دراسة حول مقاومة التآكل للطبقة الجرافين / الكربون النانو للأنابيب النانوية المعززة

1. تحضير الطلاء
من أجل تسهيل الاختبار الكهروكيميائي اللاحق ، يتم تحديد 30 مم × 4 مم 304 من الفولاذ المقاوم للصدأ كقاعدة. تلميع وإزالة طبقة الأكسيد المتبقية وبقع الصدأ على سطح الركيزة مع ورق الصنفرة ، ضعها في دورق يحتوي حطام التآكل على سطح الركيزة المعدنية مع الكحول والماء المقطر ، وتجفيفها بمنفاخ. بعد ذلك ، تم تحضير ألومينا (AL2O3) ، الجرافين والكربون النانوي (MWNT-COOHSDBS) في نسبة (100: 0: 0 ، 99.8: 0.2: 0 ، 99.8: 0: 0.2 ، 99.6: 0.2: 0.2) ، ووضعها في مطحنة الكرة (QM-3SP2 من مصنع أدوات Nanjing Nanda) لطحن الكرة والخلط. تم ضبط السرعة الدوارة لمطحنة الكرة على 220 ص / دقيقة ، وتم تحويل مطحنة الكرة إلى

بعد طحن الكرة ، قم بتعيين سرعة الدوران لخزان طحن الكرة لتكون 1/2 بالتناوب بعد اكتمال طحن الكرة ، وضبط سرعة الدوران لخزان طحن الكرة لتكون 1/2 بالتناوب بعد اكتمال طحن الكرة. يتم خلط الكرة الخزفية المطحونة والوثق بالتساوي وفقًا للكسر الكتلي البالغ 1.0 ∶ 0.8. أخيرًا ، تم الحصول على طلاء السيراميك اللاصق من خلال عملية المعالجة.

2. اختبار التآكل
في هذه الدراسة ، يتبنى اختبار التآكل الكهروكيميائي Shanghai Chenhua Chi660E محطة عمل الكهروكيميائية ، ويعتمد الاختبار نظام اختبار القطب الثلاثة. القطب البلاتيني هو القطب المساعدة ، والقطب الكلوريد الفضي الفضي هو القطب المرجعي ، والعينة المغلفة هي القطب العاملة ، مع مساحة تعرض فعالة من 1CM2. قم بتوصيل القطب المرجعي ، القطب العاملة ، القطب المساعدة في الخلية الكهربائية مع الأداة ، كما هو موضح في الشكلين 1 و 2. قبل الاختبار ، نقع العينة في المنحل بالكهرباء ، وهو محلول كلوريد الصوديوم 3.5 ٪.

3. تحليل tafel للتآكل الكهروكيميائي للطلاء
يوضح الشكل 3 منحنى tafel من الركيزة غير المصنفة والطبقة الخزفية المطلية بمضافات نانو مختلفة بعد التآكل الكهروكيميائي لعام 19 ساعة. يوضح الجدول 1 جهد التآكل ، وكثافة تيار التآكل وبيانات اختبار المعاوقة الكهربائية التي تم الحصول عليها من اختبار التآكل الكهروكيميائي.

يُقدِّم
عندما تكون كثافة تيار التآكل أصغر وكفاءة مقاومة التآكل أعلى ، يكون تأثير مقاومة التآكل للطلاء أفضل. يمكن أن نرى من الشكل 3 والجدول 1 أنه عندما يكون وقت التآكل 19 ساعة ، فإن الحد الأقصى لجهد التآكل للمصفوفة المعدنية العارية هو -0.680 فولت ، وكثافة تيار التآكل للمصفوفة هي أيضًا الأكبر ، حيث يصل إلى 2.890 × 10-6 أ. /cm2。 عند المغلفة باستخدام طلاء السيراميك النقي للألومينا ، انخفضت كثافة التيار التآكل إلى 78 ٪ و PE 22.01 ٪. إنه يوضح أن طلاء السيراميك يلعب دورًا وقائيًا أفضل ويمكنه تحسين مقاومة التآكل للطلاء في المنحل بالكهرباء المحايدة.

عندما تمت إضافة 0.2 ٪ MWNT-COOH-SDBS أو 0.2 ٪ من الجرافين إلى الطلاء ، انخفضت كثافة تيار التآكل ، وازدادت المقاومة ، وتم تحسين مقاومة التآكل للطلاء ، مع PE بنسبة 38.48 ٪ و 40.10 ٪ على التوالي. عندما يكون السطح مغلفًا بنسبة 0.2 ٪ MWNT-COOH-SDBS و 0.2 ٪ من طلاء الألومينا المختلط من الجرافين ، يتم تخفيض تيار التآكل من 2.890 × 10-6 A / CM2 إلى 1.536 × 10-6 A / CM2 ، أقصى مقاومة القيمة ، زادت من 11388 Ω إلى 28079 Ω ، ويمكن أن يصل PE للطلاء إلى 46.85 ٪. إنه يوضح أن المنتج المستهدف المحضر له مقاومة جيدة للتآكل ، وأن التأثير التآزري للأنابيب النانوية الكربونية والجرافين يمكن أن يحسن بشكل فعال مقاومة التآكل للطبقة السيراميكية.

4. تأثير وقت نقع على مقاومة الطلاء
من أجل المزيد من استكشاف مقاومة التآكل للطلاء ، بالنظر إلى تأثير وقت الانغماس في العينة في الإلكتروليت في الاختبار ، يتم الحصول على منحنيات التغيير لمقاومة الطلاء الأربعة في وقت غمر مختلف ، كما هو مبين في الشكل 4.

يُقدِّم
في المرحلة الأولية من الانغماس (10 ساعات) ، بسبب الكثافة الجيدة وهيكل الطلاء ، يصعب الانغماس في الطلاء. في هذا الوقت ، يظهر طلاء السيراميك مقاومة عالية. بعد النقع لفترة من الزمن ، تنخفض المقاومة بشكل كبير ، لأنه مع مرور الوقت ، تشكل المنحل بالكهرباء تدريجياً قناة تآكل من خلال المسام والشقوق في الطلاء وتخترق المصفوفة ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في مقاومة المقاومة الطلاء.

في المرحلة الثانية ، عندما تزداد منتجات التآكل إلى كمية معينة ، يتم حظر الانتشار ويتم حظر الفجوة تدريجياً. في الوقت نفسه ، عندما يخترق المنحل بالكهرباء واجهة الترابط لطبقة / مصفوفة أسفل الترابط ، ستتفاعل جزيئات الماء مع عنصر Fe في المصفوفة عند تقاطع الطلاء / المصفوفة لإنتاج فيلم أكسيد معدني رقيق ، والذي يعوق تغلغل المنحل بالكهرباء في المصفوفة ويزيد من قيمة المقاومة. عندما يتم تآكل المصفوفة المعدنية العارية كهروكيميائيًا ، يتم إنتاج معظم هطول الأمطار الخضراء في أسفل المنحل بالكهرباء. لم يتغير محلول التحليل الكهربائي عن اللون عند الإلكتروليز في العينة المطلية ، والتي يمكن أن تثبت وجود التفاعل الكيميائي أعلاه.

نظرًا لوقت النقع القصير وعوامل التأثير الخارجي الكبير ، من أجل الحصول على علاقة التغيير الدقيقة للمعلمات الكهروكيميائية ، يتم تحليل منحنيات Tafel التي تبلغ 19 ساعة و 19.5 ساعة. يتم عرض كثافة ومقاومة تيار التآكل التي تم الحصول عليها من قبل برنامج تحليل Zsimpwin في الجدول 2. يمكن العثور على أنه عندما يتم غمره لمدة 19 ساعة ، مقارنة بالركيزة العارية ، فإن كثافة التيار التآكل للألومينا النقية والطبقة المركبة للألومينا التي تحتوي على مواد مضافة نانو أصغر وقيمة المقاومة أكبر. إن قيمة مقاومة الطلاء السيراميك الذي يحتوي على أنابيب الكربون النانوية والطلاء الذي يحتوي على الجرافين هو نفسه تقريبًا ، في حين أن هيكل الطلاء مع أنابيب الكربون النانوية والمواد المركب بالجرافين يتم تعزيزها بشكل كبير ، وهذا يرجع إلى أن التأثير التآزري للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الأبعاد وجرافين ثنائية الأبعاد ثنائية الأبعاد يحسن مقاومة التآكل للمادة.

مع زيادة وقت الانغماس (19.5 ساعة) ، تزداد مقاومة الركيزة العارية ، مما يشير إلى أنه في المرحلة الثانية من تآكل فيلم أكسيد المعادن يتم إنتاجه على سطح الركيزة. وبالمثل ، مع زيادة الوقت ، تزداد مقاومة طلاء السيراميك النقي للألومينا أيضًا ، مما يشير إلى أنه في هذا الوقت ، على الرغم من وجود تأثير تباطؤ لطلاء السيراميك ، فقد اخترق المنحلال الواجهة الترابطية للطلاء / المصفوفة ، وأكسيد أنتجت. من خلال التفاعل الكيميائي.
بالمقارنة مع طلاء الألومينا الذي يحتوي على 0.2 ٪ MWNT-COOH-SDBS ، فإن طلاء الألومينا الذي يحتوي على 0.2 ٪ من الجرافين وطلاء الألومينا الذي يحتوي على 0.2 ٪ MWNT-COOH-SDBS و 0.2 ٪ الجرافين ، انخفضت مقاومة الطلاء بشكل كبير مع زيادة الوقت ، بحلول 22.94 ٪ ، 25.60 ٪ و 9.61 ٪ على التوالي ، مما يشير إلى أن المنحل بالكهرباء لم يخترق المفصل بين الطلاء والركيزة في هذا الوقت ، وذلك لأن هيكل الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين يمنع الاختراق الهبوطي للكهرباء ، وبالتالي حماية المصفوفة. يتم التحقق من التأثير التآزري للاثنين. الطلاء الذي يحتوي على مادة نانو له مقاومة تآكل أفضل.

من خلال منحنى Tafel ومنحنى تغيير قيمة المعاوقة الكهربائية ، وجد أن طلاء الخزانة المصنوعة من الألومينا مع الجرافين ، أنابيب الكربون النانوية وخليطها يمكن أن يحسن مقاومة التآكل لمصفوفة المعادن ، وأن التأثير التآزري للثانيين يمكن أن يحسن التآكل مقاومة الطلاء الخزفي اللاصقة. من أجل مزيد من استكشاف تأثير إضافات النانو على مقاومة التآكل للطلاء ، لوحظ مورفولوجيا السطح الدقيقة للطلاء بعد التآكل.

يُقدِّم

يوضح الشكل 5 (A1 ، A2 ، B1 ، B2) مورفولوجيا السطح من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 المكشوف والسيراميك النقي المطلي في تكبير مختلف بعد التآكل. يوضح الشكل 5 (A2) أن السطح بعد التآكل يصبح خشنًا. بالنسبة للركيزة العارية ، تظهر العديد من حفر التآكل الكبيرة على السطح بعد الانغماس في المنحل بالكهرباء ، مما يشير إلى أن مقاومة التآكل للمصفوفة المعدنية العارية ضعيفة ويسهل اختراق الإلكتروليت في المصفوفة. بالنسبة للطلاء الخزفي ألومينا النقي ، كما هو مبين في الشكل 5 (B2) ، على الرغم من أن قنوات التآكل المسامية يتم توليدها بعد التآكل ، فإن الهيكل الكثيف نسبيًا ومقاومة التآكل الممتازة لطلاء السيرامينا النقي يمنع بشكل فعال غزو الإلكتروليت ، وهو ما يفسر السبب في تحسين فعال لمقاومة طلاء السيراميك الألومينا.

يُقدِّم

مورفولوجيا السطح من MWNT-COOH-SDBS ، الطلاءات التي تحتوي على 0.2 ٪ الجرافين والطلاءات التي تحتوي على 0.2 ٪ MWNT-COOH-SDBS و 0.2 ٪ الجرافين. يمكن ملاحظة أن الطلاءتين الذي يحتوي على الجرافين في الشكل 6 (B2 و C2) لهما بنية مسطحة ، والربط بين الجسيمات في الطلاء ضيقة ، ويتم لف الجسيمات الإجمالية بإحكام بواسطة اللاصقة. على الرغم من تآكل السطح بواسطة المنحل بالكهرباء ، يتم تشكيل قنوات مسام أقل. بعد التآكل ، يكون سطح الطلاء كثيفًا وهناك القليل من هياكل العيوب. بالنسبة للشكل 6 (A1 ، A2) ، بسبب خصائص MWNT-COOH-SDBS ، فإن الطلاء قبل التآكل هو بنية مسامية موزعة بشكل موحد. بعد التآكل ، تصبح مسام الجزء الأصلي ضيقة وطويلة ، وتصبح القناة أعمق. بالمقارنة مع الشكل 6 (B2 ، C2) ، يحتوي الهيكل على المزيد من العيوب ، وهو ما يتسق مع توزيع حجم قيمة مقاومة الطلاء التي تم الحصول عليها من اختبار التآكل الكهروكيميائي. إنه يوضح أن طلاء السيراميك الألومينا الذي يحتوي على الجرافين ، وخاصة مزيج الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية ، لديه أفضل مقاومة للتآكل. وذلك لأن هيكل الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين يمكن أن يحظر بشكل فعال نشر الكراك ويحمي المصفوفة.

5. مناقشة وملخص
من خلال اختبار مقاومة التآكل لأنابيب الكربون النانوية ومضافات الجرافين على طلاء السيراميك الألومينا وتحليل البنية المجهرية السطحية للطلاء ، يتم استخلاص الاستنتاجات التالية:

(1) عندما كان وقت التآكل 19 ساعة ، مضيفًا بنسبة 0.2 ٪ من الأنابيب النانوية الكربونية الهجينة + 0.2 ٪ من الطبقة الخزفية المصنوعة من الجرافين ، ارتفعت كثافة تيار التآكل من 2.890 × 10-6 A / CM2 إلى 1.536 × 10-6 A / CM2 ، يتم زيادة المقاومة الكهربائية من 11388 Ω إلى 28079 Ω ، وكفاءة مقاومة التآكل هي الأكبر ، 46.85 ٪. بالمقارنة مع طلاء السيراميك النقي للألومينا ، فإن الطلاء المركب مع الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية لديه مقاومة تآكل أفضل.

(2) مع زيادة وقت الانغماس من المنحل بالكهرباء ، يخترق المنحل بالكهرباء سطح المفصل للطلاء / الركيزة لإنتاج فيلم أكسيد المعادن ، مما يعيق تغلغل المنحل بالكهرباء في الركيزة. تتناقص المقاومة الكهربائية أولاً ثم تزداد ، ومقاومة التآكل لطلاء السيراميك النقي للألومينا ضعيفة. منعت هيكل وتآزر الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين الاختراق الهبوطي للكهرباء. عندما تنقع لمدة 19.5 ساعة ، انخفضت المعاوقة الكهربائية للطلاء التي تحتوي على مواد نانو بنسبة 22.94 ٪ و 25.60 ٪ و 9.61 ٪ على التوالي ، وكانت مقاومة التآكل للطلاء جيدة.

6. آلية التأثير لطلاء مقاومة التآكل
من خلال منحنى Tafel ومنحنى تغيير قيمة المعاوقة الكهربائية ، وجد أن طلاء الخزانة المصنوعة من الألومينا مع الجرافين ، أنابيب الكربون النانوية وخليطها يمكن أن يحسن مقاومة التآكل لمصفوفة المعادن ، وأن التأثير التآزري للثانيين يمكن أن يحسن التآكل مقاومة الطلاء الخزفي اللاصقة. من أجل مزيد من استكشاف تأثير إضافات النانو على مقاومة التآكل للطلاء ، لوحظ مورفولوجيا السطح الدقيقة للطلاء بعد التآكل.

يوضح الشكل 5 (A1 ، A2 ، B1 ، B2) مورفولوجيا السطح من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 المكشوف والسيراميك النقي المطلي في تكبير مختلف بعد التآكل. يوضح الشكل 5 (A2) أن السطح بعد التآكل يصبح خشنًا. بالنسبة للركيزة العارية ، تظهر العديد من حفر التآكل الكبيرة على السطح بعد الانغماس في المنحل بالكهرباء ، مما يشير إلى أن مقاومة التآكل للمصفوفة المعدنية العارية ضعيفة ويسهل اختراق الإلكتروليت في المصفوفة. بالنسبة للطلاء الخزفي ألومينا النقي ، كما هو مبين في الشكل 5 (B2) ، على الرغم من أن قنوات التآكل المسامية يتم توليدها بعد التآكل ، فإن الهيكل الكثيف نسبيًا ومقاومة التآكل الممتازة لطلاء السيرامينا النقي يمنع بشكل فعال غزو الإلكتروليت ، وهو ما يفسر السبب في تحسين فعال لمقاومة طلاء السيراميك الألومينا.

مورفولوجيا السطح من MWNT-COOH-SDBS ، الطلاءات التي تحتوي على 0.2 ٪ الجرافين والطلاءات التي تحتوي على 0.2 ٪ MWNT-COOH-SDBS و 0.2 ٪ الجرافين. يمكن ملاحظة أن الطلاءتين الذي يحتوي على الجرافين في الشكل 6 (B2 و C2) لهما بنية مسطحة ، والربط بين الجسيمات في الطلاء ضيقة ، ويتم لف الجسيمات الإجمالية بإحكام بواسطة اللاصقة. على الرغم من تآكل السطح بواسطة المنحل بالكهرباء ، يتم تشكيل قنوات مسام أقل. بعد التآكل ، يكون سطح الطلاء كثيفًا وهناك القليل من هياكل العيوب. بالنسبة للشكل 6 (A1 ، A2) ، بسبب خصائص MWNT-COOH-SDBS ، فإن الطلاء قبل التآكل هو بنية مسامية موزعة بشكل موحد. بعد التآكل ، تصبح مسام الجزء الأصلي ضيقة وطويلة ، وتصبح القناة أعمق. بالمقارنة مع الشكل 6 (B2 ، C2) ، يحتوي الهيكل على المزيد من العيوب ، وهو ما يتسق مع توزيع حجم قيمة مقاومة الطلاء التي تم الحصول عليها من اختبار التآكل الكهروكيميائي. إنه يوضح أن طلاء السيراميك الألومينا الذي يحتوي على الجرافين ، وخاصة مزيج الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية ، لديه أفضل مقاومة للتآكل. وذلك لأن هيكل الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين يمكن أن يحظر بشكل فعال نشر الكراك ويحمي المصفوفة.

7. مناقشة وملخص
من خلال اختبار مقاومة التآكل لأنابيب الكربون النانوية ومضافات الجرافين على طلاء السيراميك الألومينا وتحليل البنية المجهرية السطحية للطلاء ، يتم استخلاص الاستنتاجات التالية:

(1) عندما كان وقت التآكل 19 ساعة ، مضيفًا بنسبة 0.2 ٪ من الأنابيب النانوية الكربونية الهجينة + 0.2 ٪ من الطبقة الخزفية المصنوعة من الجرافين ، ارتفعت كثافة تيار التآكل من 2.890 × 10-6 A / CM2 إلى 1.536 × 10-6 A / CM2 ، يتم زيادة المقاومة الكهربائية من 11388 Ω إلى 28079 Ω ، وكفاءة مقاومة التآكل هي الأكبر ، 46.85 ٪. بالمقارنة مع طلاء السيراميك النقي للألومينا ، فإن الطلاء المركب مع الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية لديه مقاومة تآكل أفضل.

(2) مع زيادة وقت الانغماس من المنحل بالكهرباء ، يخترق المنحل بالكهرباء سطح المفصل للطلاء / الركيزة لإنتاج فيلم أكسيد المعادن ، مما يعيق تغلغل المنحل بالكهرباء في الركيزة. تتناقص المقاومة الكهربائية أولاً ثم تزداد ، ومقاومة التآكل لطلاء السيراميك النقي للألومينا ضعيفة. منعت هيكل وتآزر الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين الاختراق الهبوطي للكهرباء. عندما تنقع لمدة 19.5 ساعة ، انخفضت المعاوقة الكهربائية للطلاء التي تحتوي على مواد نانو بنسبة 22.94 ٪ و 25.60 ٪ و 9.61 ٪ على التوالي ، وكانت مقاومة التآكل للطلاء جيدة.

(3) نظرًا لخصائص أنابيب الكربون النانوية ، فإن الطلاء المضافة باستخدام أنابيب الكربون النانوية وحدها لها بنية مسامية موزعة بشكل موحد قبل التآكل. بعد التآكل ، تصبح مسام الجزء الأصلي ضيقة وطويلة ، وتصبح القنوات أعمق. يحتوي الطلاء الذي يحتوي على الجرافين على بنية مسطحة قبل التآكل ، والمزيج بين الجسيمات في الطلاء قريب ، والجزيئات الإجمالية ملفوفة بإحكام بواسطة لاصق. على الرغم من أن السطح يتآكل عن طريق الإلكتروليت بعد التآكل ، إلا أن هناك القليل من قنوات المسام ولا يزال الهيكل كثيفًا. يمكن أن يكون هيكل الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين منع انتشار الكراك ويحمي المصفوفة بشكل فعال.