matritsaga kirib boradi, natijada qoplamaning qarshiligi sezilarli darajada pasayadi.
Ikkinchi bosqichda, korroziya mahsulotlari ma'lum miqdorda ko'payganda, diffuziya bloklanadi va bo'shliq asta-sekin bloklanadi. Shu bilan birga, elektrolit bog'lovchi pastki qatlam/matritsaning bog'lanish chegarasiga kirganida, suv molekulalari qoplama/matritsa birikmasida matritsadagi Fe elementi bilan reaksiyaga kirishib, yupqa metall oksidi plyonkasini hosil qiladi, bu esa elektrolitning matritsaga kirishiga to'sqinlik qiladi va qarshilik qiymatini oshiradi. Yalang'och metall matritsa elektrokimyoviy korroziyaga uchraganda, yashil flokulyant cho'kmaning katta qismi elektrolitning pastki qismida hosil bo'ladi. Qoplangan namunani elektroliz qilishda elektrolitik eritma rangini o'zgartirmadi, bu yuqoridagi kimyoviy reaksiyaning mavjudligini isbotlashi mumkin.
Qisqa ivitish vaqti va katta tashqi ta'sir omillari tufayli, elektrokimyoviy parametrlarning aniq o'zgarish munosabatlarini yanada aniqroq olish uchun 19 soat va 19,5 soatlik Tafel egri chiziqlari tahlil qilinadi. zsimpwin tahlil dasturi tomonidan olingan korroziya oqimi zichligi va qarshiligi 2-jadvalda ko'rsatilgan. Yalang'och substrat bilan solishtirganda, 19 soat davomida ivitilganda, nano qo'shimchali materiallarni o'z ichiga olgan sof alyuminiy oksidi va alyuminiy oksidi kompozit qoplamasining korroziya oqimi zichligi kichikroq va qarshilik qiymati kattaroq ekanligi aniqlandi. Uglerod nanotubalarini o'z ichiga olgan keramik qoplama va grafenni o'z ichiga olgan qoplamaning qarshilik qiymati deyarli bir xil, uglerod nanotubalari va grafen kompozit materiallari bilan qoplama tuzilishi esa sezilarli darajada oshadi. Buning sababi, bir o'lchovli uglerod nanotubalari va ikki o'lchovli grafenning sinergetik ta'siri materialning korroziyaga chidamliligini oshiradi.
Cho'milish vaqtining oshishi (19,5 soat) bilan yalang'och substratning qarshiligi oshadi, bu uning korroziyaning ikkinchi bosqichida ekanligini va substrat yuzasida metall oksidi plyonkasi hosil bo'lishini ko'rsatadi. Xuddi shunday, vaqt o'tishi bilan sof alumina keramik qoplamasining qarshiligi ham oshadi, bu shuni ko'rsatadiki, bu vaqtda keramik qoplamaning sekinlashtiruvchi ta'siri mavjud bo'lsa-da, elektrolit qoplama/matritsaning bog'lanish chegarasiga kirib, kimyoviy reaksiya orqali oksid plyonkasini hosil qilgan.
0,2% mwnt-cooh-sdbs, 0,2% grafen o'z ichiga olgan alyuminiy oksidi qoplamasi va 0,2% mwnt-cooh-sdbs va 0,2% grafen o'z ichiga olgan alyuminiy oksidi qoplamasi bilan solishtirganda, vaqt o'tishi bilan qoplama qarshiligi sezilarli darajada pasaydi, mos ravishda 22,94%, 25,60% va 9,61% ga kamaydi, bu elektrolitning bu vaqtda qoplama va substrat orasidagi birikmaga kirmaganligini ko'rsatadi. Buning sababi, uglerod nanotubalari va grafenning tuzilishi elektrolitning pastga kirishini to'sib qo'yadi va shu bilan matritsani himoya qiladi. Ikkalasining sinergetik ta'siri yanada tasdiqlanadi. Ikki nano materialdan iborat qoplama yaxshiroq korroziyaga chidamlilikka ega.
Tafel egri chizig'i va elektr impedans qiymatining o'zgarish egri chizig'i orqali grafen, uglerod nanotubalari va ularning aralashmasi bilan alyuminiy oksidi keramik qoplamasi metall matritsasining korroziyaga chidamliligini oshirishi va ikkalasining sinergetik ta'siri yopishqoq keramik qoplamaning korroziyaga chidamliligini yanada oshirishi mumkinligi aniqlandi. Nano qo'shimchalarning qoplamaning korroziyaga chidamliligiga ta'sirini yanada o'rganish uchun korroziyadan keyin qoplamaning mikro sirt morfologiyasi kuzatildi.
Yuborish
5-rasmda (A1, A2, B1, B2) korroziyadan keyin turli kattalashtirishlarda ochiq 304 zanglamaydigan po'lat va qoplangan sof alumina keramikasining sirt morfologiyasi ko'rsatilgan. 5-rasmda (A2) korroziyadan keyingi sirt qo'pol bo'lib ketishi ko'rsatilgan. Yalang'och substrat uchun elektrolitga botirilgandan so'ng sirtda bir nechta katta korroziya chuqurchalari paydo bo'ladi, bu yalang'och metall matritsasining korroziyaga chidamliligi yomonligini va elektrolitning matritsaga oson kirib borishini ko'rsatadi. Sof alumina keramik qoplamasi uchun, 5-rasmda (B2) ko'rsatilganidek, korroziyadan keyin g'ovakli korroziya kanallari hosil bo'lsa-da, sof alumina keramik qoplamasining nisbatan zich tuzilishi va a'lo darajadagi korroziyaga chidamliligi elektrolitning kirib kelishini samarali ravishda bloklaydi, bu esa alumina keramik qoplamasining impedansining samarali yaxshilanishining sababini tushuntiradi.
Yuborish
mwnt-cooh-sdbs sirt morfologiyasi, 0,2% grafen o'z ichiga olgan qoplamalar va 0,2% mwnt-cooh-sdbs va 0,2% grafen o'z ichiga olgan qoplamalar. 6-rasmdagi (B2 va C2) grafen o'z ichiga olgan ikkita qoplama tekis tuzilishga ega ekanligini, qoplamadagi zarrachalar orasidagi bog'lanish zichligini va agregat zarrachalari yopishtiruvchi bilan mahkam o'ralganligini ko'rish mumkin. Sirt elektrolit tomonidan yemirilsa-da, kamroq g'ovak kanallar hosil bo'ladi. Korroziyadan keyin qoplama yuzasi zich bo'ladi va nuqsonli tuzilmalar kam bo'ladi. 6-rasm (A1, A2) uchun, mwnt-cooh-sdbs xususiyatlari tufayli korroziyadan oldingi qoplama bir tekis taqsimlangan g'ovak strukturadir. Korroziyadan keyin asl qismning g'ovaklari torayib, uzunlashadi va kanal chuqurlashadi. 6-rasm (B2, C2) bilan taqqoslaganda, strukturada ko'proq nuqsonlar mavjud, bu elektrokimyoviy korroziya sinovidan olingan qoplama impedansi qiymatining o'lcham taqsimoti bilan mos keladi. Bu shuni ko'rsatadiki, grafenni o'z ichiga olgan alyuminiy oksidi keramik qoplamasi, ayniqsa grafen va uglerod nanotubasi aralashmasi, eng yaxshi korroziyaga chidamlilikka ega. Buning sababi, uglerod nanotubasi va grafenning tuzilishi yoriqlar tarqalishini samarali ravishda blokirovka qilishi va matritsani himoya qilishi mumkin.
5. Muhokama va xulosa
Alumina keramik qoplamasida uglerod nanotubalari va grafen qo'shimchalarining korroziyaga chidamlilik sinovi va qoplamaning sirt mikro tuzilishini tahlil qilish orqali quyidagi xulosalar chiqarildi:
(1) Korroziya vaqti 19 soat bo'lganda, 0,2% gibrid uglerod nanotubasi + 0,2% grafen aralash materialli alumina keramik qoplamasi qo'shilganda, korroziya oqimi zichligi 2,890 × 10-6 A / sm2 dan 1,536 × 10-6 A / sm2 gacha oshdi, elektr impedansi 11388 Ω dan 28079 Ω gacha oshirildi va korroziyaga chidamlilik samaradorligi eng katta, 46,85% ni tashkil etdi. Sof alumina keramik qoplamasi bilan solishtirganda, grafen va uglerod nanotubalari bilan kompozit qoplama yaxshiroq korroziyaga chidamlilikka ega.
(2) Elektrolitning cho'milish vaqti oshishi bilan elektrolit qoplama/substratning qo'shma yuzasiga kirib, metall oksidi plyonkasini hosil qiladi, bu esa elektrolitning substratga kirishiga to'sqinlik qiladi. Elektr impedansi avval pasayadi, keyin esa ortadi va sof alyumin oksidi keramik qoplamasining korroziyaga chidamliligi yomon. Uglerod nanotubalari va grafenning tuzilishi va sinergiyasi elektrolitning pastga kirishini to'sib qo'ydi. 19,5 soat davomida cho'mdirilganda, nano materiallarni o'z ichiga olgan qoplamaning elektr impedansi mos ravishda 22,94%, 25,60% va 9,61% ga kamaydi va qoplamaning korroziyaga chidamliligi yaxshi edi.
6. Qoplamaning korroziyaga chidamliligining ta'sir mexanizmi
Tafel egri chizig'i va elektr impedans qiymatining o'zgarish egri chizig'i orqali grafen, uglerod nanotubalari va ularning aralashmasi bilan alyuminiy oksidi keramik qoplamasi metall matritsasining korroziyaga chidamliligini oshirishi va ikkalasining sinergetik ta'siri yopishqoq keramik qoplamaning korroziyaga chidamliligini yanada oshirishi mumkinligi aniqlandi. Nano qo'shimchalarning qoplamaning korroziyaga chidamliligiga ta'sirini yanada o'rganish uchun korroziyadan keyin qoplamaning mikro sirt morfologiyasi kuzatildi.
5-rasmda (A1, A2, B1, B2) korroziyadan keyin turli kattalashtirishlarda ochiq 304 zanglamaydigan po'lat va qoplangan sof alumina keramikasining sirt morfologiyasi ko'rsatilgan. 5-rasmda (A2) korroziyadan keyingi sirt qo'pol bo'lib ketishi ko'rsatilgan. Yalang'och substrat uchun elektrolitga botirilgandan so'ng sirtda bir nechta katta korroziya chuqurchalari paydo bo'ladi, bu yalang'och metall matritsasining korroziyaga chidamliligi yomonligini va elektrolitning matritsaga oson kirib borishini ko'rsatadi. Sof alumina keramik qoplamasi uchun, 5-rasmda (B2) ko'rsatilganidek, korroziyadan keyin g'ovakli korroziya kanallari hosil bo'lsa-da, sof alumina keramik qoplamasining nisbatan zich tuzilishi va a'lo darajadagi korroziyaga chidamliligi elektrolitning kirib kelishini samarali ravishda bloklaydi, bu esa alumina keramik qoplamasining impedansining samarali yaxshilanishining sababini tushuntiradi.
mwnt-cooh-sdbs sirt morfologiyasi, 0,2% grafen o'z ichiga olgan qoplamalar va 0,2% mwnt-cooh-sdbs va 0,2% grafen o'z ichiga olgan qoplamalar. 6-rasmdagi (B2 va C2) grafen o'z ichiga olgan ikkita qoplama tekis tuzilishga ega ekanligini, qoplamadagi zarrachalar orasidagi bog'lanish zichligini va agregat zarrachalari yopishtiruvchi bilan mahkam o'ralganligini ko'rish mumkin. Sirt elektrolit tomonidan yemirilsa-da, kamroq g'ovak kanallar hosil bo'ladi. Korroziyadan keyin qoplama yuzasi zich bo'ladi va nuqsonli tuzilmalar kam bo'ladi. 6-rasm (A1, A2) uchun, mwnt-cooh-sdbs xususiyatlari tufayli korroziyadan oldingi qoplama bir tekis taqsimlangan g'ovak strukturadir. Korroziyadan keyin asl qismning g'ovaklari torayib, uzunlashadi va kanal chuqurlashadi. 6-rasm (B2, C2) bilan taqqoslaganda, strukturada ko'proq nuqsonlar mavjud, bu elektrokimyoviy korroziya sinovidan olingan qoplama impedansi qiymatining o'lcham taqsimoti bilan mos keladi. Bu shuni ko'rsatadiki, grafenni o'z ichiga olgan alyuminiy oksidi keramik qoplamasi, ayniqsa grafen va uglerod nanotubasi aralashmasi, eng yaxshi korroziyaga chidamlilikka ega. Buning sababi, uglerod nanotubasi va grafenning tuzilishi yoriqlar tarqalishini samarali ravishda blokirovka qilishi va matritsani himoya qilishi mumkin.
7. Muhokama va xulosa
Alumina keramik qoplamasida uglerod nanotubalari va grafen qo'shimchalarining korroziyaga chidamlilik sinovi va qoplamaning sirt mikro tuzilishini tahlil qilish orqali quyidagi xulosalar chiqarildi:
(1) Korroziya vaqti 19 soat bo'lganda, 0,2% gibrid uglerod nanotubasi + 0,2% grafen aralash materialli alumina keramik qoplamasi qo'shilganda, korroziya oqimi zichligi 2,890 × 10-6 A / sm2 dan 1,536 × 10-6 A / sm2 gacha oshdi, elektr impedansi 11388 Ω dan 28079 Ω gacha oshirildi va korroziyaga chidamlilik samaradorligi eng katta, 46,85% ni tashkil etdi. Sof alumina keramik qoplamasi bilan solishtirganda, grafen va uglerod nanotubalari bilan kompozit qoplama yaxshiroq korroziyaga chidamlilikka ega.
(2) Elektrolitning cho'milish vaqti oshishi bilan elektrolit qoplama/substratning qo'shma yuzasiga kirib, metall oksidi plyonkasini hosil qiladi, bu esa elektrolitning substratga kirishiga to'sqinlik qiladi. Elektr impedansi avval pasayadi, keyin esa ortadi va sof alyumin oksidi keramik qoplamasining korroziyaga chidamliligi yomon. Uglerod nanotubalari va grafenning tuzilishi va sinergiyasi elektrolitning pastga kirishini to'sib qo'ydi. 19,5 soat davomida cho'mdirilganda, nano materiallarni o'z ichiga olgan qoplamaning elektr impedansi mos ravishda 22,94%, 25,60% va 9,61% ga kamaydi va qoplamaning korroziyaga chidamliligi yaxshi edi.
(3) Uglerod nanotubalarining xususiyatlari tufayli, faqat uglerod nanotubalari qo'shilgan qoplama korroziyadan oldin bir tekis taqsimlangan g'ovak tuzilishga ega. Korroziyadan so'ng, asl qismning g'ovaklari torayib, uzunlashadi va kanallar chuqurlashadi. Grafen o'z ichiga olgan qoplama korroziyadan oldin tekis tuzilishga ega, qoplamadagi zarrachalar orasidagi birikma yaqin va agregat zarrachalari yopishtiruvchi bilan mahkam o'ralgan. Korroziyadan keyin sirt elektrolit tomonidan yemirilsa-da, g'ovak kanallari kam va struktura hali ham zich. Uglerod nanotubalari va grafenning tuzilishi yoriqlar tarqalishini samarali ravishda blokirovka qilishi va matritsani himoya qilishi mumkin.
Nashr vaqti: 2022-yil 9-mart