بررسی مقاومت به خوردگی پوشش سرامیکی آلومینا تقویت شده با نانولوله گرافن / کربن

1. آماده سازی پوشش
به منظور تسهیل آزمایش الکتروشیمیایی بعدی، 30 میلی متر × فولاد ضد زنگ 4 میلی متر 304 به عنوان پایه انتخاب شده است.لایه اکسید باقی مانده و لکه های زنگ زدگی سطح زیرلایه را با کاغذ سنباده جلا داده و در یک لیوان حاوی استون قرار داده و لکه های سطح زیرلایه را با پاک کننده اولتراسونیک bg-06c شرکت الکترونیکی بانگجی به مدت 20 دقیقه پاک کنید. ضایعات سایش روی سطح زیرلایه فلزی را با الکل و آب مقطر خشک کنید و با دمنده خشک کنید.سپس آلومینا (Al2O3)، گرافن و نانولوله کربنی هیبریدی (mwnt-coohsdbs) به نسبت (100: 0: 0، 99.8: 0.2: 0، 99.8: 0: 0.2، 99.6: 0.2: 0.2) تهیه و در داخل قرار گرفتند. آسیاب گلوله ای (qm-3sp2 کارخانه ابزار نانجینگ ناندا) برای آسیاب و اختلاط گلوله ای.سرعت چرخش آسیاب گلوله ای روی 220 R / دقیقه تنظیم شد و آسیاب گلوله ای به چرخش تبدیل شد.

پس از فرز گلوله ای، سرعت چرخش مخزن فرز گلوله ای را به طور متناوب پس از اتمام فرز گلوله ای 1/2 تنظیم کنید و پس از اتمام فرز گلوله، سرعت چرخش مخزن توپی را به طور متناوب 1/2 تنظیم کنید.سنگدانه های سرامیکی آسیاب شده با گلوله و چسب به طور مساوی با توجه به کسر جرمی 1.0 ∶ 0.8 مخلوط می شوند.در نهایت، پوشش سرامیکی چسب با فرآیند پخت به دست آمد.

2. تست خوردگی
در این مطالعه، تست خوردگی الکتروشیمیایی ایستگاه کاری الکتروشیمیایی شانگهای Chenhua chi660e را اتخاذ می‌کند و آزمایش یک سیستم تست سه الکترود را اتخاذ می‌کند.الکترود پلاتین الکترود کمکی، الکترود نقره کلرید نقره الکترود مرجع است، و نمونه پوشش داده شده الکترود کار با سطح نوردهی موثر 1cm2 است.همانطور که در شکل 1 و 2 نشان داده شده است، الکترود مرجع، الکترود کار و الکترود کمکی در سلول الکترولیتی را با دستگاه وصل کنید. قبل از آزمایش، نمونه را در الکترولیت که محلول NaCl 3.5٪ است خیس کنید.

3. آنالیز تافل خوردگی الکتروشیمیایی پوشش ها
شکل 3 منحنی تافل زیرلایه بدون پوشش و پوشش سرامیکی پوشش داده شده با افزودنی های مختلف نانو را پس از خوردگی الکتروشیمیایی به مدت 19 ساعت نشان می دهد.داده های تست ولتاژ خوردگی، چگالی جریان خوردگی و امپدانس الکتریکی به دست آمده از آزمون خوردگی الکتروشیمیایی در جدول 1 نشان داده شده است.

ارسال
هنگامی که چگالی جریان خوردگی کوچکتر است و راندمان مقاومت در برابر خوردگی بالاتر است، اثر مقاومت به خوردگی پوشش بهتر است.از شکل 3 و جدول 1 می توان دریافت که وقتی زمان خوردگی 19 ساعت است، حداکثر ولتاژ خوردگی ماتریس فلزی لخت 0.680- ولت است و چگالی جریان خوردگی ماتریس نیز بزرگترین است و به 2.890 × 10-6 A می رسد. /cm2. هنگامی که با پوشش سرامیکی آلومینا خالص پوشش داده شد، چگالی جریان خوردگی به 78٪ کاهش یافت و PE 22.01٪ بود.این نشان می دهد که پوشش سرامیکی نقش محافظتی بهتری دارد و می تواند مقاومت در برابر خوردگی پوشش در الکترولیت خنثی را بهبود بخشد.

هنگامی که 0.2٪ mwnt-cooh-sdbs یا 0.2٪ گرافن به پوشش اضافه شد، چگالی جریان خوردگی کاهش یافت، مقاومت افزایش یافت، و مقاومت به خوردگی پوشش بیشتر بهبود یافت، با PE به ترتیب 38.48٪ و 40.10٪.هنگامی که سطح با 0.2% mwnt-cooh-sdbs و 0.2% گرافن پوشش آلومینا مخلوط می شود، جریان خوردگی بیشتر از 2.890 × 10-6 A / cm2 به 1.536 × 10-6 A / cm2 کاهش می یابد که حداکثر مقاومت است. مقدار، از 11388 Ω به 28079 Ω افزایش یافته است و PE پوشش می تواند به 46.85٪ برسد.این نشان می‌دهد که محصول هدف آماده‌شده مقاومت به خوردگی خوبی دارد و اثر هم افزایی نانولوله‌های کربنی و گرافن می‌تواند به طور موثر مقاومت به خوردگی پوشش سرامیکی را بهبود بخشد.

4. اثر زمان خیساندن بر امپدانس پوشش
به منظور بررسی بیشتر مقاومت به خوردگی پوشش، با توجه به تأثیر زمان غوطه وری نمونه در الکترولیت بر روی آزمایش، منحنی های تغییر مقاومت چهار پوشش در زمان غوطه وری متفاوت به دست می آید، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 4.

ارسال
در مرحله اولیه غوطه وری (10 ساعت)، به دلیل چگالی و ساختار خوب پوشش، الکترولیت به سختی در پوشش فرو می رود.در این زمان پوشش سرامیکی مقاومت بالایی از خود نشان می دهد.پس از مدتی خیساندن، مقاومت به طور قابل توجهی کاهش می یابد، زیرا با گذشت زمان، الکترولیت به تدریج کانال خوردگی را از طریق منافذ و ترک های پوشش ایجاد می کند و به داخل ماتریس نفوذ می کند و در نتیجه مقاومت به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. پوشش

در مرحله دوم، هنگامی که محصولات خوردگی به مقدار معینی افزایش می یابد، انتشار مسدود شده و شکاف به تدریج مسدود می شود.در همان زمان، هنگامی که الکترولیت به رابط پیوندی لایه زیرین پیوند / ماتریس نفوذ می کند، مولکول های آب با عنصر آهن موجود در ماتریس در محل اتصال پوشش / ماتریس واکنش می دهند و یک لایه نازک اکسید فلزی تولید می کنند که مانع از کار می شود. نفوذ الکترولیت به ماتریس و افزایش مقدار مقاومت.هنگامی که ماتریس فلزی لخت به صورت الکتروشیمیایی خورده می شود، بیشتر رسوب لخته سبز رنگ در انتهای الکترولیت تولید می شود.محلول الکترولیتی هنگام الکترولیز نمونه پوشش داده شده تغییر رنگ نداد که می تواند وجود واکنش شیمیایی فوق را ثابت کند.

با توجه به زمان خیساندن کوتاه و عوامل تأثیر خارجی زیاد، به منظور دستیابی بیشتر به رابطه تغییر دقیق پارامترهای الکتروشیمیایی، منحنی های تافل 19 ساعت و 19.5 ساعت تجزیه و تحلیل می شوند.چگالی جریان خوردگی و مقاومت به‌دست‌آمده توسط نرم‌افزار تحلیل zsimpwin در جدول 2 نشان داده شده است. می‌توان دریافت که هنگام خیساندن به مدت 19 ساعت، در مقایسه با بستر خالی، چگالی جریان خوردگی پوشش کامپوزیت آلومینا خالص و آلومینا حاوی مواد افزودنی نانو است. کوچکتر و مقدار مقاومت بزرگتر است.ارزش مقاومت پوشش سرامیکی حاوی نانولوله های کربنی و پوشش حاوی گرافن تقریباً یکسان است، در حالی که ساختار پوشش با نانولوله های کربنی و مواد کامپوزیت گرافن به طور قابل توجهی افزایش یافته است، زیرا اثر هم افزایی نانولوله های کربنی یک بعدی و گرافن دو بعدی است. مقاومت در برابر خوردگی مواد را بهبود می بخشد.

با افزایش زمان غوطه وری (19.5 ساعت)، مقاومت بستر لخت افزایش می یابد که نشان می دهد در مرحله دوم خوردگی قرار دارد و لایه اکسید فلزی روی سطح زیرلایه تولید می شود.به همین ترتیب، با افزایش زمان، مقاومت پوشش سرامیکی آلومینا خالص نیز افزایش می‌یابد که نشان می‌دهد در این زمان، اگرچه اثر کند کنندگی پوشش سرامیکی وجود دارد، الکترولیت به رابط پیوندی پوشش/ماتریس نفوذ کرده و فیلم اکسیدی تولید کرده است. از طریق واکنش شیمیایی
در مقایسه با پوشش آلومینا حاوی 0.2% mwnt-cooh-sdbs، پوشش آلومینا حاوی 0.2% گرافن و پوشش آلومینا حاوی 0.2% mwnt-cooh-sdbs و 0.2% گرافن، مقاومت پوشش به طور قابل توجهی با افزایش زمان کاهش یافت. به ترتیب 22.94٪، 25.60٪ و 9.61٪، که نشان می دهد الکترولیت در این زمان به محل اتصال بین پوشش و زیرلایه نفوذ نکرده است، زیرا ساختار نانولوله های کربنی و گرافن مانع از نفوذ رو به پایین الکترولیت می شود و در نتیجه از آن محافظت می کند. ماتریکس.اثر هم افزایی این دو بیشتر تأیید می شود.پوشش حاوی دو ماده نانو مقاومت در برابر خوردگی بهتری دارد.

از طریق منحنی تافل و منحنی تغییر مقدار امپدانس الکتریکی، مشخص شد که پوشش سرامیکی آلومینا با گرافن، نانولوله‌های کربنی و مخلوط آنها می‌تواند مقاومت به خوردگی ماتریس فلزی را بهبود بخشد و اثر هم افزایی این دو می‌تواند باعث بهبود بیشتر خوردگی شود. مقاومت پوشش سرامیکی چسببه منظور بررسی بیشتر اثر افزودنی‌های نانو بر مقاومت به خوردگی پوشش، مورفولوژی سطح ریز پوشش پس از خوردگی مشاهده شد.

ارسال

شکل 5 (A1، A2، B1، B2) مورفولوژی سطح فولاد ضد زنگ 304 و سرامیک آلومینا خالص پوشش داده شده را در بزرگنمایی های مختلف پس از خوردگی نشان می دهد.شکل 5 (A2) نشان می دهد که سطح پس از خوردگی ناهموار می شود.برای زیرلایه لخت، چندین گودال خوردگی بزرگ پس از غوطه ور شدن در الکترولیت روی سطح ظاهر می شود که نشان می دهد مقاومت خوردگی ماتریس فلزی لخت ضعیف است و الکترولیت به راحتی به داخل ماتریس نفوذ می کند.برای پوشش سرامیکی آلومینا خالص، همانطور که در شکل 5 (B2) نشان داده شده است، اگرچه کانال های خوردگی متخلخل پس از خوردگی ایجاد می شوند، ساختار نسبتاً متراکم و مقاومت به خوردگی عالی پوشش سرامیکی آلومینا خالص به طور موثری از تهاجم الکترولیت جلوگیری می کند، که دلیل آن را توضیح می دهد. بهبود موثر امپدانس پوشش سرامیکی آلومینا.

ارسال

مورفولوژی سطح mwnt-cooh-sdbs، پوشش‌های حاوی 0.2% گرافن و پوشش‌های حاوی 0.2% mwnt-cooh-sdbs و 0.2% گرافن.مشاهده می شود که دو پوشش حاوی گرافن در شکل 6 (B2 و C2) دارای ساختار مسطح هستند، اتصال بین ذرات در پوشش محکم است و ذرات سنگدانه به طور محکم توسط چسب پیچیده شده اند.اگرچه سطح توسط الکترولیت فرسایش می یابد، کانال های منافذ کمتری تشکیل می شود.پس از خوردگی، سطح پوشش متراکم است و ساختارهای نقص کمی وجود دارد.برای شکل 6 (A1, A2)، با توجه به ویژگی های mwnt-cooh-sdbs، پوشش قبل از خوردگی یک ساختار متخلخل با توزیع یکنواخت است.پس از خوردگی، منافذ قسمت اصلی باریک و طولانی شده و کانال عمیق تر می شود.در مقایسه با شکل 6 (B2, C2)، ساختار دارای عیوب بیشتری است که با توزیع اندازه مقدار امپدانس پوشش به دست آمده از آزمون خوردگی الکتروشیمیایی مطابقت دارد.این نشان می دهد که پوشش سرامیکی آلومینا حاوی گرافن، به ویژه مخلوط گرافن و نانولوله کربنی، بهترین مقاومت در برابر خوردگی را دارد.این به این دلیل است که ساختار نانولوله‌های کربنی و گرافن می‌توانند به طور موثری از انتشار ترک جلوگیری کرده و از ماتریکس محافظت کنند.

5. بحث و جمع بندی
از طریق آزمایش مقاومت به خوردگی نانولوله‌های کربنی و افزودنی‌های گرافن روی پوشش سرامیکی آلومینا و تجزیه و تحلیل ریزساختار سطح پوشش، نتایج زیر حاصل می‌شود:

(1) هنگامی که زمان خوردگی 19 ساعت بود، با افزودن 0.2٪ نانولوله کربنی هیبریدی + 0.2٪ گرافن با مواد مخلوط سرامیک آلومینا، چگالی جریان خوردگی از 2.890 × 10-6 A / cm2 به 1.536 × 10-6 A / افزایش یافت. سانتی متر مربع، امپدانس الکتریکی از 11388 Ω به 28079 Ω افزایش یافته است و راندمان مقاومت در برابر خوردگی بزرگترین، 46.85٪ است.در مقایسه با پوشش سرامیکی آلومینا خالص، پوشش کامپوزیت با گرافن و نانولوله های کربنی مقاومت به خوردگی بهتری دارد.

(2) با افزایش زمان غوطه وری الکترولیت، الکترولیت به سطح مشترک پوشش / بستر نفوذ می کند تا فیلم اکسید فلزی تولید کند که مانع از نفوذ الکترولیت به بستر می شود.امپدانس الکتریکی ابتدا کاهش می یابد و سپس افزایش می یابد و مقاومت به خوردگی پوشش سرامیکی آلومینا خالص ضعیف است.ساختار و هم افزایی نانولوله های کربنی و گرافن مانع از نفوذ رو به پایین الکترولیت می شود.هنگامی که به مدت 19.5 ساعت خیسانده شد، امپدانس الکتریکی پوشش حاوی مواد نانو به ترتیب 22.94٪، 25.60٪ و 9.61٪ کاهش یافت و مقاومت به خوردگی پوشش خوب بود.

6. مکانیسم تاثیر مقاومت در برابر خوردگی پوشش
از طریق منحنی تافل و منحنی تغییر مقدار امپدانس الکتریکی، مشخص شد که پوشش سرامیکی آلومینا با گرافن، نانولوله‌های کربنی و مخلوط آنها می‌تواند مقاومت به خوردگی ماتریس فلزی را بهبود بخشد و اثر هم افزایی این دو می‌تواند باعث بهبود بیشتر خوردگی شود. مقاومت پوشش سرامیکی چسببه منظور بررسی بیشتر اثر افزودنی‌های نانو بر مقاومت به خوردگی پوشش، مورفولوژی سطح ریز پوشش پس از خوردگی مشاهده شد.

شکل 5 (A1، A2، B1، B2) مورفولوژی سطح فولاد ضد زنگ 304 و سرامیک آلومینا خالص پوشش داده شده را در بزرگنمایی های مختلف پس از خوردگی نشان می دهد.شکل 5 (A2) نشان می دهد که سطح پس از خوردگی ناهموار می شود.برای زیرلایه لخت، چندین گودال خوردگی بزرگ پس از غوطه ور شدن در الکترولیت روی سطح ظاهر می شود که نشان می دهد مقاومت خوردگی ماتریس فلزی لخت ضعیف است و الکترولیت به راحتی به داخل ماتریس نفوذ می کند.برای پوشش سرامیکی آلومینا خالص، همانطور که در شکل 5 (B2) نشان داده شده است، اگرچه کانال های خوردگی متخلخل پس از خوردگی ایجاد می شوند، ساختار نسبتاً متراکم و مقاومت به خوردگی عالی پوشش سرامیکی آلومینا خالص به طور موثری از تهاجم الکترولیت جلوگیری می کند، که دلیل آن را توضیح می دهد. بهبود موثر امپدانس پوشش سرامیکی آلومینا.

مورفولوژی سطح mwnt-cooh-sdbs، پوشش‌های حاوی 0.2% گرافن و پوشش‌های حاوی 0.2% mwnt-cooh-sdbs و 0.2% گرافن.مشاهده می شود که دو پوشش حاوی گرافن در شکل 6 (B2 و C2) دارای ساختار مسطح هستند، اتصال بین ذرات در پوشش محکم است و ذرات سنگدانه به طور محکم توسط چسب پیچیده شده اند.اگرچه سطح توسط الکترولیت فرسایش می یابد، کانال های منافذ کمتری تشکیل می شود.پس از خوردگی، سطح پوشش متراکم است و ساختارهای نقص کمی وجود دارد.برای شکل 6 (A1, A2)، با توجه به ویژگی های mwnt-cooh-sdbs، پوشش قبل از خوردگی یک ساختار متخلخل با توزیع یکنواخت است.پس از خوردگی، منافذ قسمت اصلی باریک و طولانی شده و کانال عمیق تر می شود.در مقایسه با شکل 6 (B2, C2)، ساختار دارای عیوب بیشتری است که با توزیع اندازه مقدار امپدانس پوشش به دست آمده از آزمون خوردگی الکتروشیمیایی مطابقت دارد.این نشان می دهد که پوشش سرامیکی آلومینا حاوی گرافن، به ویژه مخلوط گرافن و نانولوله کربنی، بهترین مقاومت در برابر خوردگی را دارد.این به این دلیل است که ساختار نانولوله‌های کربنی و گرافن می‌توانند به طور موثری از انتشار ترک جلوگیری کرده و از ماتریکس محافظت کنند.

7. بحث و جمع بندی
از طریق آزمایش مقاومت به خوردگی نانولوله‌های کربنی و افزودنی‌های گرافن روی پوشش سرامیکی آلومینا و تجزیه و تحلیل ریزساختار سطح پوشش، نتایج زیر حاصل می‌شود:

(1) هنگامی که زمان خوردگی 19 ساعت بود، با افزودن 0.2٪ نانولوله کربنی هیبریدی + 0.2٪ گرافن با مواد مخلوط سرامیک آلومینا، چگالی جریان خوردگی از 2.890 × 10-6 A / cm2 به 1.536 × 10-6 A / افزایش یافت. سانتی متر مربع، امپدانس الکتریکی از 11388 Ω به 28079 Ω افزایش یافته است و راندمان مقاومت در برابر خوردگی بزرگترین، 46.85٪ است.در مقایسه با پوشش سرامیکی آلومینا خالص، پوشش کامپوزیت با گرافن و نانولوله های کربنی مقاومت به خوردگی بهتری دارد.

(2) با افزایش زمان غوطه وری الکترولیت، الکترولیت به سطح مشترک پوشش / بستر نفوذ می کند تا فیلم اکسید فلزی تولید کند که مانع از نفوذ الکترولیت به بستر می شود.امپدانس الکتریکی ابتدا کاهش می یابد و سپس افزایش می یابد و مقاومت به خوردگی پوشش سرامیکی آلومینا خالص ضعیف است.ساختار و هم افزایی نانولوله های کربنی و گرافن مانع از نفوذ رو به پایین الکترولیت می شود.هنگامی که به مدت 19.5 ساعت خیسانده شد، امپدانس الکتریکی پوشش حاوی مواد نانو به ترتیب 22.94٪، 25.60٪ و 9.61٪ کاهش یافت و مقاومت به خوردگی پوشش خوب بود.

(3) با توجه به ویژگی های نانولوله های کربنی، پوشش اضافه شده با نانولوله های کربنی به تنهایی دارای یک ساختار متخلخل یکنواخت قبل از خوردگی است.پس از خوردگی، منافذ قسمت اصلی باریک و دراز می شوند و کانال ها عمیق تر می شوند.پوشش حاوی گرافن دارای ساختار مسطح قبل از خوردگی است، ترکیب بین ذرات در پوشش نزدیک است و ذرات سنگدانه به طور محکم توسط چسب پیچیده می شوند.اگرچه سطح پس از خوردگی توسط الکترولیت فرسایش می یابد، کانال های منفذی کمی وجود دارد و ساختار هنوز متراکم است.ساختار نانولوله‌های کربنی و گرافن می‌تواند به طور موثری از انتشار ترک جلوگیری کرده و از ماتریکس محافظت کند.