1. Preparación del recubrimiento
Para facilitar la prueba electroquímica posterior, se selecciona acero inoxidable 304 de 30 mm × 4 mm como base.Pula y elimine la capa de óxido residual y las manchas de óxido en la superficie del sustrato con papel de lija, colóquelas en un vaso que contenga acetona, trate las manchas en la superficie del sustrato con el limpiador ultrasónico bg-06c de Bangjie electronics company durante 20 minutos, elimine Los restos de desgaste en la superficie del sustrato metálico con alcohol y agua destilada, y séquelos con un soplador.Luego, se prepararon en proporción (100:0:0, 99,8:0,2:0, 99,8:0:0,2, 99,6:0,2:0,2) alúmina (Al2O3), grafeno y nanotubos de carbono híbridos (mwnt-coohsdbs) en un molino de bolas (qm-3sp2 de la fábrica de instrumentos Nanjing NANDA) para molienda y mezcla de bolas.La velocidad de rotación del molino de bolas se ajustó a 220 R/min, y el molino de bolas se giró a
Después del molienda de bolas, establezca la velocidad de rotación del tanque de molienda de bolas en 1/2 alternativamente después de que se complete la molienda de bolas, y establezca la velocidad de rotación del tanque de molienda de bolas en 1/2 alternativamente después de que se complete la molienda de bolas.El agregado cerámico molido con bolas y el aglutinante se mezclan uniformemente según la fracción de masa de 1,0 ∶ 0,8.Finalmente, el recubrimiento cerámico adhesivo se obtuvo mediante proceso de curado.
2. Prueba de corrosión
En este estudio, la prueba de corrosión electroquímica utiliza la estación de trabajo electroquímica Shanghai Chenhua chi660e y la prueba adopta un sistema de prueba de tres electrodos.El electrodo de platino es el electrodo auxiliar, el electrodo de cloruro de plata es el electrodo de referencia y la muestra recubierta es el electrodo de trabajo, con un área de exposición efectiva de 1 cm2.Conecte el electrodo de referencia, el electrodo de trabajo y el electrodo auxiliar en la celda electrolítica con el instrumento, como se muestra en las Figuras 1 y 2. Antes de la prueba, sumerja la muestra en el electrolito, que es una solución de NaCl al 3,5%.
3. Análisis Tafel de la corrosión electroquímica de revestimientos.
La figura 3 muestra la curva de Tafel de un sustrato no recubierto y un recubrimiento cerámico recubierto con diferentes nanoaditivos después de la corrosión electroquímica durante 19 h.Los datos de prueba de voltaje de corrosión, densidad de corriente de corrosión y impedancia eléctrica obtenidos de la prueba de corrosión electroquímica se muestran en la Tabla 1.
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Cuando la densidad de corriente de corrosión es menor y la eficiencia de resistencia a la corrosión es mayor, el efecto de resistencia a la corrosión del recubrimiento es mejor.Se puede ver en la Figura 3 y la tabla 1 que cuando el tiempo de corrosión es de 19 h, el voltaje de corrosión máximo de la matriz de metal desnudo es -0,680 V, y la densidad de corriente de corrosión de la matriz también es la mayor, alcanzando 2,890 × 10-6 A. /cm2 。 Cuando se recubre con un revestimiento cerámico de alúmina pura, la densidad de corriente de corrosión disminuyó al 78% y el PE fue del 22,01%.Muestra que el revestimiento cerámico desempeña un mejor papel protector y puede mejorar la resistencia a la corrosión del revestimiento en electrolito neutro.
Cuando se añadió al recubrimiento 0,2% de mwnt-cooh-sdbs o 0,2% de grafeno, la densidad de la corriente de corrosión disminuyó, la resistencia aumentó y la resistencia a la corrosión del recubrimiento mejoró aún más, con PE de 38,48% y 40,10% respectivamente.Cuando la superficie se recubre con un recubrimiento de alúmina mixta al 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs y al 0,2 % de grafeno, la corriente de corrosión se reduce aún más desde 2,890 × 10-6 A/cm2 hasta 1,536 × 10-6 A/cm2, la resistencia máxima. valor, aumentó de 11388 Ω a 28079 Ω, y el PE del recubrimiento puede alcanzar el 46,85%.Muestra que el producto objetivo preparado tiene buena resistencia a la corrosión y que el efecto sinérgico de los nanotubos de carbono y el grafeno puede mejorar eficazmente la resistencia a la corrosión del revestimiento cerámico.
4. Efecto del tiempo de remojo sobre la impedancia del recubrimiento.
Para explorar más a fondo la resistencia a la corrosión del recubrimiento, considerando la influencia del tiempo de inmersión de la muestra en el electrolito en la prueba, se obtienen las curvas de cambio de la resistencia de los cuatro recubrimientos en diferentes tiempos de inmersión, como se muestra en la Figura 4.
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En la etapa inicial de inmersión (10 h), debido a la buena densidad y estructura del recubrimiento, es difícil sumergir el electrolito en el recubrimiento.En este momento, el revestimiento cerámico muestra una alta resistencia.Después de un período de remojo por un período de tiempo, la resistencia disminuye significativamente, porque con el paso del tiempo, el electrolito forma gradualmente un canal de corrosión a través de los poros y grietas del recubrimiento y penetra en la matriz, lo que resulta en una disminución significativa en la resistencia de el revestimiento.
En la segunda etapa, cuando los productos de corrosión aumentan hasta cierta cantidad, la difusión se bloquea y el espacio se bloquea gradualmente.Al mismo tiempo, cuando el electrolito penetra en la interfaz de unión de la capa/matriz inferior de unión, las moléculas de agua reaccionarán con el elemento Fe en la matriz en la unión revestimiento/matriz para producir una fina película de óxido metálico, lo que dificulta la penetración del electrolito en la matriz y aumenta el valor de resistencia.Cuando la matriz de metal desnudo se corroe electroquímicamente, la mayor parte de la precipitación floculante verde se produce en el fondo del electrolito.La solución electrolítica no cambió de color al electrolizar la muestra recubierta, lo que puede probar la existencia de la reacción química anterior.
Debido al corto tiempo de remojo y los grandes factores de influencia externa, para obtener una relación de cambio precisa de los parámetros electroquímicos, se analizan las curvas de Tafel de 19 h y 19,5 h.La densidad de corriente de corrosión y la resistencia obtenidas mediante el software de análisis zsimpwin se muestran en la Tabla 2. Se puede encontrar que cuando se remoja durante 19 h, en comparación con el sustrato desnudo, la densidad de corriente de corrosión de la alúmina pura y el recubrimiento compuesto de alúmina que contiene materiales nanoaditivos son menor y el valor de resistencia es mayor.El valor de resistencia del recubrimiento cerámico que contiene nanotubos de carbono y el recubrimiento que contiene grafeno es casi el mismo, mientras que la estructura del recubrimiento con nanotubos de carbono y materiales compuestos de grafeno mejora significativamente. Esto se debe al efecto sinérgico de los nanotubos de carbono unidimensionales y el grafeno bidimensional. mejora la resistencia a la corrosión del material.
Con el aumento del tiempo de inmersión (19,5 h), la resistencia del sustrato desnudo aumenta, lo que indica que se encuentra en la segunda etapa de corrosión y se produce una película de óxido metálico en la superficie del sustrato.De manera similar, con el aumento del tiempo, la resistencia del recubrimiento cerámico de alúmina pura también aumenta, lo que indica que en este momento, aunque existe el efecto de desaceleración del recubrimiento cerámico, el electrolito ha penetrado la interfaz de unión del recubrimiento/matriz y ha producido una película de óxido. mediante reacción química.
En comparación con el recubrimiento de alúmina que contiene 0,2% de mwnt-cooh-sdbs, el recubrimiento de alúmina que contiene 0,2% de grafeno y el recubrimiento de alúmina que contiene 0,2% de mwnt-cooh-sdbs y 0,2% de grafeno, la resistencia del recubrimiento disminuyó significativamente con el aumento del tiempo, disminuyó en un 22,94%, 25,60% y 9,61% respectivamente, lo que indica que el electrolito no penetró en la unión entre el recubrimiento y el sustrato en este momento. Esto se debe a que la estructura de los nanotubos de carbono y el grafeno bloquea la penetración hacia abajo del electrolito, protegiendo así la matriz.Se verifica aún más el efecto sinérgico de los dos.El recubrimiento que contiene dos nanomateriales tiene mejor resistencia a la corrosión.
A través de la curva de Tafel y la curva de cambio del valor de impedancia eléctrica, se encuentra que el recubrimiento cerámico de alúmina con grafeno, nanotubos de carbono y su mezcla puede mejorar la resistencia a la corrosión de la matriz metálica, y el efecto sinérgico de los dos puede mejorar aún más la corrosión. Resistencia del revestimiento cerámico adhesivo.Para explorar más a fondo el efecto de los nanoaditivos sobre la resistencia a la corrosión del recubrimiento, se observó la morfología de la microsuperficie del recubrimiento después de la corrosión.
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La Figura 5 (A1, A2, B1, B2) muestra la morfología de la superficie del acero inoxidable 304 expuesto y de cerámicas de alúmina pura recubiertas con diferentes aumentos después de la corrosión.La Figura 5 (A2) muestra que la superficie después de la corrosión se vuelve rugosa.Para el sustrato desnudo, aparecen varios puntos de corrosión grandes en la superficie después de la inmersión en el electrolito, lo que indica que la resistencia a la corrosión de la matriz de metal desnudo es pobre y que el electrolito es fácil de penetrar en la matriz.Para el recubrimiento cerámico de alúmina pura, como se muestra en la Figura 5 (B2), aunque se generan canales de corrosión porosos después de la corrosión, la estructura relativamente densa y la excelente resistencia a la corrosión del recubrimiento cerámico de alúmina pura bloquean efectivamente la invasión del electrolito, lo que explica la razón de la Mejora efectiva de la impedancia del revestimiento cerámico de alúmina.
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Morfología de la superficie de mwnt-cooh-sdbs, recubrimientos que contienen 0,2% de grafeno y recubrimientos que contienen 0,2% de mwnt-cooh-sdbs y 0,2% de grafeno.Se puede ver que los dos recubrimientos que contienen grafeno en la Figura 6 (B2 y C2) tienen una estructura plana, la unión entre las partículas en el recubrimiento es estrecha y las partículas agregadas están firmemente envueltas por adhesivo.Aunque la superficie es erosionada por el electrolito, se forman menos canales de poros.Después de la corrosión, la superficie del recubrimiento es densa y hay pocas estructuras defectuosas.Para la Figura 6 (A1, A2), debido a las características de mwnt-cooh-sdbs, el recubrimiento antes de la corrosión es una estructura porosa distribuida uniformemente.Después de la corrosión, los poros de la pieza original se vuelven estrechos y largos, y el canal se vuelve más profundo.En comparación con la Figura 6 (B2, C2), la estructura tiene más defectos, lo que es consistente con la distribución de tamaño del valor de impedancia del recubrimiento obtenido de la prueba de corrosión electroquímica.Muestra que el revestimiento cerámico de alúmina que contiene grafeno, especialmente la mezcla de grafeno y nanotubos de carbono, tiene la mejor resistencia a la corrosión.Esto se debe a que la estructura del nanotubo de carbono y el grafeno pueden bloquear eficazmente la difusión de grietas y proteger la matriz.
5. Discusión y resumen
Mediante la prueba de resistencia a la corrosión de nanotubos de carbono y aditivos de grafeno sobre revestimiento cerámico de alúmina y el análisis de la microestructura superficial del revestimiento, se extraen las siguientes conclusiones:
(1) Cuando el tiempo de corrosión fue de 19 h, agregando 0,2 % de nanotubos de carbono híbridos + 0,2 % de revestimiento cerámico de alúmina de material mixto de grafeno, la densidad de corriente de corrosión aumentó de 2,890 × 10-6 A/cm2 hasta 1,536 × 10-6 A/ cm2, la impedancia eléctrica aumenta de 11388 Ω a 28079 Ω y la eficiencia de resistencia a la corrosión es la mayor, 46,85%.En comparación con el revestimiento cerámico de alúmina pura, el revestimiento compuesto con grafeno y nanotubos de carbono tiene una mejor resistencia a la corrosión.
(2) Con el aumento del tiempo de inmersión del electrolito, el electrolito penetra en la superficie de unión del revestimiento/sustrato para producir una película de óxido metálico, lo que dificulta la penetración del electrolito en el sustrato.La impedancia eléctrica primero disminuye y luego aumenta, y la resistencia a la corrosión del revestimiento cerámico de alúmina pura es pobre.La estructura y la sinergia de los nanotubos de carbono y el grafeno bloquearon la penetración descendente del electrolito.Cuando se sumergió durante 19,5 h, la impedancia eléctrica del recubrimiento que contenía nanomateriales disminuyó en un 22,94%, 25,60% y 9,61% respectivamente, y la resistencia a la corrosión del recubrimiento fue buena.
6. Mecanismo de influencia de la resistencia a la corrosión del recubrimiento.
A través de la curva de Tafel y la curva de cambio del valor de impedancia eléctrica, se encuentra que el recubrimiento cerámico de alúmina con grafeno, nanotubos de carbono y su mezcla puede mejorar la resistencia a la corrosión de la matriz metálica, y el efecto sinérgico de los dos puede mejorar aún más la corrosión. Resistencia del revestimiento cerámico adhesivo.Para explorar más a fondo el efecto de los nanoaditivos sobre la resistencia a la corrosión del recubrimiento, se observó la morfología de la microsuperficie del recubrimiento después de la corrosión.
La Figura 5 (A1, A2, B1, B2) muestra la morfología de la superficie del acero inoxidable 304 expuesto y de cerámicas de alúmina pura recubiertas con diferentes aumentos después de la corrosión.La Figura 5 (A2) muestra que la superficie después de la corrosión se vuelve rugosa.Para el sustrato desnudo, aparecen varios puntos de corrosión grandes en la superficie después de la inmersión en el electrolito, lo que indica que la resistencia a la corrosión de la matriz de metal desnudo es pobre y que el electrolito es fácil de penetrar en la matriz.Para el recubrimiento cerámico de alúmina pura, como se muestra en la Figura 5 (B2), aunque se generan canales de corrosión porosos después de la corrosión, la estructura relativamente densa y la excelente resistencia a la corrosión del recubrimiento cerámico de alúmina pura bloquean efectivamente la invasión del electrolito, lo que explica la razón de la Mejora efectiva de la impedancia del revestimiento cerámico de alúmina.
Morfología de la superficie de mwnt-cooh-sdbs, recubrimientos que contienen 0,2% de grafeno y recubrimientos que contienen 0,2% de mwnt-cooh-sdbs y 0,2% de grafeno.Se puede ver que los dos recubrimientos que contienen grafeno en la Figura 6 (B2 y C2) tienen una estructura plana, la unión entre las partículas en el recubrimiento es estrecha y las partículas agregadas están firmemente envueltas por adhesivo.Aunque la superficie es erosionada por el electrolito, se forman menos canales de poros.Después de la corrosión, la superficie del recubrimiento es densa y hay pocas estructuras defectuosas.Para la Figura 6 (A1, A2), debido a las características de mwnt-cooh-sdbs, el recubrimiento antes de la corrosión es una estructura porosa distribuida uniformemente.Después de la corrosión, los poros de la pieza original se vuelven estrechos y largos, y el canal se vuelve más profundo.En comparación con la Figura 6 (B2, C2), la estructura tiene más defectos, lo que es consistente con la distribución de tamaño del valor de impedancia del recubrimiento obtenido de la prueba de corrosión electroquímica.Muestra que el revestimiento cerámico de alúmina que contiene grafeno, especialmente la mezcla de grafeno y nanotubos de carbono, tiene la mejor resistencia a la corrosión.Esto se debe a que la estructura del nanotubo de carbono y el grafeno pueden bloquear eficazmente la difusión de grietas y proteger la matriz.
7. Discusión y resumen
Mediante la prueba de resistencia a la corrosión de nanotubos de carbono y aditivos de grafeno sobre revestimiento cerámico de alúmina y el análisis de la microestructura superficial del revestimiento, se extraen las siguientes conclusiones:
(1) Cuando el tiempo de corrosión fue de 19 h, agregando 0,2 % de nanotubos de carbono híbridos + 0,2 % de revestimiento cerámico de alúmina de material mixto de grafeno, la densidad de corriente de corrosión aumentó de 2,890 × 10-6 A/cm2 hasta 1,536 × 10-6 A/ cm2, la impedancia eléctrica aumenta de 11388 Ω a 28079 Ω y la eficiencia de resistencia a la corrosión es la mayor, 46,85%.En comparación con el revestimiento cerámico de alúmina pura, el revestimiento compuesto con grafeno y nanotubos de carbono tiene una mejor resistencia a la corrosión.
(2) Con el aumento del tiempo de inmersión del electrolito, el electrolito penetra en la superficie de unión del revestimiento/sustrato para producir una película de óxido metálico, lo que dificulta la penetración del electrolito en el sustrato.La impedancia eléctrica primero disminuye y luego aumenta, y la resistencia a la corrosión del revestimiento cerámico de alúmina pura es pobre.La estructura y la sinergia de los nanotubos de carbono y el grafeno bloquearon la penetración descendente del electrolito.Cuando se sumergió durante 19,5 h, la impedancia eléctrica del recubrimiento que contenía nanomateriales disminuyó en un 22,94%, 25,60% y 9,61% respectivamente, y la resistencia a la corrosión del recubrimiento fue buena.
(3) Debido a las características de los nanotubos de carbono, el recubrimiento agregado solo con nanotubos de carbono tiene una estructura porosa distribuida uniformemente antes de la corrosión.Después de la corrosión, los poros de la pieza original se vuelven estrechos y largos, y los canales se vuelven más profundos.El recubrimiento que contiene grafeno tiene una estructura plana antes de la corrosión, la combinación entre las partículas del recubrimiento es estrecha y las partículas de agregado están firmemente envueltas por adhesivo.Aunque la superficie es erosionada por el electrolito después de la corrosión, hay pocos canales de poros y la estructura aún es densa.La estructura de los nanotubos de carbono y el grafeno puede bloquear eficazmente la propagación de grietas y proteger la matriz.
Hora de publicación: 09-mar-2022