banner

Nghiên cứu khả năng chống ăn mòn của lớp phủ gốm alumina gia cố bằng ống nano graphene / carbon

1. Chuẩn bị sơn phủ
Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra điện hóa sau này, 30mm được chọn × 4 mm là thép không gỉ 304 làm nền.Đánh bóng và loại bỏ lớp oxit còn sót lại và các vết rỉ sét trên bề mặt đế bằng giấy nhám, cho vào cốc có chứa axeton, xử lý vết bẩn trên bề mặt đế bằng chất tẩy rửa siêu âm bg-06c của hãng điện tử Bangjie trong 20 phút, loại bỏ mài mòn các mảnh vụn trên bề mặt của đế kim loại bằng cồn và nước cất, và làm khô chúng bằng máy thổi khí.Sau đó, alumin (Al2O3), graphene và ống nano cacbon lai (mwnt-coohsdbs) được điều chế theo tỷ lệ (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2), và đưa vào một máy nghiền bi (qm-3sp2 của nhà máy sản xuất dụng cụ NANDA Nam Kinh) để nghiền và trộn bi.Tốc độ quay của máy nghiền bi được đặt thành 220 R / phút và máy nghiền bi được chuyển sang

Sau khi phay bi, đặt luân phiên tốc độ quay của thùng phay bi là 1/2 sau khi hoàn thành phay bi và đặt tốc độ quay của thùng phay bi là 1/2 luân phiên sau khi hoàn thành phay bi.Cốt liệu gốm nghiền bi và chất kết dính được trộn đều theo phần khối lượng 1,0 ∶ 0,8.Cuối cùng, lớp phủ gốm kết dính thu được bằng quá trình đóng rắn.

2. Kiểm tra ăn mòn
Trong nghiên cứu này, thử nghiệm ăn mòn điện hóa sử dụng trạm làm việc điện hóa Shanghai Chenhua chi660e và thử nghiệm sử dụng hệ thống kiểm tra ba điện cực.Điện cực bạch kim là điện cực phụ, điện cực bạc clorua bạc là điện cực so sánh và mẫu được phủ là điện cực làm việc, với diện tích tiếp xúc hiệu dụng là 1 cm2.Nối điện cực so sánh, điện cực làm việc và điện cực phụ trong bình điện phân với dụng cụ như hình 1 và 2. Trước khi thử, ngâm mẫu vào chất điện phân, là dung dịch NaCl 3,5%.

3. Phân tích Tafel về sự ăn mòn điện hóa của các lớp phủ
Hình 3 cho thấy đường cong Tafel của chất nền không tráng và lớp phủ gốm được phủ với các chất phụ gia nano khác nhau sau khi ăn mòn điện hóa trong 19h.Dữ liệu điện áp ăn mòn, mật độ dòng điện ăn mòn và dữ liệu thử nghiệm trở kháng điện thu được từ thử nghiệm ăn mòn điện hóa được thể hiện trong Bảng 1.

Gửi đi
Khi mật độ dòng điện ăn mòn càng nhỏ và hiệu suất chống ăn mòn càng cao thì hiệu quả chống ăn mòn của lớp phủ càng tốt.Có thể thấy từ hình 3 và bảng 1 rằng khi thời gian ăn mòn là 19h, điện áp ăn mòn lớn nhất của ma trận kim loại trần là -0.680 V, và mật độ dòng ăn mòn của ma trận cũng lớn nhất, đạt 2.890 × 10-6 A / cm2。 Khi được phủ bằng lớp phủ gốm nhôm nguyên chất, mật độ dòng ăn mòn giảm xuống còn 78% và PE là 22,01%.Nó cho thấy rằng lớp phủ gốm đóng vai trò bảo vệ tốt hơn và có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của lớp phủ trong chất điện phân trung tính.

Khi thêm 0,2% mwnt-cooh-sdbs hoặc 0,2% graphene vào lớp phủ, mật độ dòng ăn mòn giảm, điện trở tăng và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ được cải thiện hơn nữa, với PE tương ứng là 38,48% và 40,10%.Khi bề mặt được phủ 0,2% mwnt-cooh-sdbs và 0,2% lớp phủ nhôm hỗn hợp graphene, dòng ăn mòn tiếp tục giảm từ 2,890 × 10-6 A / cm2 xuống 1,536 × 10-6 A / cm2, điện trở tối đa , tăng từ 11388 Ω lên 28079 Ω, và PE của lớp phủ có thể đạt 46,85%.Nó cho thấy rằng sản phẩm mục tiêu đã chuẩn bị có khả năng chống ăn mòn tốt, và tác dụng cộng hưởng của ống nano cacbon và graphene có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống ăn mòn của lớp phủ gốm.

4. Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến trở kháng lớp phủ
Để tìm hiểu sâu hơn về khả năng chống ăn mòn của lớp phủ, xem xét ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu trong chất điện phân đến thử nghiệm, các đường cong thay đổi của điện trở của bốn lớp phủ ở các thời gian ngâm khác nhau thu được, như thể hiện trong Hình. 4.

Gửi đi
Ở giai đoạn ngâm ban đầu (10 h), do mật độ và cấu trúc của lớp phủ tốt, chất điện phân khó bị nhúng vào lớp phủ.Lúc này, lớp sứ phủ bên ngoài thể hiện khả năng chống chịu cao.Sau khi ngâm một thời gian, điện trở giảm đáng kể, bởi vì theo thời gian, chất điện phân dần dần hình thành một kênh ăn mòn qua các lỗ và vết nứt trên lớp phủ và thâm nhập vào ma trận, dẫn đến giảm đáng kể điện trở của lớp phủ.

Trong giai đoạn thứ hai, khi các sản phẩm ăn mòn tăng đến một lượng nhất định, sự khuếch tán bị chặn lại và khe hở dần dần bị chặn lại.Đồng thời, khi chất điện phân thâm nhập vào bề mặt liên kết của lớp / chất nền đáy liên kết, các phân tử nước sẽ phản ứng với nguyên tố Fe trong chất nền tại điểm tiếp giáp lớp phủ / chất nền để tạo ra một màng oxit kim loại mỏng, cản trở sự sự thâm nhập của chất điện phân vào chất nền và tăng giá trị điện trở.Khi ma trận kim loại trần bị ăn mòn điện hóa, phần lớn kết tủa màu xanh lục được tạo ra ở đáy bình điện phân.Dung dịch sau điện phân không đổi màu khi điện phân mẫu đã tráng, có thể chứng minh được sự tồn tại của phản ứng hoá học trên.

Do thời gian ngâm ngắn và các yếu tố ảnh hưởng bên ngoài lớn, để tiếp tục có được mối quan hệ thay đổi chính xác của các thông số điện hóa, các đường cong Tafel của 19 giờ và 19,5 giờ được phân tích.Mật độ dòng ăn mòn và điện trở thu được bằng phần mềm phân tích zsimpwin được thể hiện trong Bảng 2. Có thể thấy rằng khi ngâm trong 19 giờ, so với bề mặt trần, mật độ dòng ăn mòn của lớp phủ hỗn hợp alumin và alumin có chứa vật liệu phụ gia nano là nhỏ hơn và giá trị điện trở lớn hơn.Giá trị điện trở của lớp phủ gốm có chứa ống nano cacbon và lớp phủ chứa graphene gần như giống nhau, trong khi cấu trúc lớp phủ với ống nano cacbon và vật liệu composite graphene được tăng cường đáng kể, điều này là do tác dụng hiệp đồng của ống nano cacbon một chiều và graphene hai chiều cải thiện khả năng chống ăn mòn của vật liệu.

Với việc tăng thời gian ngâm (19,5 h), điện trở của bề mặt trần tăng lên, cho thấy rằng nó đang ở giai đoạn thứ hai của quá trình ăn mòn và màng oxit kim loại được tạo ra trên bề mặt của bề mặt.Tương tự như vậy, với sự gia tăng của thời gian, điện trở của lớp phủ gốm nhôm nguyên chất cũng tăng lên, cho thấy tại thời điểm này, mặc dù có tác dụng làm chậm của lớp phủ gốm, chất điện phân đã thâm nhập vào bề mặt liên kết của lớp phủ / ma trận, và tạo ra màng ôxít. thông qua phản ứng hóa học.
So với lớp phủ alumina chứa 0,2% mwnt-cooh-sdbs, lớp phủ alumina chứa 0,2% graphene và lớp phủ alumina chứa 0,2% mwnt-cooh-sdbs và 0,2% graphene, độ bền của lớp phủ giảm đáng kể khi tăng thời gian, giảm lần lượt là 22,94%, 25,60% và 9,61%, cho thấy chất điện phân không thâm nhập vào mối nối giữa lớp phủ và chất nền tại thời điểm này, Điều này là do cấu trúc của ống nano cacbon và graphene ngăn chặn sự xâm nhập đi xuống của chất điện phân, do đó bảo vệ ma trận.Hiệu quả hiệp đồng của cả hai được xác minh thêm.Lớp phủ chứa hai vật liệu nano có khả năng chống ăn mòn tốt hơn.

Thông qua đường cong Tafel và đường cong thay đổi của giá trị trở kháng điện, người ta thấy rằng lớp phủ gốm alumina với graphene, ống nano carbon và hỗn hợp của chúng có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của ma trận kim loại và tác dụng hiệp đồng của cả hai có thể cải thiện hơn nữa sự ăn mòn sức đề kháng của lớp phủ gốm kết dính.Để tìm hiểu sâu hơn ảnh hưởng của phụ gia nano đến khả năng chống ăn mòn của lớp phủ, hình thái bề mặt vi mô của lớp phủ sau khi ăn mòn đã được quan sát.

Gửi đi

Hình 5 (A1, A2, B1, B2) cho thấy hình thái bề mặt của thép không gỉ 304 tiếp xúc và tráng gốm sứ nhôm nguyên chất ở các độ phóng đại khác nhau sau khi ăn mòn.Hình 5 (A2) cho thấy bề mặt sau khi ăn mòn trở nên thô ráp.Đối với đế trần, một số vết ăn mòn lớn xuất hiện trên bề mặt sau khi ngâm trong chất điện phân, chứng tỏ khả năng chống ăn mòn của nền kim loại trần kém và chất điện phân dễ xâm nhập vào chất nền.Đối với lớp phủ gốm alumina tinh khiết, như thể hiện trong Hình 5 (B2), mặc dù các rãnh ăn mòn xốp được tạo ra sau quá trình ăn mòn, cấu trúc tương đối dày đặc và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của lớp phủ gốm alumina tinh khiết ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của chất điện phân, điều này giải thích lý do cải thiện hiệu quả trở kháng của lớp phủ gốm nhôm.

Gửi đi

Hình thái bề mặt của mwnt-cooh-sdbs, lớp phủ chứa 0,2% graphene và lớp phủ chứa 0,2% mwnt-cooh-sdbs và 0,2% graphene.Có thể thấy rằng hai lớp phủ chứa graphene trong hình 6 (B2 và C2) có cấu trúc phẳng, liên kết giữa các hạt trong lớp phủ chặt chẽ, và các hạt tập hợp được bao bọc chặt chẽ bởi chất kết dính.Mặc dù bề mặt bị ăn mòn bởi chất điện phân, các kênh lỗ xốp ít hơn được hình thành.Sau khi ăn mòn, bề mặt lớp phủ dày đặc và có ít cấu trúc khuyết tật.Đối với Hình 6 (A1, A2), do đặc tính của mwnt-cooh-sdbs, lớp phủ trước khi ăn mòn là một cấu trúc xốp phân bố đồng đều.Sau khi ăn mòn, các lỗ rỗng của phần ban đầu trở nên hẹp và dài ra, và kênh trở nên sâu hơn.So với Hình 6 (B2, C2), kết cấu có nhiều khuyết tật hơn, phù hợp với sự phân bố kích thước của giá trị trở kháng lớp phủ thu được từ thử nghiệm ăn mòn điện hóa.Nó cho thấy rằng lớp phủ gốm alumina có chứa graphene, đặc biệt là hỗn hợp graphene và ống nano carbon, có khả năng chống ăn mòn tốt nhất.Điều này là do cấu trúc của ống nano cacbon và graphene có thể ngăn chặn hiệu quả sự khuếch tán vết nứt và bảo vệ chất nền.

5. Thảo luận và tóm tắt
Thông qua thử nghiệm khả năng chống ăn mòn của ống nano cacbon và phụ gia graphene trên lớp phủ gốm alumina và phân tích cấu trúc vi mô bề mặt của lớp phủ, các kết luận sau được rút ra:

(1) Khi thời gian ăn mòn là 19 giờ, thêm 0,2% ống nano cacbon lai + 0,2% vật liệu hỗn hợp graphene lớp phủ gốm alumina, mật độ dòng ăn mòn tăng từ 2,890 × 10-6 A / cm2 xuống 1,536 × 10-6 A / cm2, trở kháng điện được tăng từ 11388 Ω đến 28079 Ω, và hiệu suất chống ăn mòn là lớn nhất, 46,85%.So với lớp phủ gốm nhôm nguyên chất, lớp phủ composite với graphene và ống nano carbon có khả năng chống ăn mòn tốt hơn.

(2) Với sự gia tăng thời gian ngâm của chất điện phân, chất điện phân thâm nhập vào bề mặt chung của lớp phủ / chất nền để tạo ra màng ôxít kim loại, cản trở sự xâm nhập của chất điện phân vào chất nền.Trở kháng điện đầu tiên giảm và sau đó tăng lên, và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ gốm nhôm nguyên chất là kém.Cấu trúc và sức mạnh tổng hợp của ống nano cacbon và graphene đã ngăn chặn sự xâm nhập đi xuống của chất điện phân.Khi ngâm trong 19,5 h, trở kháng điện của lớp phủ chứa vật liệu nano giảm lần lượt là 22,94%, 25,60% và 9,61% và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ tốt.

6. Cơ chế ảnh hưởng của khả năng chống ăn mòn lớp phủ
Thông qua đường cong Tafel và đường cong thay đổi của giá trị trở kháng điện, người ta thấy rằng lớp phủ gốm alumina với graphene, ống nano carbon và hỗn hợp của chúng có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của ma trận kim loại và tác dụng hiệp đồng của cả hai có thể cải thiện hơn nữa sự ăn mòn sức đề kháng của lớp phủ gốm kết dính.Để tìm hiểu sâu hơn ảnh hưởng của phụ gia nano đến khả năng chống ăn mòn của lớp phủ, hình thái bề mặt vi mô của lớp phủ sau khi ăn mòn đã được quan sát.

Hình 5 (A1, A2, B1, B2) cho thấy hình thái bề mặt của thép không gỉ 304 tiếp xúc và tráng gốm sứ nhôm nguyên chất ở các độ phóng đại khác nhau sau khi ăn mòn.Hình 5 (A2) cho thấy bề mặt sau khi ăn mòn trở nên thô ráp.Đối với đế trần, một số vết ăn mòn lớn xuất hiện trên bề mặt sau khi ngâm trong chất điện phân, chứng tỏ khả năng chống ăn mòn của nền kim loại trần kém và chất điện phân dễ xâm nhập vào chất nền.Đối với lớp phủ gốm alumina tinh khiết, như thể hiện trong Hình 5 (B2), mặc dù các rãnh ăn mòn xốp được tạo ra sau quá trình ăn mòn, cấu trúc tương đối dày đặc và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của lớp phủ gốm alumina tinh khiết ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của chất điện phân, điều này giải thích lý do cải thiện hiệu quả trở kháng của lớp phủ gốm nhôm.

Hình thái bề mặt của mwnt-cooh-sdbs, lớp phủ chứa 0,2% graphene và lớp phủ chứa 0,2% mwnt-cooh-sdbs và 0,2% graphene.Có thể thấy rằng hai lớp phủ chứa graphene trong hình 6 (B2 và C2) có cấu trúc phẳng, liên kết giữa các hạt trong lớp phủ chặt chẽ, và các hạt tập hợp được bao bọc chặt chẽ bởi chất kết dính.Mặc dù bề mặt bị ăn mòn bởi chất điện phân, các kênh lỗ xốp ít hơn được hình thành.Sau khi ăn mòn, bề mặt lớp phủ dày đặc và có ít cấu trúc khuyết tật.Đối với Hình 6 (A1, A2), do đặc tính của mwnt-cooh-sdbs, lớp phủ trước khi ăn mòn là một cấu trúc xốp phân bố đồng đều.Sau khi ăn mòn, các lỗ rỗng của phần ban đầu trở nên hẹp và dài ra, và kênh trở nên sâu hơn.So với Hình 6 (B2, C2), kết cấu có nhiều khuyết tật hơn, phù hợp với sự phân bố kích thước của giá trị trở kháng lớp phủ thu được từ thử nghiệm ăn mòn điện hóa.Nó cho thấy rằng lớp phủ gốm alumina có chứa graphene, đặc biệt là hỗn hợp graphene và ống nano carbon, có khả năng chống ăn mòn tốt nhất.Điều này là do cấu trúc của ống nano cacbon và graphene có thể ngăn chặn hiệu quả sự khuếch tán vết nứt và bảo vệ chất nền.

7. Thảo luận và tóm tắt
Thông qua thử nghiệm khả năng chống ăn mòn của ống nano cacbon và phụ gia graphene trên lớp phủ gốm alumina và phân tích cấu trúc vi mô bề mặt của lớp phủ, các kết luận sau được rút ra:

(1) Khi thời gian ăn mòn là 19 giờ, thêm 0,2% ống nano cacbon lai + 0,2% vật liệu hỗn hợp graphene lớp phủ gốm alumina, mật độ dòng ăn mòn tăng từ 2,890 × 10-6 A / cm2 xuống 1,536 × 10-6 A / cm2, trở kháng điện được tăng từ 11388 Ω đến 28079 Ω, và hiệu suất chống ăn mòn là lớn nhất, 46,85%.So với lớp phủ gốm nhôm nguyên chất, lớp phủ composite với graphene và ống nano carbon có khả năng chống ăn mòn tốt hơn.

(2) Với sự gia tăng thời gian ngâm của chất điện phân, chất điện phân thâm nhập vào bề mặt chung của lớp phủ / chất nền để tạo ra màng ôxít kim loại, cản trở sự xâm nhập của chất điện phân vào chất nền.Trở kháng điện đầu tiên giảm và sau đó tăng lên, và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ gốm nhôm nguyên chất là kém.Cấu trúc và sức mạnh tổng hợp của ống nano cacbon và graphene đã ngăn chặn sự xâm nhập đi xuống của chất điện phân.Khi ngâm trong 19,5 h, trở kháng điện của lớp phủ chứa vật liệu nano giảm lần lượt là 22,94%, 25,60% và 9,61% và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ tốt.

(3) Do đặc điểm của ống nano cacbon, lớp phủ được thêm vào bằng ống nano cacbon một mình có cấu trúc xốp phân bố đồng đều trước khi bị ăn mòn.Sau khi bị ăn mòn, các lỗ rỗng của phần ban đầu trở nên hẹp và dài ra, và các rãnh trở nên sâu hơn.Lớp phủ chứa graphene có cấu trúc phẳng trước khi bị ăn mòn, sự kết hợp giữa các hạt trong lớp phủ chặt chẽ và các hạt tổng hợp được bao bọc chặt chẽ bởi chất kết dính.Mặc dù bề mặt bị ăn mòn bởi chất điện phân sau khi ăn mòn, có rất ít rãnh lỗ và cấu trúc vẫn dày đặc.Cấu trúc của ống nano cacbon và graphene có thể ngăn chặn hiệu quả sự lan truyền vết nứt và bảo vệ chất nền.


Thời gian đăng bài: Mar-09-2022