1. Préparation du revêtement
Afin de faciliter le test électrochimique ultérieur, 30 mm sont sélectionnés en acier inoxydable 304 × 4 mm comme base.Polissez et enlevez la couche d'oxyde résiduelle et les taches de rouille sur la surface du substrat avec du papier de verre, mettez-les dans un bécher contenant de l'acétone, traitez les taches sur la surface du substrat avec le nettoyeur à ultrasons bg-06c de Bangjie electronics company pendant 20min, retirez les débris d'usure sur la surface du substrat métallique avec de l'alcool et de l'eau distillée, et séchez-les avec une soufflante.Ensuite, de l'alumine (Al2O3), du graphène et des nanotubes de carbone hybrides (mwnt-coohsdbs) ont été préparés en proportion (100 : 0 : 0, 99,8 : 0,2 : 0, 99,8 : 0 : 0,2, 99,6 : 0,2 : 0,2), et mis en un broyeur à boulets (qm-3sp2 de l'usine d'instruments Nanjing NANDA) pour le broyage à boulets et le mélange.La vitesse de rotation du broyeur à boulets a été réglée à 220 R / min, et le broyeur à boulets a été tourné à
Après le broyage à boulets, réglez la vitesse de rotation du réservoir de broyage à boulets à 1/2 alternativement une fois le broyage à boulets terminé, et réglez la vitesse de rotation du réservoir de broyage à boulets à 1/2 alternativement une fois le broyage à boulets terminé.L'agrégat céramique broyé à billes et le liant sont mélangés uniformément selon la fraction massique de 1,0 ∶ 0,8.Enfin, le revêtement céramique adhésif a été obtenu par un processus de durcissement.
2. Essai de corrosion
Dans cette étude, le test de corrosion électrochimique adopte le poste de travail électrochimique Shanghai Chenhua chi660e, et le test adopte un système de test à trois électrodes.L'électrode de platine est l'électrode auxiliaire, l'électrode de chlorure d'argent et d'argent est l'électrode de référence et l'échantillon revêtu est l'électrode de travail, avec une surface d'exposition effective de 1 cm2.Connectez l'électrode de référence, l'électrode de travail et l'électrode auxiliaire dans la cellule électrolytique avec l'instrument, comme indiqué sur les figures 1 et 2. Avant le test, faites tremper l'échantillon dans l'électrolyte, qui est une solution de NaCl à 3,5 %.
3. Analyse Tafel de la corrosion électrochimique des revêtements
La figure 3 montre la courbe de Tafel d'un substrat non revêtu et d'un revêtement céramique revêtu de différents nano-additifs après corrosion électrochimique pendant 19h.La tension de corrosion, la densité de courant de corrosion et les données de test d'impédance électrique obtenues à partir du test de corrosion électrochimique sont présentées dans le tableau 1.
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Lorsque la densité de courant de corrosion est plus petite et que l'efficacité de la résistance à la corrosion est plus élevée, l'effet de résistance à la corrosion du revêtement est meilleur.On peut voir sur la figure 3 et le tableau 1 que lorsque le temps de corrosion est de 19h, la tension de corrosion maximale de la matrice de métal nu est de -0,680 V, et la densité de courant de corrosion de la matrice est également la plus élevée, atteignant 2,890 × 10-6 A /cm2 。 Lorsqu'il est recouvert d'un revêtement en céramique d'alumine pure, la densité de courant de corrosion a diminué à 78 % et le PE était de 22,01 %.Elle montre que le revêtement céramique joue un meilleur rôle protecteur et peut améliorer la résistance à la corrosion du revêtement en électrolyte neutre.
Lorsque 0,2% de mwnt-cooh-sdbs ou 0,2% de graphène ont été ajoutés au revêtement, la densité de courant de corrosion a diminué, la résistance a augmenté et la résistance à la corrosion du revêtement a été encore améliorée, avec un PE de 38,48% et 40,10% respectivement.Lorsque la surface est recouverte d'un revêtement d'alumine mixte à 0,2 % mwnt-cooh-sdbs et à 0,2 % de graphène, le courant de corrosion est encore réduit de 2,890 × 10-6 A / cm2 à 1,536 × 10-6 A / cm2, la résistance maximale valeur, passée de 11388 Ω à 28079 Ω, et le PE du revêtement peut atteindre 46,85%.Il montre que le produit cible préparé a une bonne résistance à la corrosion et que l'effet synergique des nanotubes de carbone et du graphène peut améliorer efficacement la résistance à la corrosion du revêtement céramique.
4. Effet du temps de trempage sur l'impédance du revêtement
Afin d'explorer davantage la résistance à la corrosion du revêtement, compte tenu de l'influence du temps d'immersion de l'échantillon dans l'électrolyte sur le test, les courbes de variation de la résistance des quatre revêtements à différents temps d'immersion sont obtenues, comme le montre la figure 4.
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Au stade initial d'immersion (10 h), du fait de la bonne densité et de la structure du revêtement, l'électrolyte est difficile à immerger dans le revêtement.À ce moment, le revêtement en céramique présente une résistance élevée.Après trempage pendant un certain temps, la résistance diminue considérablement, car au fil du temps, l'électrolyte forme progressivement un canal de corrosion à travers les pores et les fissures du revêtement et pénètre dans la matrice, entraînant une diminution significative de la résistance de le revêtement.
Dans la deuxième étape, lorsque les produits de corrosion augmentent jusqu'à une certaine quantité, la diffusion est bloquée et l'espace est progressivement bloqué.Dans le même temps, lorsque l'électrolyte pénètre dans l'interface de liaison de la couche inférieure de liaison/matrice, les molécules d'eau vont réagir avec l'élément Fe dans la matrice au niveau de la jonction revêtement/matrice pour produire un mince film d'oxyde métallique, ce qui entrave la pénétration de l'électrolyte dans la matrice et augmente la valeur de la résistance.Lorsque la matrice métallique nue est corrodée électrochimiquement, la majeure partie de la précipitation floculante verte est produite au fond de l'électrolyte.La solution électrolytique n'a pas changé de couleur lors de l'électrolyse de l'échantillon revêtu, ce qui peut prouver l'existence de la réaction chimique ci-dessus.
En raison du temps de trempage court et des facteurs d'influence externes importants, afin d'obtenir davantage la relation de changement précise des paramètres électrochimiques, les courbes de Tafel de 19 h et 19,5 h sont analysées.La densité de courant de corrosion et la résistance obtenues par le logiciel d'analyse zsimpwin sont présentées dans le tableau 2. On peut constater que lorsqu'il est trempé pendant 19 h, par rapport au substrat nu, la densité de courant de corrosion de l'alumine pure et du revêtement composite d'alumine contenant des matériaux nano-additifs est plus petite et la valeur de résistance est plus grande.La valeur de résistance du revêtement céramique contenant des nanotubes de carbone et du revêtement contenant du graphène est presque la même, tandis que la structure du revêtement avec des nanotubes de carbone et des matériaux composites de graphène est considérablement améliorée, car l'effet synergique des nanotubes de carbone unidimensionnels et du graphène bidimensionnel améliore la résistance à la corrosion du matériau.
Avec l'augmentation du temps d'immersion (19,5 h), la résistance du substrat nu augmente, indiquant qu'il se trouve dans la deuxième étape de la corrosion et qu'un film d'oxyde métallique est produit à la surface du substrat.De même, avec l'augmentation du temps, la résistance du revêtement en céramique d'alumine pure augmente également, indiquant qu'à ce moment, bien qu'il y ait l'effet de ralentissement du revêtement en céramique, l'électrolyte a pénétré l'interface de liaison du revêtement/matrice et a produit un film d'oxyde par réaction chimique.
Par rapport au revêtement d'alumine contenant 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs, le revêtement d'alumine contenant 0,2 % de graphène et le revêtement d'alumine contenant 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs et 0,2 % de graphène, la résistance du revêtement a diminué de manière significative avec l'augmentation du temps, a diminué de 22,94 %, 25,60 % et 9,61 % respectivement, ce qui indique que l'électrolyte n'a pas pénétré dans le joint entre le revêtement et le substrat à ce moment, car la structure des nanotubes de carbone et du graphène bloque la pénétration vers le bas de l'électrolyte, protégeant ainsi la matrice.L'effet synergique des deux est encore vérifié.Le revêtement contenant deux nano matériaux a une meilleure résistance à la corrosion.
Grâce à la courbe de Tafel et à la courbe de variation de la valeur d'impédance électrique, on constate que le revêtement en céramique d'alumine avec du graphène, des nanotubes de carbone et leur mélange peut améliorer la résistance à la corrosion de la matrice métallique, et l'effet synergique des deux peut encore améliorer la corrosion. résistance du revêtement céramique adhésif.Afin d'explorer davantage l'effet des nano-additifs sur la résistance à la corrosion du revêtement, la micromorphologie de surface du revêtement après corrosion a été observée.
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La figure 5 (A1, A2, B1, B2) montre la morphologie de surface de l'acier inoxydable 304 exposé et de la céramique d'alumine pure revêtue à différents grossissements après corrosion.La figure 5 (A2) montre que la surface après corrosion devient rugueuse.Pour le substrat nu, plusieurs grandes piqûres de corrosion apparaissent en surface après immersion dans l'électrolyte, indiquant que la résistance à la corrosion de la matrice métallique nue est faible et que l'électrolyte pénètre facilement dans la matrice.Pour le revêtement en céramique d'alumine pure, comme le montre la figure 5 (B2), bien que des canaux de corrosion poreux soient générés après la corrosion, la structure relativement dense et l'excellente résistance à la corrosion du revêtement en céramique d'alumine pure bloquent efficacement l'invasion de l'électrolyte, ce qui explique la raison de la amélioration efficace de l'impédance du revêtement en céramique d'alumine.
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Morphologie de surface de mwnt-cooh-sdbs, de revêtements contenant 0,2 % de graphène et de revêtements contenant 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs et 0,2 % de graphène.On peut voir que les deux revêtements contenant du graphène sur la figure 6 (B2 et C2) ont une structure plate, la liaison entre les particules dans le revêtement est serrée et les particules d'agrégat sont étroitement enveloppées par un adhésif.Bien que la surface soit érodée par l'électrolyte, moins de canaux de pores se forment.Après corrosion, la surface du revêtement est dense et il y a peu de structures de défauts.Pour la figure 6 (A1, A2), en raison des caractéristiques de mwnt-cooh-sdbs, le revêtement avant corrosion est une structure poreuse uniformément répartie.Après corrosion, les pores de la pièce d'origine deviennent étroits et longs, et le canal devient plus profond.Par rapport à la figure 6 (B2, C2), la structure a plus de défauts, ce qui est cohérent avec la distribution de taille de la valeur d'impédance du revêtement obtenue à partir du test de corrosion électrochimique.Il montre que le revêtement de céramique d'alumine contenant du graphène, en particulier le mélange de graphène et de nanotube de carbone, présente la meilleure résistance à la corrosion.En effet, la structure du nanotube de carbone et du graphène peut bloquer efficacement la diffusion des fissures et protéger la matrice.
5. Discussion et résumé
Grâce au test de résistance à la corrosion des nanotubes de carbone et des additifs de graphène sur le revêtement en céramique d'alumine et à l'analyse de la microstructure de surface du revêtement, les conclusions suivantes sont tirées :
(1) Lorsque le temps de corrosion était de 19 h, en ajoutant 0,2 % de nanotubes de carbone hybrides + 0,2 % de revêtement en céramique d'alumine de matériau mixte de graphène, la densité de courant de corrosion est passée de 2,890 × 10-6 A / cm2 à 1,536 × 10-6 A / cm2, l'impédance électrique est augmentée de 11388 Ω à 28079 Ω, et l'efficacité de résistance à la corrosion est la plus grande, 46,85%.Comparé au revêtement en céramique d'alumine pure, le revêtement composite avec du graphène et des nanotubes de carbone a une meilleure résistance à la corrosion.
(2) Avec l'augmentation du temps d'immersion de l'électrolyte, l'électrolyte pénètre dans la surface commune du revêtement/substrat pour produire un film d'oxyde métallique, ce qui entrave la pénétration de l'électrolyte dans le substrat.L'impédance électrique diminue d'abord puis augmente, et la résistance à la corrosion du revêtement en céramique d'alumine pure est médiocre.La structure et la synergie des nanotubes de carbone et du graphène ont bloqué la pénétration vers le bas de l'électrolyte.Après trempage pendant 19,5 h, l'impédance électrique du revêtement contenant des nanomatériaux a diminué de 22,94 %, 25,60 % et 9,61 % respectivement, et la résistance à la corrosion du revêtement était bonne.
6. Mécanisme d'influence de la résistance à la corrosion du revêtement
Grâce à la courbe de Tafel et à la courbe de variation de la valeur d'impédance électrique, on constate que le revêtement en céramique d'alumine avec du graphène, des nanotubes de carbone et leur mélange peut améliorer la résistance à la corrosion de la matrice métallique, et l'effet synergique des deux peut encore améliorer la corrosion. résistance du revêtement céramique adhésif.Afin d'explorer davantage l'effet des nano-additifs sur la résistance à la corrosion du revêtement, la micromorphologie de surface du revêtement après corrosion a été observée.
La figure 5 (A1, A2, B1, B2) montre la morphologie de surface de l'acier inoxydable 304 exposé et de la céramique d'alumine pure revêtue à différents grossissements après corrosion.La figure 5 (A2) montre que la surface après corrosion devient rugueuse.Pour le substrat nu, plusieurs grandes piqûres de corrosion apparaissent en surface après immersion dans l'électrolyte, indiquant que la résistance à la corrosion de la matrice métallique nue est faible et que l'électrolyte pénètre facilement dans la matrice.Pour le revêtement en céramique d'alumine pure, comme le montre la figure 5 (B2), bien que des canaux de corrosion poreux soient générés après la corrosion, la structure relativement dense et l'excellente résistance à la corrosion du revêtement en céramique d'alumine pure bloquent efficacement l'invasion de l'électrolyte, ce qui explique la raison de la amélioration efficace de l'impédance du revêtement en céramique d'alumine.
Morphologie de surface de mwnt-cooh-sdbs, de revêtements contenant 0,2 % de graphène et de revêtements contenant 0,2 % de mwnt-cooh-sdbs et 0,2 % de graphène.On peut voir que les deux revêtements contenant du graphène sur la figure 6 (B2 et C2) ont une structure plate, la liaison entre les particules dans le revêtement est serrée et les particules d'agrégat sont étroitement enveloppées par un adhésif.Bien que la surface soit érodée par l'électrolyte, moins de canaux de pores se forment.Après corrosion, la surface du revêtement est dense et il y a peu de structures de défauts.Pour la figure 6 (A1, A2), en raison des caractéristiques de mwnt-cooh-sdbs, le revêtement avant corrosion est une structure poreuse uniformément répartie.Après corrosion, les pores de la pièce d'origine deviennent étroits et longs, et le canal devient plus profond.Par rapport à la figure 6 (B2, C2), la structure a plus de défauts, ce qui est cohérent avec la distribution de taille de la valeur d'impédance du revêtement obtenue à partir du test de corrosion électrochimique.Il montre que le revêtement de céramique d'alumine contenant du graphène, en particulier le mélange de graphène et de nanotube de carbone, présente la meilleure résistance à la corrosion.En effet, la structure du nanotube de carbone et du graphène peut bloquer efficacement la diffusion des fissures et protéger la matrice.
7. Discussion et résumé
Grâce au test de résistance à la corrosion des nanotubes de carbone et des additifs de graphène sur le revêtement en céramique d'alumine et à l'analyse de la microstructure de surface du revêtement, les conclusions suivantes sont tirées :
(1) Lorsque le temps de corrosion était de 19 h, en ajoutant 0,2 % de nanotubes de carbone hybrides + 0,2 % de revêtement en céramique d'alumine de matériau mixte de graphène, la densité de courant de corrosion est passée de 2,890 × 10-6 A / cm2 à 1,536 × 10-6 A / cm2, l'impédance électrique est augmentée de 11388 Ω à 28079 Ω, et l'efficacité de résistance à la corrosion est la plus grande, 46,85%.Comparé au revêtement en céramique d'alumine pure, le revêtement composite avec du graphène et des nanotubes de carbone a une meilleure résistance à la corrosion.
(2) Avec l'augmentation du temps d'immersion de l'électrolyte, l'électrolyte pénètre dans la surface commune du revêtement/substrat pour produire un film d'oxyde métallique, ce qui entrave la pénétration de l'électrolyte dans le substrat.L'impédance électrique diminue d'abord puis augmente, et la résistance à la corrosion du revêtement en céramique d'alumine pure est médiocre.La structure et la synergie des nanotubes de carbone et du graphène ont bloqué la pénétration vers le bas de l'électrolyte.Après trempage pendant 19,5 h, l'impédance électrique du revêtement contenant des nanomatériaux a diminué de 22,94 %, 25,60 % et 9,61 % respectivement, et la résistance à la corrosion du revêtement était bonne.
(3) En raison des caractéristiques des nanotubes de carbone, le revêtement additionné de nanotubes de carbone seuls présente une structure poreuse uniformément répartie avant corrosion.Après corrosion, les pores de la pièce d'origine deviennent étroits et longs, et les canaux deviennent plus profonds.Le revêtement contenant du graphène a une structure plate avant la corrosion, la combinaison entre les particules dans le revêtement est proche et les particules d'agrégat sont étroitement enveloppées par un adhésif.Bien que la surface soit érodée par l'électrolyte après la corrosion, il y a peu de canaux de pores et la structure est encore dense.La structure des nanotubes de carbone et du graphène permet de bloquer efficacement la propagation des fissures et de protéger la matrice.
Heure de publication : 09 mars 2022