1. Подготовка покрытия
Чтобы облегчить последующее электрохимическое испытание, в качестве основы выбрана нержавеющая сталь 304 размером 30 мм × 4 мм.Отполируйте и удалите остаточный оксидный слой и пятна ржавчины на поверхности подложки наждачной бумагой, поместите их в стакан с ацетоном, пятна на поверхности подложки обработайте ультразвуковым очистителем bg-06c компании Bangjie Electronics в течение 20 мин, удалите остатки износа на поверхности металлической подложки спиртом и дистиллированной водой и просушивают их воздуходувкой.Затем были приготовлены оксид алюминия (Al2O3), графен и гибридные углеродные нанотрубки (mwnt-coohsdbs) в пропорциях (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) и помещены в шаровая мельница (qm-3sp2 Нанкинского приборостроительного завода NANDA) для шарового измельчения и смешивания.Скорость вращения шаровой мельницы была установлена на 220 об/мин, и шаровая мельница была включена в режим
После шарового измельчения установите скорость вращения шарового мельницы на 1/2 попеременно после завершения шарового измельчения и установите скорость вращения шарового мельницы на 1/2 попеременно после завершения шарового измельчения.Перемолотый в шаровой мельнице керамический заполнитель и связующее смешивают равномерно из расчета массовой доли 1,0 ∶ 0,8.Наконец, путем отверждения было получено клейкое керамическое покрытие.
2. Испытание на коррозию
В этом исследовании для испытания на электрохимическую коррозию используется электрохимическая рабочая станция Shanghai Chenhua chi660e, а для испытания используется трехэлектродная испытательная система.Платиновый электрод является вспомогательным электродом, хлоридсеребряный электрод — электродом сравнения, а образец с покрытием — рабочим электродом с эффективной площадью воздействия 1 см2.Соедините электрод сравнения, рабочий электрод и вспомогательный электрод в электролитической ячейке с прибором, как показано на рисунках 1 и 2. Перед испытанием замочите образец в электролите, который представляет собой 3,5% раствор NaCl.
3. Тафелевский анализ электрохимической коррозии покрытий.
На рис. 3 представлена кривая Тафеля для подложки без покрытия и керамического покрытия с различными нанодобавками после электрохимической коррозии в течение 19 часов.Коррозионное напряжение, плотность тока коррозии и данные испытаний электрического импеданса, полученные в результате испытаний на электрохимическую коррозию, показаны в Таблице 1.
Представлять на рассмотрение
Когда плотность тока коррозии меньше, а эффективность коррозионной стойкости выше, эффект коррозионной стойкости покрытия лучше.Из рисунка 3 и таблицы 1 видно, что при времени коррозии 19 часов максимальное напряжение коррозии голой металлической матрицы составляет -0,680 В, а плотность тока коррозии матрицы также наибольшая, достигая 2,890×10-6 А. /см2. При нанесении керамического покрытия из чистого оксида алюминия плотность тока коррозии снизилась до 78%, а PE составила 22,01%.Это показывает, что керамическое покрытие играет лучшую защитную роль и может улучшить коррозионную стойкость покрытия в нейтральном электролите.
При добавлении в покрытие 0,2% mwnt-cooh-sdbs или 0,2% графена плотность тока коррозии уменьшалась, сопротивление увеличивалось, а коррозионная стойкость покрытия еще больше улучшалась: PE составляла 38,48% и 40,10% соответственно.При покрытии поверхности 0,2% МКНТ-кох-СДБС и 0,2% графенового покрытия из смешанного глинозема ток коррозии дополнительно снижается с 2,890×10-6 А/см2 до 1,536×10-6 А/см2, максимальное сопротивление значение увеличилось с 11388 Ом до 28079 Ом, а PE покрытия может достигать 46,85%.Это показывает, что приготовленный целевой продукт обладает хорошей коррозионной стойкостью, а синергетический эффект углеродных нанотрубок и графена может эффективно улучшить коррозионную стойкость керамического покрытия.
4. Влияние времени выдержки на сопротивление покрытия
Для дальнейшего изучения коррозионной стойкости покрытия с учетом влияния времени погружения образца в электролит на испытание получены кривые изменения сопротивления четырех покрытий при разном времени погружения, как показано на рисунке. 4.
Представлять на рассмотрение
На начальном этапе погружения (10 ч) из-за хорошей плотности и структуры покрытия электролит трудно погружается в покрытие.В это время керамическое покрытие проявляет высокую стойкость.После выдержки в течение определенного периода времени сопротивление значительно снижается, так как с течением времени электролит постепенно образует коррозионный канал через поры и трещины покрытия и проникает в матрицу, что приводит к значительному снижению сопротивления покрытие.
На втором этапе, когда продукты коррозии увеличиваются до определенного количества, диффузия блокируется и зазор постепенно перекрывается.В то же время, когда электролит проникает в границу раздела связующего нижнего слоя/матрицы, молекулы воды вступают в реакцию с элементом Fe в матрице на стыке покрытие/матрица с образованием тонкой пленки оксида металла, которая препятствует проникновение электролита в матрицу и увеличение значения сопротивления.Когда голая металлическая матрица подвергается электрохимической коррозии, большая часть зеленых хлопьевидных осадков образуется на дне электролита.Электролитический раствор не изменил цвет при электролизе образца с покрытием, что может свидетельствовать о существовании указанной выше химической реакции.
Из-за короткого времени выдержки и больших внешних факторов влияния, чтобы в дальнейшем получить точную зависимость изменения электрохимических параметров, анализируются кривые Тафеля 19 часов и 19,5 часов.Плотность тока коррозии и сопротивление, полученные с помощью программного обеспечения для анализа zsimpwin, показаны в таблице 2. Можно обнаружить, что при выдержке в течение 19 часов по сравнению с голой подложкой плотность тока коррозии чистого оксида алюминия и композитного покрытия из оксида алюминия, содержащего нанодобавки, составляет меньше, а значение сопротивления больше.Значение сопротивления керамического покрытия, содержащего углеродные нанотрубки, и покрытия, содержащего графен, практически одинаково, в то время как структура покрытия с углеродными нанотрубками и графеновыми композиционными материалами значительно улучшена. Это связано с синергическим эффектом одномерных углеродных нанотрубок и двумерного графена. повышает коррозионную стойкость материала.
С увеличением времени погружения (19,5 ч) сопротивление голой подложки увеличивается, что указывает на то, что она находится на второй стадии коррозии и на поверхности подложки образуется пленка оксида металла.Аналогичным образом, с увеличением времени сопротивление керамического покрытия из чистого оксида алюминия также увеличивается, что указывает на то, что в это время, хотя и наблюдается замедляющий эффект керамического покрытия, электролит проник в границу раздела покрытия/матрицы и образовал оксидную пленку. посредством химической реакции.
По сравнению с покрытием из оксида алюминия, содержащим 0,2% mwnt-cooh-sdbs, покрытием из оксида алюминия, содержащим 0,2% графена, и покрытием из оксида алюминия, содержащим 0,2% mwnt-cooh-sdbs и 0,2% графена, стойкость покрытия значительно снижалась с увеличением времени, уменьшалась на 22,94%, 25,60% и 9,61% соответственно, что указывает на то, что электролит в это время не проник в стык между покрытием и подложкой. Это связано с тем, что структура углеродных нанотрубок и графена блокирует проникновение электролита вниз, тем самым защищая матрица.Синергетический эффект этих двух факторов дополнительно подтвержден.Покрытие, содержащее два наноматериала, обладает лучшей коррозионной стойкостью.
С помощью кривой Тафеля и кривой изменения значения электрического импеданса обнаружено, что керамическое покрытие из оксида алюминия с графеном, углеродными нанотрубками и их смесью может улучшить коррозионную стойкость металлической матрицы, а синергетический эффект этих двух материалов может еще больше улучшить коррозию. стойкость клеевого керамического покрытия.Для дальнейшего изучения влияния нанодобавок на коррозионную стойкость покрытия была изучена морфология микроповерхности покрытия после коррозии.
Представлять на рассмотрение
На рисунке 5 (A1, A2, B1, B2) показана морфология поверхности открытой нержавеющей стали 304 и керамики из чистого глинозема с покрытием при различном увеличении после коррозии.На рисунке 5 (А2) видно, что поверхность после коррозии становится шероховатой.Для голой подложки после погружения в электролит на поверхности появляется несколько крупных коррозионных ямок, что указывает на низкую коррозионную стойкость голой металлической матрицы и легкость проникновения электролита в матрицу.Для керамического покрытия из чистого оксида алюминия, как показано на рисунке 5 (B2), хотя после коррозии образуются пористые каналы коррозии, относительно плотная структура и отличная коррозионная стойкость керамического покрытия из чистого оксида алюминия эффективно блокируют проникновение электролита, что объясняет причину эффективное улучшение импеданса оксидно-глиноземного керамического покрытия.
Представлять на рассмотрение
Морфология поверхности МВНТ-Кух-СДБС, покрытий, содержащих 0,2% графена, и покрытий, содержащих 0,2% МВНТ-Кух-СДБС и 0,2% графена.Видно, что два покрытия, содержащие графен на рисунке 6 (B2 и C2), имеют плоскую структуру, связь между частицами в покрытии плотная, а агрегатные частицы плотно обернуты клеем.Хотя поверхность размывается электролитом, образуется меньше поровых каналов.После коррозии поверхность покрытия плотная, дефектных структур мало.На рисунке 6 (А1, А2) благодаря характеристикам mwnt-cooh-sdbs покрытие до коррозии представляет собой равномерно распределенную пористую структуру.После коррозии поры исходной детали становятся узкими и длинными, а канал становится более глубоким.По сравнению с рисунком 6 (B2, C2), структура имеет больше дефектов, что соответствует распределению по размерам значения импеданса покрытия, полученному в результате испытания на электрохимическую коррозию.Это показывает, что керамическое покрытие из оксида алюминия, содержащее графен, особенно смесь графена и углеродных нанотрубок, обладает лучшей коррозионной стойкостью.Это связано с тем, что структура углеродных нанотрубок и графена может эффективно блокировать диффузию трещин и защищать матрицу.
5. Обсуждение и резюме
По результатам испытаний на коррозионную стойкость углеродных нанотрубок и добавок графена на керамическом покрытии из глинозема и анализа микроструктуры поверхности покрытия были сделаны следующие выводы:
(1) Когда время коррозии составляло 19 часов, при добавлении 0,2% гибридной углеродной нанотрубки + 0,2% графена, смешанного материала, глиноземокерамического покрытия, плотность тока коррозии увеличилась с 2,890 × 10-6 А/см2 до 1,536 × 10-6 А/см2. см2, электрический импеданс увеличивается с 11388 Ом до 28079 Ом, а эффективность коррозионной стойкости достигает наибольшего значения – 46,85%.По сравнению с керамическим покрытием из чистого оксида алюминия, композитное покрытие с графеном и углеродными нанотрубками обладает лучшей коррозионной стойкостью.
(2) С увеличением времени погружения электролита электролит проникает в стыковку поверхности покрытия/подложки с образованием пленки оксида металла, которая препятствует проникновению электролита в подложку.Электрический импеданс сначала уменьшается, а затем увеличивается, а коррозионная стойкость керамического покрытия из чистого оксида алюминия низкая.Структура и синергия углеродных нанотрубок и графена блокировали проникновение электролита вниз.При выдержке в течение 19,5 ч электрический импеданс покрытия, содержащего наноматериалы, снизился на 22,94%, 25,60% и 9,61% соответственно, а коррозионная стойкость покрытия была хорошей.
6. Механизм влияния на коррозионную стойкость покрытий.
С помощью кривой Тафеля и кривой изменения значения электрического импеданса обнаружено, что керамическое покрытие из оксида алюминия с графеном, углеродными нанотрубками и их смесью может улучшить коррозионную стойкость металлической матрицы, а синергетический эффект этих двух материалов может еще больше улучшить коррозию. стойкость клеевого керамического покрытия.Для дальнейшего изучения влияния нанодобавок на коррозионную стойкость покрытия была изучена морфология микроповерхности покрытия после коррозии.
На рисунке 5 (A1, A2, B1, B2) показана морфология поверхности открытой нержавеющей стали 304 и керамики из чистого глинозема с покрытием при различном увеличении после коррозии.На рисунке 5 (А2) видно, что поверхность после коррозии становится шероховатой.Для голой подложки после погружения в электролит на поверхности появляется несколько крупных коррозионных ямок, что указывает на низкую коррозионную стойкость голой металлической матрицы и легкость проникновения электролита в матрицу.Для керамического покрытия из чистого оксида алюминия, как показано на рисунке 5 (B2), хотя после коррозии образуются пористые каналы коррозии, относительно плотная структура и отличная коррозионная стойкость керамического покрытия из чистого оксида алюминия эффективно блокируют проникновение электролита, что объясняет причину эффективное улучшение импеданса оксидно-глиноземного керамического покрытия.
Морфология поверхности МВНТ-Кух-СДБС, покрытий, содержащих 0,2% графена, и покрытий, содержащих 0,2% МВНТ-Кух-СДБС и 0,2% графена.Видно, что два покрытия, содержащие графен на рисунке 6 (B2 и C2), имеют плоскую структуру, связь между частицами в покрытии плотная, а агрегатные частицы плотно обернуты клеем.Хотя поверхность размывается электролитом, образуется меньше поровых каналов.После коррозии поверхность покрытия плотная, дефектных структур мало.На рисунке 6 (А1, А2) благодаря характеристикам mwnt-cooh-sdbs покрытие до коррозии представляет собой равномерно распределенную пористую структуру.После коррозии поры исходной детали становятся узкими и длинными, а канал становится более глубоким.По сравнению с рисунком 6 (B2, C2), структура имеет больше дефектов, что соответствует распределению по размерам значения импеданса покрытия, полученному в результате испытания на электрохимическую коррозию.Это показывает, что керамическое покрытие из оксида алюминия, содержащее графен, особенно смесь графена и углеродных нанотрубок, обладает лучшей коррозионной стойкостью.Это связано с тем, что структура углеродных нанотрубок и графена может эффективно блокировать диффузию трещин и защищать матрицу.
7. Обсуждение и резюме
По результатам испытаний на коррозионную стойкость углеродных нанотрубок и добавок графена на керамическом покрытии из глинозема и анализа микроструктуры поверхности покрытия были сделаны следующие выводы:
(1) Когда время коррозии составляло 19 часов, при добавлении 0,2% гибридной углеродной нанотрубки + 0,2% графена, смешанного материала, глиноземокерамического покрытия, плотность тока коррозии увеличилась с 2,890 × 10-6 А/см2 до 1,536 × 10-6 А/см2. см2, электрический импеданс увеличивается с 11388 Ом до 28079 Ом, а эффективность коррозионной стойкости достигает наибольшего значения – 46,85%.По сравнению с керамическим покрытием из чистого оксида алюминия, композитное покрытие с графеном и углеродными нанотрубками обладает лучшей коррозионной стойкостью.
(2) С увеличением времени погружения электролита электролит проникает в стыковку поверхности покрытия/подложки с образованием пленки оксида металла, которая препятствует проникновению электролита в подложку.Электрический импеданс сначала уменьшается, а затем увеличивается, а коррозионная стойкость керамического покрытия из чистого оксида алюминия низкая.Структура и синергия углеродных нанотрубок и графена блокировали проникновение электролита вниз.При выдержке в течение 19,5 ч электрический импеданс покрытия, содержащего наноматериалы, снизился на 22,94%, 25,60% и 9,61% соответственно, а коррозионная стойкость покрытия была хорошей.
(3) Из-за характеристик углеродных нанотрубок покрытие, добавленное только из углеродных нанотрубок, до коррозии имеет равномерно распределенную пористую структуру.После коррозии поры исходной детали становятся узкими и длинными, а каналы – более глубокими.Покрытие, содержащее графен, до коррозии имеет плоскую структуру, соединение частиц в покрытии плотное, а агрегатные частицы плотно обернуты клеем.Хотя после коррозии поверхность размывается электролитом, поровых каналов мало, а структура остается плотной.Структура углеродных нанотрубок и графена может эффективно блокировать распространение трещин и защищать матрицу.
Время публикации: 9 марта 2022 г.