banner

מחקר על עמידות בפני קורוזיה של ציפוי קרמי אלומינה מחוזק באמצעות ננו-צינור גרפן/פחמן

1. הכנת ציפוי
על מנת להקל על הבדיקה האלקטרוכימית המאוחרת, נבחר 30 מ"מ × 4 מ"מ נירוסטה 304 כבסיס.להבריק ולהסיר את שאריות שכבת התחמוצת וכתמי החלודה על פני המצע בנייר זכוכית, לשים אותם לתוך כוס המכילה אצטון, לטפל בכתמים על פני המצע עם ניקוי קולי bg-06c של חברת Bangjie Electronics למשך 20 דקות, להסיר ללבוש את הפסולת על פני מצע המתכת עם אלכוהול ומים מזוקקים, ולייבש אותם עם מפוח.לאחר מכן, אלומינה (Al2O3), גרפן וננו-צינור פחמן היברידי (mwnt-coohsdbs) הוכנו בפרופורציה (100: 0: 0, 99.8: 0.2: 0, 99.8: 0: 0.2, 99.6: 0.2: 0.2), והוכנסו לתוך טחנת כדורים (qm-3sp2 של מפעל מכשירי נאנג'ינג NANDA) לטחינה וערבול בכדורים.מהירות הסיבוב של טחנת הכדורים הוגדרה ל-220 ר' לדקה, וטחנת הכדורים הופנתה ל-

לאחר כרסום הכדור, הגדר את מהירות הסיבוב של מיכל הטחינה בכדור ל-1/2 לסירוגין לאחר השלמת כרסום הכדור, והגדר את מהירות הסיבוב של מיכל הטחינה בכדור ל-1/2 לסירוגין לאחר השלמת כרסום הכדור.האגרגט הקרמי והקלסר הטחונים בכדור מעורבבים באופן שווה לפי חלק המסה של 1.0 ∶ 0.8.לבסוף, הציפוי הקרמי הדביק הושג בתהליך ריפוי.

2. בדיקת קורוזיה
במחקר זה, בדיקת הקורוזיה האלקטרוכימית מאמצת את תחנת העבודה האלקטרוכימית של Shanghai Chenhua chi660e, והבדיקה מאמצת מערכת בדיקת שלוש אלקטרודות.אלקטרודת הפלטינה היא אלקטרודת העזר, אלקטרודת כסף כלוריד כסף היא אלקטרודת הייחוס, והדגימה המצופה היא האלקטרודה הפועלת, עם שטח חשיפה יעיל של 1 ס"מ2.חבר את אלקטרודת הייחוס, האלקטרודה הפועלת ואלקטרודת העזר בתא האלקטרוליטי עם המכשיר, כפי שמוצג באיורים 1 ו-2. לפני הבדיקה, יש להשרות את הדגימה באלקטרוליט, שהיא תמיסה של 3.5% NaCl.

3. ניתוח טפל של קורוזיה אלקטרוכימית של ציפויים
איור 3 מציג את עקומת ה-Tafel של מצע לא מצופה וציפוי קרמי מצופה בתוספי ננו שונים לאחר קורוזיה אלקטרוכימית למשך 19 שעות.נתוני מתח הקורוזיה, צפיפות זרם הקורוזיה ובדיקת העכבה החשמלית שהתקבלו מבדיקת קורוזיה אלקטרוכימית מוצגים בטבלה 1.

שלח
כאשר צפיפות זרם הקורוזיה קטנה יותר ויעילות עמידות בפני קורוזיה גבוהה יותר, השפעת העמידות בפני קורוזיה של הציפוי טובה יותר.ניתן לראות מאיור 3 ומטבלה 1 שכאשר זמן הקורוזיה הוא 19 שעות, מתח הקורוזיה המרבי של מטריצת מתכת חשופה הוא -0.680 וולט, וצפיפות זרם הקורוזיה של המטריצה ​​היא גם הגדולה ביותר, ומגיעה ל-2.890 × 10-6 A /cm2 。 כאשר ציפוי בציפוי קרמי אלומינה טהור, צפיפות זרם הקורוזיה ירדה ל-78% וה-PE היה 22.01%.זה מראה שהציפוי הקרמי ממלא תפקיד מגן טוב יותר ויכול לשפר את עמידות הקורוזיה של הציפוי באלקטרוליט ניטרלי.

כאשר 0.2% mwnt-cooh-sdbs או 0.2% גרפן נוספו לציפוי, צפיפות זרם הקורוזיה ירדה, ההתנגדות עלתה, ועמידות הציפוי בפני קורוזיה שופרה עוד יותר, עם PE של 38.48% ו-40.10% בהתאמה.כאשר פני השטח מצופים ב-0.2% mwnt-cooh-sdbs ו-0.2% ציפוי אלומינה מעורב גרפן, זרם הקורוזיה מופחת עוד יותר מ-2.890 × 10-6 A/cm2 עד ל-1.536 × 10-6 A/cm2, ההתנגדות המקסימלית. ערך, עלה מ-11388 Ω ל- 28079 Ω, וה-PE של הציפוי יכול להגיע ל-46.85%.זה מראה שלמוצר היעד המוכן יש עמידות טובה בפני קורוזיה, והאפקט הסינרגטי של ננו-צינורות פחמן וגרפין יכול לשפר ביעילות את עמידות הקורוזיה של ציפוי קרמי.

4. השפעת זמן ההשריה על עכבת הציפוי
על מנת להמשיך ולחקור את התנגדות הקורוזיה של הציפוי, בהתחשב בהשפעת זמן הטבילה של הדגימה באלקטרוליט על הבדיקה, מתקבלות עקומות השינוי של ההתנגדות של ארבעת הציפויים בזמן טבילה שונה, כפי שמוצג באיור. 4.

שלח
בשלב הראשוני של הטבילה (10 שעות), בגלל הצפיפות והמבנה הטובים של הציפוי, קשה לטבול את האלקטרוליט בציפוי.בשלב זה, הציפוי הקרמי מראה עמידות גבוהה.לאחר השרייה לפרק זמן ההתנגדות יורדת משמעותית, שכן עם חלוף הזמן האלקטרוליט יוצר בהדרגה תעלת קורוזיה דרך הנקבוביות והסדקים בציפוי וחודר לתוך המטריצה, וכתוצאה מכך ירידה משמעותית בהתנגדות של הציפוי.

בשלב השני, כאשר תוצרי הקורוזיה עולים לכמות מסוימת, הדיפוזיה נחסמת והפער נחסם בהדרגה.יחד עם זאת, כאשר האלקטרוליט חודר לתוך ממשק ההתקשרות של השכבה התחתונה / המטריצה ​​המלכדת, מולקולות המים יגיבו עם אלמנט Fe במטריקס בצומת הציפוי / המטריצה ​​כדי לייצר סרט תחמוצת מתכת דק, אשר מעכב את חדירת האלקטרוליט לתוך המטריצה ​​ומגבירה את ערך ההתנגדות.כאשר מטריצת המתכת החשופה מושחתת באופן אלקטרוכימי, רוב המשקעים התורכים הירוקים מיוצרים בתחתית האלקטרוליט.התמיסה האלקטרוליטית לא שינתה את צבעה בעת ביצוע אלקטרוליזה של המדגם המצופה, מה שיכול להוכיח את קיומה של התגובה הכימית לעיל.

בשל זמן ההשריה הקצר וגורמי ההשפעה החיצוניים הגדולים, על מנת לקבל עוד יותר את יחסי השינוי המדויקים של פרמטרים אלקטרוכימיים, מנותחות עקומות Tafel של 19 שעות ו-19.5 שעות.צפיפות זרם הקורוזיה וההתנגדות המתקבלות על ידי תוכנת ניתוח zsimpwin מוצגות בטבלה 2. ניתן לגלות כי בהשרייה למשך 19 שעות, בהשוואה למצע החשוף, צפיפות זרם הקורוזיה של אלומינה טהורה וציפוי מרוכב אלומינה המכילים חומרים תוספים ננו הם קטן יותר וערך ההתנגדות גדול יותר.ערך ההתנגדות של ציפוי קרמי המכיל ננו-צינורות פחמן וציפוי המכיל גרפן כמעט זהה, בעוד שמבנה הציפוי עם ננו-צינורות פחמן וחומרים מרוכבים של גרפן מוגבר באופן משמעותי. משפר את עמידות החומר בפני קורוזיה.

עם העלייה של זמן הטבילה (19.5 שעות), ההתנגדות של מצע חשוף עולה, מה שמעיד על כך שהוא בשלב השני של קורוזיה וסרט תחמוצת מתכת מיוצר על פני המצע.באופן דומה, עם עליית הזמן, העמידות של ציפוי קרמי אלומינה טהור עולה גם היא, מה שמעיד על כך שבזמן זה, למרות שיש את האפקט האטה של ​​ציפוי קרמי, האלקטרוליט חדר לממשק ההתקשרות של ציפוי/מטריקס, ויצר סרט תחמוצת. באמצעות תגובה כימית.
בהשוואה לציפוי האלומינה המכיל 0.2% mwnt-cooh-sdbs, ציפוי האלומינה המכיל 0.2% גרפן וציפוי האלומינה המכיל 0.2% mwnt-cooh-sdbs ו-0.2% גרפן, התנגדות הציפוי ירדה משמעותית עם עליית הזמן, ירדה ב-22.94%, 25.60% ו-9.61% בהתאמה, מה שמצביע על כך שהאלקטרוליט לא חדר לתוך המפרק בין הציפוי למצע בשלב זה. הסיבה לכך היא שהמבנה של ננו-צינורות פחמן וגרפן חוסם את החדירה כלפי מטה של ​​האלקטרוליט, ובכך מגן המטריקס.ההשפעה הסינרגטית של השניים מאומתת עוד יותר.לציפוי המכיל שני חומרים ננו יש עמידות טובה יותר בפני קורוזיה.

דרך עקומת הטאפל ועקומת השינוי של ערך העכבה החשמלית, נמצא שהציפוי הקרמי מאלומינה עם גרפן, ננו-צינורות פחמן ותערובתם יכולים לשפר את עמידות הקורוזיה של מטריצת מתכת, והאפקט הסינרגטי של השניים יכול לשפר עוד יותר את הקורוזיה עמידות של ציפוי קרמי דביק.על מנת להמשיך ולחקור את ההשפעה של תוספים ננו על עמידות הקורוזיה של הציפוי, נצפתה המורפולוגיה המיקרו-משטחית של הציפוי לאחר קורוזיה.

שלח

איור 5 (A1, A2, B1, B2) מציג את המורפולוגיה של פני השטח של פלדת אל חלד 304 חשופה וקרמיקת אלומינה טהורה מצופה בהגדלה שונה לאחר קורוזיה.איור 5 (A2) מראה שהמשטח לאחר קורוזיה הופך מחוספס.עבור המצע החשוף, מספר בורות קורוזיה גדולים מופיעים על פני השטח לאחר טבילה באלקטרוליט, מה שמעיד על כך שעמידות הקורוזיה של מטריצת המתכת החשופה היא ירודה והאלקטרוליט קל לחדור לתוך המטריצה.עבור ציפוי קרמי אלומינה טהור, כפי שמוצג באיור 5 (B2), למרות שתעלות קורוזיה נקבוביות נוצרות לאחר קורוזיה, המבנה הצפוף יחסית ועמידות בפני קורוזיה מעולה של ציפוי קרמי אלומינה טהור חוסמים למעשה את פלישת האלקטרוליט, מה שמסביר את הסיבה שיפור יעיל של העכבה של ציפוי קרמי אלומינה.

שלח

מורפולוגיה של פני השטח של mwnt-cooh-sdbs, ציפויים המכילים 0.2% גרפן וציפויים המכילים 0.2% mwnt-cooh-sdbs ו-0.2% גרפן.ניתן לראות שלשני הציפויים המכילים גרפן באיור 6 (B2 ו-C2) יש מבנה שטוח, הקישור בין החלקיקים בציפוי הדוק, וחלקיקי המצטבר עטופים בחוזקה על ידי דבק.למרות שהמשטח נשחק על ידי אלקטרוליט, נוצרות פחות תעלות נקבוביות.לאחר קורוזיה, משטח הציפוי צפוף ויש מעט מבנים פגומים.עבור איור 6 (A1, A2), בשל המאפיינים של mwnt-cooh-sdbs, הציפוי לפני קורוזיה הוא מבנה נקבובי המופץ באופן אחיד.לאחר קורוזיה, הנקבוביות של החלק המקורי הופכות צרות וארוכות, והתעלה נעשית עמוקה יותר.בהשוואה לאיור 6 (B2, C2), למבנה יש יותר פגמים, מה שעולה בקנה אחד עם התפלגות הגודל של ערך עכבת הציפוי המתקבל מבדיקת קורוזיה אלקטרוכימית.זה מראה שלציפוי הקרמי האלומינה המכיל גרפן, במיוחד התערובת של גרפן וננו-צינורית פחמן, יש את העמידות הטובה ביותר בפני קורוזיה.הסיבה לכך היא שהמבנה של ננו-צינור פחמן וגרפן יכול לחסום ביעילות את פיזור הסדקים ולהגן על המטריצה.

5. דיון וסיכום
באמצעות בדיקת עמידות בפני קורוזיה של ננו-צינורות פחמן ותוספי גרפן על ציפוי קרמי אלומינה וניתוח המיקרו-מבנה של פני השטח של הציפוי, מתקבלות המסקנות הבאות:

(1) כאשר זמן הקורוזיה היה 19 שעות, הוספת ננו-צינור פחמן היברידי של 0.2% + 0.2% ציפוי קרמי של חומר מעורב גרפן אלומינה, צפיפות זרם הקורוזיה עלתה מ-2.890 × 10-6 A/cm2 ל-1.536 × 10-6 A/ cm2, העכבה החשמלית גדלה מ-11388 Ω ל-28079 Ω, ויעילות עמידות בפני קורוזיה היא הגדולה ביותר, 46.85%.בהשוואה לציפוי קרמי אלומינה טהור, לציפוי המרוכב עם גרפן וצינורות פחמן יש עמידות טובה יותר בפני קורוזיה.

(2) עם הגדלת זמן הטבילה של האלקטרוליט, האלקטרוליט חודר למשטח המשותף של הציפוי / המצע כדי לייצר סרט תחמוצת מתכת, אשר מעכב את חדירת האלקטרוליט אל המצע.העכבה החשמלית תחילה יורדת ולאחר מכן עולה, ועמידות הקורוזיה של ציפוי קרמי אלומינה טהור ירודה.המבנה והסינרגיה של ננו-צינורות פחמן וגרפן חסמו את החדירה כלפי מטה של ​​אלקטרוליט.כשהשרה במשך 19.5 שעות, העכבה החשמלית של הציפוי המכיל חומרים ננו ירדה ב-22.94%, 25.60% ו-9.61% בהתאמה, ועמידות הציפוי בפני קורוזיה הייתה טובה.

6. מנגנון השפעה של עמידות בפני קורוזיה ציפוי
דרך עקומת הטאפל ועקומת השינוי של ערך העכבה החשמלית, נמצא שהציפוי הקרמי מאלומינה עם גרפן, ננו-צינורות פחמן ותערובתם יכולים לשפר את עמידות הקורוזיה של מטריצת מתכת, והאפקט הסינרגטי של השניים יכול לשפר עוד יותר את הקורוזיה עמידות של ציפוי קרמי דביק.על מנת להמשיך ולחקור את ההשפעה של תוספים ננו על עמידות הקורוזיה של הציפוי, נצפתה המורפולוגיה המיקרו-משטחית של הציפוי לאחר קורוזיה.

איור 5 (A1, A2, B1, B2) מציג את המורפולוגיה של פני השטח של פלדת אל חלד 304 חשופה וקרמיקת אלומינה טהורה מצופה בהגדלה שונה לאחר קורוזיה.איור 5 (A2) מראה שהמשטח לאחר קורוזיה הופך מחוספס.עבור המצע החשוף, מספר בורות קורוזיה גדולים מופיעים על פני השטח לאחר טבילה באלקטרוליט, מה שמעיד על כך שעמידות הקורוזיה של מטריצת המתכת החשופה היא ירודה והאלקטרוליט קל לחדור לתוך המטריצה.עבור ציפוי קרמי אלומינה טהור, כפי שמוצג באיור 5 (B2), למרות שתעלות קורוזיה נקבוביות נוצרות לאחר קורוזיה, המבנה הצפוף יחסית ועמידות בפני קורוזיה מעולה של ציפוי קרמי אלומינה טהור חוסמים למעשה את פלישת האלקטרוליט, מה שמסביר את הסיבה שיפור יעיל של העכבה של ציפוי קרמי אלומינה.

מורפולוגיה של פני השטח של mwnt-cooh-sdbs, ציפויים המכילים 0.2% גרפן וציפויים המכילים 0.2% mwnt-cooh-sdbs ו-0.2% גרפן.ניתן לראות שלשני הציפויים המכילים גרפן באיור 6 (B2 ו-C2) יש מבנה שטוח, הקישור בין החלקיקים בציפוי הדוק, וחלקיקי המצטבר עטופים בחוזקה על ידי דבק.למרות שהמשטח נשחק על ידי אלקטרוליט, נוצרות פחות תעלות נקבוביות.לאחר קורוזיה, משטח הציפוי צפוף ויש מעט מבנים פגומים.עבור איור 6 (A1, A2), בשל המאפיינים של mwnt-cooh-sdbs, הציפוי לפני קורוזיה הוא מבנה נקבובי המופץ באופן אחיד.לאחר קורוזיה, הנקבוביות של החלק המקורי הופכות צרות וארוכות, והתעלה נעשית עמוקה יותר.בהשוואה לאיור 6 (B2, C2), למבנה יש יותר פגמים, מה שעולה בקנה אחד עם התפלגות הגודל של ערך עכבת הציפוי המתקבל מבדיקת קורוזיה אלקטרוכימית.זה מראה שלציפוי הקרמי האלומינה המכיל גרפן, במיוחד התערובת של גרפן וננו-צינורית פחמן, יש את העמידות הטובה ביותר בפני קורוזיה.הסיבה לכך היא שהמבנה של ננו-צינור פחמן וגרפן יכול לחסום ביעילות את פיזור הסדקים ולהגן על המטריצה.

7. דיון וסיכום
באמצעות בדיקת עמידות בפני קורוזיה של ננו-צינורות פחמן ותוספי גרפן על ציפוי קרמי אלומינה וניתוח המיקרו-מבנה של פני השטח של הציפוי, מתקבלות המסקנות הבאות:

(1) כאשר זמן הקורוזיה היה 19 שעות, הוספת ננו-צינור פחמן היברידי של 0.2% + 0.2% ציפוי קרמי של חומר מעורב גרפן אלומינה, צפיפות זרם הקורוזיה עלתה מ-2.890 × 10-6 A/cm2 ל-1.536 × 10-6 A/ cm2, העכבה החשמלית גדלה מ-11388 Ω ל-28079 Ω, ויעילות עמידות בפני קורוזיה היא הגדולה ביותר, 46.85%.בהשוואה לציפוי קרמי אלומינה טהור, לציפוי המרוכב עם גרפן וצינורות פחמן יש עמידות טובה יותר בפני קורוזיה.

(2) עם הגדלת זמן הטבילה של האלקטרוליט, האלקטרוליט חודר למשטח המשותף של הציפוי / המצע כדי לייצר סרט תחמוצת מתכת, אשר מעכב את חדירת האלקטרוליט אל המצע.העכבה החשמלית תחילה יורדת ולאחר מכן עולה, ועמידות הקורוזיה של ציפוי קרמי אלומינה טהור ירודה.המבנה והסינרגיה של ננו-צינורות פחמן וגרפן חסמו את החדירה כלפי מטה של ​​אלקטרוליט.כשהשרה במשך 19.5 שעות, העכבה החשמלית של הציפוי המכיל חומרים ננו ירדה ב-22.94%, 25.60% ו-9.61% בהתאמה, ועמידות הציפוי בפני קורוזיה הייתה טובה.

(3) בשל המאפיינים של ננו-צינוריות פחמן, לציפוי שנוסף עם ננו-צינוריות פחמן בלבד יש מבנה נקבובי מפוזר אחיד לפני קורוזיה.לאחר קורוזיה, הנקבוביות של החלק המקורי הופכות צרות וארוכות, והתעלות הופכות עמוקות יותר.הציפוי המכיל גרפן הוא בעל מבנה שטוח לפני קורוזיה, השילוב בין החלקיקים בציפוי קרוב, וחלקיקי המצטבר עטופים בחוזקה על ידי דבק.למרות שהמשטח נשחק על ידי אלקטרוליט לאחר קורוזיה, יש מעט תעלות נקבוביות והמבנה עדיין צפוף.המבנה של ננו-צינורות פחמן וגרפן יכול לחסום ביעילות את התפשטות הסדקים ולהגן על המטריצה.


זמן פרסום: מרץ-09-2022