1. Preparazione del rivestimento
Per facilitare il successivo test elettrochimico, come base viene selezionato acciaio inossidabile 304 da 30 mm × 4 mm.Lucidare e rimuovere lo strato di ossido residuo e le macchie di ruggine sulla superficie del substrato con carta vetrata, metterli in un bicchiere contenente acetone, trattare le macchie sulla superficie del substrato con il pulitore a ultrasuoni bg-06c della società di elettronica Bangjie per 20 minuti, rimuovere rimuovere i residui di usura sulla superficie del substrato metallico con alcol e acqua distillata e asciugarli con un soffiatore.Quindi, allumina (Al2O3), grafene e nanotubi di carbonio ibridi (mwnt-coohsdbs) sono stati preparati in proporzione (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2) e immessi in un mulino a sfere (qm-3sp2 della fabbrica di strumenti Nanjing NANDA) per la macinazione e la miscelazione delle sfere.La velocità di rotazione del mulino a sfere è stata impostata su 220 giri/min e il mulino a sfere è stato acceso
Dopo la macinazione a sfere, impostare la velocità di rotazione del serbatoio di macinazione a sfere su 1/2 in modo alternato al termine della macinazione a sfere, e impostare la velocità di rotazione del serbatoio di macinazione a sfere su 1/2 in modo alternato dopo il completamento della macinazione a sfere.L'aggregato ceramico macinato a sfere e il legante vengono miscelati uniformemente secondo la frazione di massa di 1,0 ∶ 0,8.Infine, il rivestimento ceramico adesivo è stato ottenuto mediante processo di polimerizzazione.
2. Prova di corrosione
In questo studio, il test di corrosione elettrochimica adotta la workstation elettrochimica Shanghai Chenhua chi660e e il test adotta un sistema di test a tre elettrodi.L'elettrodo di platino è l'elettrodo ausiliario, l'elettrodo di cloruro d'argento è l'elettrodo di riferimento e il campione rivestito è l'elettrodo di lavoro, con un'area di esposizione effettiva di 1 cm2.Collegare l'elettrodo di riferimento, l'elettrodo di lavoro e l'elettrodo ausiliario nella cella elettrolitica con lo strumento, come mostrato nelle Figure 1 e 2. Prima del test, immergere il campione nell'elettrolita, che è una soluzione di NaCl al 3,5%.
3. Analisi Tafel della corrosione elettrochimica dei rivestimenti
La Fig. 3 mostra la curva di Tafel del substrato non rivestito e del rivestimento ceramico rivestito con diversi nanoadditivi dopo corrosione elettrochimica per 19 ore.I dati di tensione di corrosione, densità di corrente di corrosione e impedenza elettrica ottenuti dal test di corrosione elettrochimica sono mostrati nella Tabella 1.
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Quando la densità della corrente di corrosione è inferiore e l'efficienza della resistenza alla corrosione è maggiore, l'effetto di resistenza alla corrosione del rivestimento è migliore.Dalla Figura 3 e dalla tabella 1 si può vedere che quando il tempo di corrosione è 19 ore, la tensione di corrosione massima della matrice metallica nuda è -0,680 V e anche la densità di corrente di corrosione della matrice è la più grande, raggiungendo 2,890 × 10-6 A /cm2 。 Quando rivestito con rivestimento ceramico di allumina pura, la densità della corrente di corrosione è scesa al 78% e il PE è stato del 22,01%.Ciò dimostra che il rivestimento ceramico svolge un ruolo protettivo migliore e può migliorare la resistenza alla corrosione del rivestimento nell'elettrolita neutro.
Quando al rivestimento è stato aggiunto lo 0,2% di mwnt-cooh-sdbs o lo 0,2% di grafene, la densità della corrente di corrosione è diminuita, la resistenza è aumentata e la resistenza alla corrosione del rivestimento è stata ulteriormente migliorata, con PE rispettivamente del 38,48% e del 40,10%.Quando la superficie è rivestita con un rivestimento di allumina mista allo 0,2% di mwnt-cooh-sdbs e allo 0,2% di grafene, la corrente di corrosione viene ulteriormente ridotta da 2.890 × 10-6 A / cm2 fino a 1.536 × 10-6 A / cm2, la resistenza massima valore, aumentato da 11388 Ω a 28079 Ω, e il PE del rivestimento può raggiungere il 46,85%.Dimostra che il prodotto target preparato ha una buona resistenza alla corrosione e che l'effetto sinergico dei nanotubi di carbonio e del grafene può migliorare efficacemente la resistenza alla corrosione del rivestimento ceramico.
4. Effetto del tempo di immersione sull'impedenza del rivestimento
Per esplorare ulteriormente la resistenza alla corrosione del rivestimento, considerando l'influenza del tempo di immersione del campione nell'elettrolita sul test, si ottengono le curve di variazione della resistenza dei quattro rivestimenti a diversi tempi di immersione, come mostrato in Figura 4.
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Nella fase iniziale di immersione (10 ore), a causa della buona densità e struttura del rivestimento, è difficile immergere l'elettrolita nel rivestimento.In questo momento, il rivestimento ceramico mostra un'elevata resistenza.Dopo un periodo di immersione, la resistenza diminuisce notevolmente, poiché con il passare del tempo, l'elettrolita forma gradualmente un canale di corrosione attraverso i pori e le fessure del rivestimento e penetra nella matrice, determinando una significativa diminuzione della resistenza del rivestimento. il rivestimento.
Nella seconda fase, quando i prodotti della corrosione raggiungono una certa quantità, la diffusione viene bloccata e l'intercapedine viene gradualmente ostruita.Allo stesso tempo, quando l'elettrolita penetra nell'interfaccia di legame dello strato inferiore/matrice di legame, le molecole d'acqua reagiscono con l'elemento Fe nella matrice in corrispondenza della giunzione rivestimento/matrice per produrre una sottile pellicola di ossido di metallo, che ostacola il penetrazione dell'elettrolita nella matrice e aumenta il valore di resistenza.Quando la matrice metallica nuda viene corrosa elettrochimicamente, la maggior parte della precipitazione flocculante verde viene prodotta sul fondo dell'elettrolita.La soluzione elettrolitica non ha cambiato colore durante l'elettrolisi del campione rivestito, il che può dimostrare l'esistenza della reazione chimica di cui sopra.
A causa del breve tempo di immersione e dei grandi fattori di influenza esterni, al fine di ottenere ulteriormente l'accurata relazione di variazione dei parametri elettrochimici, vengono analizzate le curve di Tafel di 19 ore e 19,5 ore.La densità di corrente di corrosione e la resistenza ottenute dal software di analisi zsimpwin sono mostrate nella Tabella 2. Si può scoprire che quando immerso per 19 ore, rispetto al substrato nudo, la densità di corrente di corrosione dell'allumina pura e del rivestimento composito di allumina contenente materiali nano additivi sono più piccolo e il valore della resistenza è più grande.Il valore di resistenza del rivestimento ceramico contenente nanotubi di carbonio e del rivestimento contenente grafene è quasi lo stesso, mentre la struttura del rivestimento con nanotubi di carbonio e materiali compositi in grafene è significativamente migliorata, questo perché l'effetto sinergico dei nanotubi di carbonio unidimensionali e del grafene bidimensionale migliora la resistenza alla corrosione del materiale.
Con l'aumento del tempo di immersione (19,5 ore), aumenta la resistenza del substrato nudo, indicando che si trova nella seconda fase di corrosione e sulla superficie del substrato viene prodotta una pellicola di ossido metallico.Allo stesso modo, con l'aumento del tempo, aumenta anche la resistenza del rivestimento ceramico di allumina pura, indicando che in questo momento, sebbene vi sia l'effetto rallentante del rivestimento ceramico, l'elettrolita è penetrato nell'interfaccia di legame del rivestimento/matrice e ha prodotto una pellicola di ossido attraverso una reazione chimica.
Rispetto al rivestimento di allumina contenente lo 0,2% di mwnt-cooh-sdbs, al rivestimento di allumina contenente lo 0,2% di grafene e al rivestimento di allumina contenente lo 0,2% di mwnt-cooh-sdbs e allo 0,2% di grafene, la resistenza del rivestimento è diminuita significativamente con l'aumento del tempo, è diminuita rispettivamente del 22,94%, 25,60% e 9,61%, indicando che l'elettrolita non è penetrato nella giunzione tra il rivestimento e il substrato in questo momento, perché la struttura dei nanotubi di carbonio e del grafene blocca la penetrazione verso il basso dell'elettrolita, proteggendo così la matrice.L'effetto sinergico dei due viene ulteriormente verificato.Il rivestimento contenente due nanomateriali ha una migliore resistenza alla corrosione.
Attraverso la curva di Tafel e la curva di variazione del valore dell'impedenza elettrica, si è scoperto che il rivestimento ceramico di allumina con grafene, nanotubi di carbonio e la loro miscela può migliorare la resistenza alla corrosione della matrice metallica e l'effetto sinergico dei due può migliorare ulteriormente la corrosione resistenza del rivestimento ceramico adesivo.Per esplorare ulteriormente l'effetto dei nanoadditivi sulla resistenza alla corrosione del rivestimento, è stata osservata la micromorfologia superficiale del rivestimento dopo la corrosione.
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La Figura 5 (A1, A2, B1, B2) mostra la morfologia superficiale dell'acciaio inossidabile 304 esposto e della ceramica di allumina pura rivestita a diverso ingrandimento dopo la corrosione.La Figura 5 (A2) mostra che la superficie dopo la corrosione diventa ruvida.Per il substrato nudo, dopo l'immersione nell'elettrolita compaiono sulla superficie diversi grandi solchi di corrosione, indicando che la resistenza alla corrosione della matrice metallica nuda è scarsa e che l'elettrolita penetra facilmente nella matrice.Per il rivestimento ceramico di allumina pura, come mostrato nella Figura 5 (B2), sebbene dopo la corrosione vengano generati canali di corrosione porosi, la struttura relativamente densa e l'eccellente resistenza alla corrosione del rivestimento ceramico di allumina pura bloccano efficacemente l'invasione dell'elettrolita, il che spiega il motivo del miglioramento efficace dell'impedenza del rivestimento ceramico di allumina.
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Morfologia superficiale di mwnt-cooh-sdbs, rivestimenti contenenti lo 0,2% di grafene e rivestimenti contenenti lo 0,2% di mwnt-cooh-sdbs e lo 0,2% di grafene.Si può vedere che i due rivestimenti contenenti grafene nella Figura 6 (B2 e C2) hanno una struttura piatta, il legame tra le particelle nel rivestimento è stretto e le particelle aggregate sono strettamente avvolte dall'adesivo.Sebbene la superficie sia erosa dall'elettrolita, si formano meno canali porosi.Dopo la corrosione, la superficie del rivestimento è densa e sono presenti poche strutture difettose.Per la Figura 6 (A1, A2), a causa delle caratteristiche di mwnt-cooh-sdbs, il rivestimento prima della corrosione è una struttura porosa uniformemente distribuita.Dopo la corrosione, i pori della parte originale diventano stretti e lunghi e il canale diventa più profondo.Rispetto alla Figura 6 (B2, C2), la struttura presenta più difetti, il che è coerente con la distribuzione dimensionale del valore di impedenza del rivestimento ottenuto dal test di corrosione elettrochimica.Dimostra che il rivestimento ceramico di allumina contenente grafene, in particolare la miscela di grafene e nanotubi di carbonio, ha la migliore resistenza alla corrosione.Questo perché la struttura del nanotubo di carbonio e del grafene può bloccare efficacemente la diffusione delle crepe e proteggere la matrice.
5. Discussione e sintesi
Attraverso il test di resistenza alla corrosione dei nanotubi di carbonio e degli additivi di grafene sul rivestimento ceramico di allumina e l'analisi della microstruttura superficiale del rivestimento, si giungono alle seguenti conclusioni:
(1) Quando il tempo di corrosione è stato di 19 ore, aggiungendo lo 0,2% di nanotubi di carbonio ibrido + 0,2% di rivestimento ceramico di allumina e materiale misto di grafene, la densità della corrente di corrosione è aumentata da 2,890 × 10-6 A / cm2 fino a 1,536 × 10-6 A / cm2, l'impedenza elettrica aumenta da 11.388 Ω a 28.079 Ω e l'efficienza di resistenza alla corrosione è la più grande, 46,85%.Rispetto al rivestimento ceramico di allumina pura, il rivestimento composito con grafene e nanotubi di carbonio ha una migliore resistenza alla corrosione.
(2) Con l'aumento del tempo di immersione dell'elettrolita, l'elettrolita penetra nella superficie congiunta del rivestimento/substrato per produrre una pellicola di ossido metallico, che ostacola la penetrazione dell'elettrolita nel substrato.L'impedenza elettrica prima diminuisce e poi aumenta e la resistenza alla corrosione del rivestimento ceramico di allumina pura è scarsa.La struttura e la sinergia dei nanotubi di carbonio e del grafene hanno bloccato la penetrazione verso il basso dell'elettrolita.Dopo l'immersione per 19,5 ore, l'impedenza elettrica del rivestimento contenente nanomateriali è diminuita rispettivamente del 22,94%, 25,60% e 9,61% e la resistenza alla corrosione del rivestimento era buona.
6. Meccanismo d'influenza sulla resistenza alla corrosione del rivestimento
Attraverso la curva di Tafel e la curva di variazione del valore dell'impedenza elettrica, si è scoperto che il rivestimento ceramico di allumina con grafene, nanotubi di carbonio e la loro miscela può migliorare la resistenza alla corrosione della matrice metallica e l'effetto sinergico dei due può migliorare ulteriormente la corrosione resistenza del rivestimento ceramico adesivo.Per esplorare ulteriormente l'effetto dei nanoadditivi sulla resistenza alla corrosione del rivestimento, è stata osservata la micromorfologia superficiale del rivestimento dopo la corrosione.
La Figura 5 (A1, A2, B1, B2) mostra la morfologia superficiale dell'acciaio inossidabile 304 esposto e della ceramica di allumina pura rivestita a diverso ingrandimento dopo la corrosione.La Figura 5 (A2) mostra che la superficie dopo la corrosione diventa ruvida.Per il substrato nudo, dopo l'immersione nell'elettrolita compaiono sulla superficie diversi grandi solchi di corrosione, indicando che la resistenza alla corrosione della matrice metallica nuda è scarsa e che l'elettrolita penetra facilmente nella matrice.Per il rivestimento ceramico di allumina pura, come mostrato nella Figura 5 (B2), sebbene dopo la corrosione vengano generati canali di corrosione porosi, la struttura relativamente densa e l'eccellente resistenza alla corrosione del rivestimento ceramico di allumina pura bloccano efficacemente l'invasione dell'elettrolita, il che spiega il motivo del miglioramento efficace dell'impedenza del rivestimento ceramico di allumina.
Morfologia superficiale di mwnt-cooh-sdbs, rivestimenti contenenti lo 0,2% di grafene e rivestimenti contenenti lo 0,2% di mwnt-cooh-sdbs e lo 0,2% di grafene.Si può vedere che i due rivestimenti contenenti grafene nella Figura 6 (B2 e C2) hanno una struttura piatta, il legame tra le particelle nel rivestimento è stretto e le particelle aggregate sono strettamente avvolte dall'adesivo.Sebbene la superficie sia erosa dall'elettrolita, si formano meno canali porosi.Dopo la corrosione, la superficie del rivestimento è densa e sono presenti poche strutture difettose.Per la Figura 6 (A1, A2), a causa delle caratteristiche di mwnt-cooh-sdbs, il rivestimento prima della corrosione è una struttura porosa uniformemente distribuita.Dopo la corrosione, i pori della parte originale diventano stretti e lunghi e il canale diventa più profondo.Rispetto alla Figura 6 (B2, C2), la struttura presenta più difetti, il che è coerente con la distribuzione dimensionale del valore di impedenza del rivestimento ottenuto dal test di corrosione elettrochimica.Dimostra che il rivestimento ceramico di allumina contenente grafene, in particolare la miscela di grafene e nanotubi di carbonio, ha la migliore resistenza alla corrosione.Questo perché la struttura del nanotubo di carbonio e del grafene può bloccare efficacemente la diffusione delle crepe e proteggere la matrice.
7. Discussione e sintesi
Attraverso il test di resistenza alla corrosione dei nanotubi di carbonio e degli additivi di grafene sul rivestimento ceramico di allumina e l'analisi della microstruttura superficiale del rivestimento, si giungono alle seguenti conclusioni:
(1) Quando il tempo di corrosione è stato di 19 ore, aggiungendo lo 0,2% di nanotubi di carbonio ibrido + 0,2% di rivestimento ceramico di allumina e materiale misto di grafene, la densità della corrente di corrosione è aumentata da 2,890 × 10-6 A / cm2 fino a 1,536 × 10-6 A / cm2, l'impedenza elettrica aumenta da 11.388 Ω a 28.079 Ω e l'efficienza di resistenza alla corrosione è la più grande, 46,85%.Rispetto al rivestimento ceramico di allumina pura, il rivestimento composito con grafene e nanotubi di carbonio ha una migliore resistenza alla corrosione.
(2) Con l'aumento del tempo di immersione dell'elettrolita, l'elettrolita penetra nella superficie congiunta del rivestimento/substrato per produrre una pellicola di ossido metallico, che ostacola la penetrazione dell'elettrolita nel substrato.L'impedenza elettrica prima diminuisce e poi aumenta e la resistenza alla corrosione del rivestimento ceramico di allumina pura è scarsa.La struttura e la sinergia dei nanotubi di carbonio e del grafene hanno bloccato la penetrazione verso il basso dell'elettrolita.Dopo l'immersione per 19,5 ore, l'impedenza elettrica del rivestimento contenente nanomateriali è diminuita rispettivamente del 22,94%, 25,60% e 9,61% e la resistenza alla corrosione del rivestimento era buona.
(3) A causa delle caratteristiche dei nanotubi di carbonio, il rivestimento aggiunto solo con nanotubi di carbonio ha una struttura porosa uniformemente distribuita prima della corrosione.Dopo la corrosione, i pori della parte originale diventano stretti e lunghi e i canali diventano più profondi.Il rivestimento contenente grafene ha una struttura piatta prima della corrosione, la combinazione tra le particelle nel rivestimento è stretta e le particelle aggregate sono strettamente avvolte dall'adesivo.Sebbene la superficie venga erosa dall'elettrolita dopo la corrosione, sono presenti pochi canali dei pori e la struttura è ancora densa.La struttura dei nanotubi di carbonio e del grafene può bloccare efficacemente la propagazione delle crepe e proteggere la matrice.
Orario di pubblicazione: 09-marzo-2022