1. Chuẩn bị lớp phủ
Để thuận tiện cho việc kiểm tra điện hóa sau này, thép không gỉ 304 × 4 mm được chọn làm đế.Đánh bóng và loại bỏ lớp oxit còn sót lại và các vết rỉ sét trên bề mặt nền bằng giấy nhám, cho vào cốc có chứa axeton, xử lý các vết bẩn trên bề mặt nền bằng máy làm sạch siêu âm bg-06c của hãng điện tử Bangjie trong 20 phút, loại bỏ các mảnh vụn mài mòn trên bề mặt chất nền kim loại bằng cồn và nước cất, sau đó làm khô chúng bằng máy thổi.Sau đó, alumina (Al2O3), graphene và ống nano carbon 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 ở mức 220 vòng/phút và máy nghiền bi được chuyển sang
Sau khi nghiền bi, đặt tốc độ quay của thùng nghiền bi lần lượt là 1/2 sau khi nghiền bi xong, và đặt tốc độ quay của thùng nghiền bi lần lượt là 1/2 sau khi nghiền bi xong.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 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 máy trạm điện hóa Shanghai Chenhua chi660e và thử nghiệm áp dụng hệ thống kiểm tra ba điện cực.Điện cực bạch kim là điện cực phụ, điện cực bạc clorua là điện cực tham chiếu và mẫu được phủ là điện cực làm việc, có diện tích tiếp xúc hiệu quả là 1cm2.Nối điện cực tham chiếu, điện cực làm việc và điện cực phụ trong pin điện phân với thiết bị, như trong Hình 1 và 2. Trước khi thử nghiệm, ngâm mẫu trong chất điện phân là dung dịch NaCl 3,5%.
3. Phân tích Tafel về ăn mòn điện hóa của lớp phủ
Hình 3 thể hiện đường cong Tafel của chất nền không tráng phủ và lớp phủ gốm được phủ các chất phụ gia nano khác nhau sau khi ăn mòn điện hóa trong 19h.Điện áp ăn mòn, mật độ dòng ăn mòn và dữ liệu thử nghiệm trở kháng điện thu được từ thử nghiệm ăn mòn điện hóa được trình bày trong Bảng 1.
Nộp
Khi mật độ dòng ăn mòn nhỏ hơn và hiệu quả chống ăn mòn cao hơn thì hiệu quả chống ăn mòn của lớp phủ sẽ tốt hơn.Có thể thấy từ hình 3 và bảng 1, khi thời gian ăn mòn là 19h, điện áp ăn mòn cực đại của ma trận kim loại trần là -0,680 V, mật độ dòng ăn mòn của ma trận cũng lớn nhất, đạt 2,890 × 10-6 A /cm2 。 Khi phủ lớp phủ gốm alumina nguyên chất, mật độ dòng ăn mòn giảm xuống 78% và PE là 22,01%.Nó cho thấy 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 lần lượt là 38,48% và 40,10%.Khi bề mặt được phủ lớp phủ alumina hỗn hợp 0,2% mwnt-cooh-sdbs và 0,2% graphene, dòng ăn mòn tiếp tục giảm từ 2,890 × 10-6 A/cm2 xuống còn 1,536 × 10-6 A/cm2, điện trở tối đa giá trị, tăng từ 11388 Ω lên 28079 Ω và PE của lớp phủ có thể đạt 46,85%.Nó cho thấy sản phẩm mục tiêu đã chuẩn bị có khả năng chống ăn mòn tốt và tác dụng hiệp đồng của ống nano carbon 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 khám phá thêm về khả năng chống ăn mòn của lớp phủ, xem xét ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu trong chất điện phân trong thử nghiệm, sẽ thu được đường cong thay đổi điện trở của bốn lớp phủ ở thời gian ngâm khác nhau, như trong Hình 4.
Nộp
Ở giai đoạn ngâm ban đầu (10 h), do mật độ và cấu trúc của lớp phủ tốt nên chất điện phân khó nhúng vào lớp phủ.Lúc này, lớp phủ gốm cho thấy khả năng chống chịu cao.Sau khi ngâm một thời gian, điện trở giảm đáng kể, vì theo thời gian, chất điện phân dần hình thành kênh ăn mòn xuyên qua các lỗ chân lông và các vết nứt trên lớp phủ và xâm nhập vào ma trận, dẫn đến điện trở của nó giảm đáng kể. lớp phủ.
Ở giai đoạn thứ hai, khi các sản phẩm ăn mòn tăng đến một lượng nhất định, sự khuếch tán bị chặn và khe hở dần bị chặn lại.Đồng thời, khi chất điện phân thẩm thấu vào giao diện liên kết của lớp/ma trận đáy liên kết, các phân tử nước sẽ phản ứng với nguyên tố Fe trong ma trận tại điểm nối lớp phủ/ma trận để tạo ra một màng oxit kim loại mỏng, cản trở quá trình sự thâm nhập của chất điện phân vào nền và làm tăng giá trị điện trở.Khi nền kim loại trần bị ăn mòn điện hóa, phần lớn kết tủa keo tụ màu xanh lá cây được tạo ra ở đáy chất điện phân.Dung dịch điện phân không đổi màu khi điện phân mẫu được phủ, điều này có thể chứng minh sự tồn tại của phản ứng hóa học trên.
Do thời gian ngâm ngắn và các yếu tố ảnh hưởng bên ngoài lớn nên để tiếp tục thu được mối quan hệ thay đổi chính xác của các thông số điện hóa, người ta phân tích đường cong Tafel 19 h và 19,5 h.Mật độ dòng ăn mòn và khả năng chống lại bằng phần mềm phân tích zsimpwin thu được 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 alumina tinh khiết và lớp phủ composite alumina chứa vật liệu phụ gia nano là nhỏ hơn và giá trị điện trở lớn hơn.Giá trị điện trở của lớp phủ gốm chứa ống nano carbon và lớp phủ chứa graphene gần như giống nhau, trong khi cấu trúc lớp phủ bằng ống nano carbon và vật liệu composite graphene được tăng cường đáng kể, Điều này là do tác dụng hiệp đồng của ống nano carbon một chiều và graphene hai chiều. cải thiện khả năng chống ăn mòn của vật liệu.
Khi thời gian ngâm tăng lên (19,5 giờ), điện trở của bề mặt trần tăng lên, cho thấy nó đang ở giai đoạn ăn mòn thứ hai và màng oxit kim loại được tạo ra trên bề mặt nền.Tương tự, khi thời gian tăng lên, điện trở của lớp phủ gốm alumina nguyên chất cũng tăng lên, cho thấy tại thời điểm này, mặc dù lớp phủ gốm có tác dụng làm chậm nhưng chất điện phân đã thâm nhập vào giao diện liên kết của lớp phủ / ma trận và tạo ra màng oxit 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, điện trở 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 thấm vào mối nối giữa lớp phủ và chất nền vào thời điểm này. Điều này là do cấu trúc của ống nano carbon và graphene ngăn chặn sự xâm nhập xuống của chất điện phân, do đó bảo vệ ma trận.Tác dụng hiệp đồng của cả hai được xác nhận 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 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 khả năng ăn mòn độ bền của lớp phủ gốm dính.Để khám phá sâu hơn về ảnh hưởng của chất phụ gia nano đến khả năng chống ăn mòn của lớp phủ, người ta đã quan sát hình thái vi bề mặt của lớp phủ sau khi ăn mòn.
Nộp
Hình 5 (A1, A2, B1, B2) thể hiện hình thái bề mặt của thép không gỉ 304 lộ ra và gốm alumina nguyên chất được phủ ở các độ phóng đại khác nhau sau khi ăn mòn.Hình 5 (A2) cho thấy bề mặt sau khi ăn mòn trở nên nhám.Đối với chất nền trần, một số vết ăn mòn lớn xuất hiện trên bề mặt sau khi ngâm trong chất điện phân, cho thấy khả năng chống ăn mòn của ma trận kim loại trần kém và chất điện phân dễ xâm nhập vào ma trận.Đối với lớp phủ gốm alumina nguyên chất, như trong Hình 5 (B2), mặc dù các kênh ăn mòn xốp được tạo ra sau khi ăn mòn, cấu trúc tương đối dày đặc và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của lớp phủ gốm alumina nguyên chất ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của chất điện phân, điều này giải thích lý do cho sự xâm nhập của chất điện phân. cải thiện hiệu quả trở kháng của lớp phủ gốm alumina.
Nộp
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, hai lớp phủ chứa graphene ở Hình 6 (B2 và C2) có cấu trúc phẳng, liên kết giữa các hạt trong lớp phủ chặt chẽ và các hạt tổng hợp được bao bọc chặt chẽ bằng chất kết dính.Mặc dù bề mặt bị ăn mòn bởi chất điện phân nhưng số lượng lỗ rỗng được hình thành ít hơn.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 nên lớp phủ trước khi ăn mòn là cấu trúc xốp phân bố đồng đều.Sau khi ăn mòn, các lỗ của bộ phận ban đầu trở nên hẹp và dài, kênh trở nên sâu hơn.So với Hình 6 (B2, C2), cấu trúc 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 lớp phủ gốm alumina 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 carbon và graphene có thể ngăn chặn sự khuếch tán vết nứt một cách hiệu quả và bảo vệ ma trận.
5. Thảo luận và tổng kết
Thông qua thử nghiệm khả năng chống ăn mòn của ống nano carbon và chất 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 h, thêm ống nano carbon lai 0,2% + lớp phủ gốm alumina vật liệu hỗn hợp 0,2% graphene, mật độ dòng ăn mòn tăng từ 2,890 × 10-6 A/cm2 xuống 1,536 × 10-6 A/ cm2, trở kháng điện tăng từ 11388 Ω lên 28079 Ω và hiệu suất chống ăn mòn là lớn nhất, 46,85%.So với lớp phủ gốm alumina nguyên chất, lớp phủ composite bằng ống nano graphene và carbon có khả năng chống ăn mòn tốt hơn.
(2) Khi thời gian ngâm của chất điện phân tăng lên, chất điện phân sẽ thẩm thấu vào bề mặt khớp của lớp phủ / chất nền để tạo ra màng oxit 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, khả năng chống ăn mòn của lớp phủ gốm alumina nguyên chất kém.Cấu trúc và sức mạnh tổng hợp của ống nano carbon và graphene đã ngăn chặn sự xâm nhập xuống của chất điện phân.Khi ngâm trong 19,5 giờ, trở kháng điện của lớp phủ chứa vật liệu nano giảm lần lượt là 22,94%, 25,60% và 9,61%, khả năng chống ăn mòn của lớp phủ tốt.
6. Cơ chế ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của lớp phủ
Thông qua đường cong Tafel và đường cong thay đổi 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 khả năng ăn mòn độ bền của lớp phủ gốm dính.Để khám phá sâu hơn về ảnh hưởng của chất phụ gia nano đến khả năng chống ăn mòn của lớp phủ, người ta đã quan sát hình thái vi bề mặt của lớp phủ sau khi ăn mòn.
Hình 5 (A1, A2, B1, B2) thể hiện hình thái bề mặt của thép không gỉ 304 lộ ra và gốm alumina nguyên chất được phủ ở các độ phóng đại khác nhau sau khi ăn mòn.Hình 5 (A2) cho thấy bề mặt sau khi ăn mòn trở nên nhám.Đối với chất nền trần, một số vết ăn mòn lớn xuất hiện trên bề mặt sau khi ngâm trong chất điện phân, cho thấy khả năng chống ăn mòn của ma trận kim loại trần kém và chất điện phân dễ xâm nhập vào ma trận.Đối với lớp phủ gốm alumina nguyên chất, như trong Hình 5 (B2), mặc dù các kênh ăn mòn xốp được tạo ra sau khi ăn mòn, cấu trúc tương đối dày đặc và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của lớp phủ gốm alumina nguyên chất ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của chất điện phân, điều này giải thích lý do cho sự xâm nhập của chất điện phân. cải thiện hiệu quả trở kháng của lớp phủ gốm alumina.
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, hai lớp phủ chứa graphene ở Hình 6 (B2 và C2) có cấu trúc phẳng, liên kết giữa các hạt trong lớp phủ chặt chẽ và các hạt tổng hợp được bao bọc chặt chẽ bằng chất kết dính.Mặc dù bề mặt bị ăn mòn bởi chất điện phân nhưng số lượng lỗ rỗng được hình thành ít hơn.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 nên lớp phủ trước khi ăn mòn là cấu trúc xốp phân bố đồng đều.Sau khi ăn mòn, các lỗ của bộ phận ban đầu trở nên hẹp và dài, kênh trở nên sâu hơn.So với Hình 6 (B2, C2), cấu trúc 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 lớp phủ gốm alumina 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 carbon và graphene có thể ngăn chặn sự khuếch tán vết nứt một cách hiệu quả và bảo vệ ma trận.
7. Thảo luận và tổng kết
Thông qua thử nghiệm khả năng chống ăn mòn của ống nano carbon và chất 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 h, thêm ống nano carbon lai 0,2% + lớp phủ gốm alumina vật liệu hỗn hợp 0,2% graphene, mật độ dòng ăn mòn tăng từ 2,890 × 10-6 A/cm2 xuống 1,536 × 10-6 A/ cm2, trở kháng điện tăng từ 11388 Ω lên 28079 Ω và hiệu suất chống ăn mòn là lớn nhất, 46,85%.So với lớp phủ gốm alumina nguyên chất, lớp phủ composite bằng ống nano graphene và carbon có khả năng chống ăn mòn tốt hơn.
(2) Khi thời gian ngâm của chất điện phân tăng lên, chất điện phân sẽ thẩm thấu vào bề mặt khớp của lớp phủ / chất nền để tạo ra màng oxit 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, khả năng chống ăn mòn của lớp phủ gốm alumina nguyên chất kém.Cấu trúc và sức mạnh tổng hợp của ống nano carbon và graphene đã ngăn chặn sự xâm nhập xuống của chất điện phân.Khi ngâm trong 19,5 giờ, trở kháng điện của lớp phủ chứa vật liệu nano giảm lần lượt là 22,94%, 25,60% và 9,61%, khả năng chống ăn mòn của lớp phủ tốt.
(3) Do đặc tính của ống nano carbon, riêng lớp phủ được bổ sung bằng ống nano carbon có cấu trúc xốp phân bố đồng đều trước khi ăn mòn.Sau khi ăn mòn, các lỗ của bộ phận ban đầu trở nên hẹp và dài, các kênh 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 bằng chất kết dính.Mặc dù bề mặt bị ăn mòn bởi chất điện phân sau khi ăn mòn nhưng có ít kênh lỗ rỗng và cấu trúc vẫn dày đặc.Cấu trúc của ống nano carbon và graphene có thể ngăn chặn sự lan truyền vết nứt một cách hiệu quả và bảo vệ ma trận.
Thời gian đăng: Mar-09-2022