Studie zur Korrosionsbeständigkeit einer mit Graphen/Kohlenstoffnanoröhren verstärkten Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung

1. Vorbereitung der Beschichtung
Um den späteren elektrochemischen Test zu erleichtern, wird 30 mm × 4 mm Edelstahl 304 als Basis ausgewählt.Polieren und entfernen Sie die verbleibende Oxidschicht und Rostflecken auf der Oberfläche des Substrats mit Sandpapier, geben Sie sie in ein Becherglas mit Aceton, behandeln Sie die Flecken auf der Oberfläche des Substrats 20 Minuten lang mit dem Ultraschallreiniger bg-06c von Bangjie Electronics Company und entfernen Sie sie Entfernen Sie Abnutzungsreste auf der Oberfläche des Metallsubstrats mit Alkohol und destilliertem Wasser und trocknen Sie sie mit einem Blasebalg.Dann wurden Aluminiumoxid (Al2O3), Graphen und Hybrid-Kohlenstoff-Nanoröhrchen (mwnt-coohsdbs) im Verhältnis (100: 0: 0, 99,8: 0,2: 0, 99,8: 0: 0,2, 99,6: 0,2: 0,2) hergestellt und hineingegeben eine Kugelmühle (qm-3sp2 der Nanjing NANDA Instrumentenfabrik) zum Mahlen und Mischen in der Kugel.Die Rotationsgeschwindigkeit der Kugelmühle wurde auf 220 U/min eingestellt und die Kugelmühle wurde auf gedreht

Stellen Sie nach Abschluss des Kugelmahlens die Rotationsgeschwindigkeit des Kugelmahltanks abwechselnd auf 1/2 ein, nachdem das Kugelmahlen abgeschlossen ist, und stellen Sie die Rotationsgeschwindigkeit des Kugelmahltanks nach Abschluss des Kugelmahlens abwechselnd auf 1/2 ein.Das kugelgemahlene Keramikaggregat und das Bindemittel werden gleichmäßig entsprechend dem Massenanteil von 1,0 ∶ 0,8 gemischt.Schließlich wurde die haftende Keramikbeschichtung durch einen Aushärtungsprozess erhalten.

2. Korrosionstest
In dieser Studie wird für den elektrochemischen Korrosionstest die elektrochemische Workstation Shanghai Chenhua chi660e verwendet, und für den Test wird ein Drei-Elektroden-Testsystem verwendet.Die Platinelektrode ist die Hilfselektrode, die Silber-Silberchlorid-Elektrode ist die Referenzelektrode und die beschichtete Probe ist die Arbeitselektrode mit einer effektiven Belichtungsfläche von 1 cm2.Verbinden Sie die Referenzelektrode, die Arbeitselektrode und die Hilfselektrode in der Elektrolysezelle mit dem Instrument, wie in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. Weichen Sie die Probe vor dem Test im Elektrolyten ein, bei dem es sich um eine 3,5 %ige NaCl-Lösung handelt.

3. Tafel-Analyse der elektrochemischen Korrosion von Beschichtungen
Abb. 3 zeigt die Tafel-Kurve eines unbeschichteten Substrats und einer mit verschiedenen Nanoadditiven beschichteten Keramikbeschichtung nach 19 Stunden elektrochemischer Korrosion.Die aus dem elektrochemischen Korrosionstest erhaltenen Testdaten für Korrosionsspannung, Korrosionsstromdichte und elektrische Impedanz sind in Tabelle 1 aufgeführt.

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Wenn die Korrosionsstromdichte kleiner und die Korrosionsbeständigkeitseffizienz höher ist, ist die Korrosionsbeständigkeitswirkung der Beschichtung besser.Aus Abbildung 3 und Tabelle 1 ist ersichtlich, dass bei einer Korrosionszeit von 19 Stunden die maximale Korrosionsspannung der blanken Metallmatrix -0,680 V beträgt und die Korrosionsstromdichte der Matrix ebenfalls am größten ist und 2,890 × 10-6 A erreicht /cm2 。 Bei der Beschichtung mit einer Keramikbeschichtung aus reinem Aluminiumoxid verringerte sich die Korrosionsstromdichte auf 78 % und PE betrug 22,01 %.Es zeigt sich, dass die Keramikbeschichtung eine bessere Schutzfunktion hat und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung im Neutralelektrolyten verbessern kann.

Wenn der Beschichtung 0,2 % mwnt-cooh-sdbs oder 0,2 % Graphen zugesetzt wurden, verringerte sich die Korrosionsstromdichte, der Widerstand nahm zu und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung wurde weiter verbessert, wobei der PE-Anteil 38,48 % bzw. 40,10 % betrug.Wenn die Oberfläche mit einer Beschichtung aus 0,2 % mwnt-cooh-sdbs und 0,2 % Graphen-Mischaluminiumoxid beschichtet ist, wird der Korrosionsstrom weiter von 2,890 × 10-6 A/cm2 auf 1,536 × 10-6 A/cm2, den maximalen Widerstand, reduziert Der Wert wurde von 11388 Ω auf 28079 Ω erhöht, und der PE der Beschichtung kann 46,85 % erreichen.Es zeigt, dass das hergestellte Zielprodukt eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist und die synergistische Wirkung von Kohlenstoffnanoröhren und Graphen die Korrosionsbeständigkeit der Keramikbeschichtung wirksam verbessern kann.

4. Einfluss der Einweichzeit auf die Beschichtungsimpedanz
Um die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung weiter zu untersuchen und dabei den Einfluss der Eintauchzeit der Probe in den Elektrolyten auf den Test zu berücksichtigen, werden die Änderungskurven des Widerstands der vier Beschichtungen bei unterschiedlichen Eintauchzeiten erhalten, wie in Abbildung dargestellt 4.

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In der Anfangsphase des Eintauchens (10 Stunden) ist es aufgrund der guten Dichte und Struktur der Beschichtung schwierig, den Elektrolyten in die Beschichtung einzutauchen.Zu diesem Zeitpunkt weist die Keramikbeschichtung einen hohen Widerstand auf.Nach längerem Einweichen nimmt der Widerstand deutlich ab, da der Elektrolyt im Laufe der Zeit durch die Poren und Risse in der Beschichtung allmählich einen Korrosionskanal bildet und in die Matrix eindringt, was zu einer deutlichen Abnahme des Widerstands führt die Beschichtung.

In der zweiten Stufe, wenn die Korrosionsprodukte eine bestimmte Menge erreichen, wird die Diffusion blockiert und der Spalt wird allmählich blockiert.Wenn der Elektrolyt gleichzeitig in die Bindungsgrenzfläche der Bindungsunterschicht/-matrix eindringt, reagieren die Wassermoleküle mit dem Fe-Element in der Matrix an der Beschichtungs-/Matrix-Verbindung und erzeugen einen dünnen Metalloxidfilm, der das verhindert Eindringen des Elektrolyten in die Matrix und Erhöhung des Widerstandswertes.Wenn die blanke Metallmatrix elektrochemisch korrodiert, entsteht der größte Teil des grünen flockigen Niederschlags am Boden des Elektrolyten.Die Elektrolytlösung änderte beim Elektrolysieren der beschichteten Probe ihre Farbe nicht, was das Vorhandensein der oben genannten chemischen Reaktion beweisen kann.

Aufgrund der kurzen Einweichzeit und der großen externen Einflussfaktoren werden die Tafel-Kurven von 19 h und 19,5 h analysiert, um die genaue Änderungsbeziehung der elektrochemischen Parameter weiter zu erhalten.Die mit der zsimpwin-Analysesoftware ermittelte Korrosionsstromdichte und der Korrosionswiderstand sind in Tabelle 2 aufgeführt. Es zeigt sich, dass die Korrosionsstromdichte von reinem Aluminiumoxid und einer Aluminiumoxid-Verbundbeschichtung mit Nanozusatzmaterialien bei 19-stündiger Einweichung im Vergleich zum blanken Substrat gleich hoch ist kleiner und der Widerstandswert größer.Der Widerstandswert einer Keramikbeschichtung mit Kohlenstoffnanoröhren und einer Beschichtung mit Graphen ist nahezu gleich, während die Beschichtungsstruktur mit Kohlenstoffnanoröhren und Graphen-Verbundmaterialien deutlich verbessert wird, was auf den synergistischen Effekt von eindimensionalen Kohlenstoffnanoröhren und zweidimensionalem Graphen zurückzuführen ist verbessert die Korrosionsbeständigkeit des Materials.

Mit zunehmender Eintauchzeit (19,5 Stunden) nimmt der Widerstand des blanken Substrats zu, was darauf hindeutet, dass es sich im zweiten Stadium der Korrosion befindet und sich ein Metalloxidfilm auf der Oberfläche des Substrats bildet.In ähnlicher Weise nimmt mit zunehmender Zeit auch der Widerstand der reinen Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung zu, was darauf hinweist, dass zu diesem Zeitpunkt trotz der verlangsamenden Wirkung der Keramikbeschichtung der Elektrolyt in die Verbindungsschnittstelle zwischen Beschichtung und Matrix eingedrungen ist und einen Oxidfilm erzeugt hat durch chemische Reaktion.
Verglichen mit der Aluminiumoxidbeschichtung mit 0,2 % mwnt-cooh-sdbs, der Aluminiumoxidbeschichtung mit 0,2 % Graphen und der Aluminiumoxidbeschichtung mit 0,2 % mwnt-cooh-sdbs und 0,2 % Graphen nahm der Beschichtungswiderstand mit zunehmender Zeit deutlich ab um 22,94 %, 25,60 % bzw. 9,61 %, was darauf hinweist, dass der Elektrolyt zu diesem Zeitpunkt nicht in die Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Substrat eingedrungen ist. Dies liegt daran, dass die Struktur von Kohlenstoffnanoröhren und Graphen das Eindringen des Elektrolyten nach unten blockiert und so schützt die Matrix.Der synergistische Effekt der beiden wird weiter bestätigt.Die Beschichtung mit zwei Nanomaterialien weist eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf.

Anhand der Tafel-Kurve und der Änderungskurve des elektrischen Impedanzwerts wird festgestellt, dass die Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung mit Graphen, Kohlenstoffnanoröhren und deren Mischung die Korrosionsbeständigkeit der Metallmatrix verbessern kann und der synergistische Effekt der beiden die Korrosion weiter verbessern kann Beständigkeit der haftenden Keramikbeschichtung.Um die Wirkung von Nanoadditiven auf die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung weiter zu untersuchen, wurde die Mikrooberflächenmorphologie der Beschichtung nach der Korrosion beobachtet.

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Abbildung 5 (A1, A2, B1, B2) zeigt die Oberflächenmorphologie von freiliegendem Edelstahl 304 und beschichteter Keramik aus reinem Aluminiumoxid in unterschiedlicher Vergrößerung nach der Korrosion.Abbildung 5 (A2) zeigt, dass die Oberfläche nach der Korrosion rau wird.Beim blanken Substrat treten nach dem Eintauchen in den Elektrolyten mehrere große Korrosionsgruben auf der Oberfläche auf, was darauf hindeutet, dass die Korrosionsbeständigkeit der blanken Metallmatrix schlecht ist und der Elektrolyt leicht in die Matrix eindringen kann.Bei einer Keramikbeschichtung aus reinem Aluminiumoxid, wie in Abbildung 5 (B2) dargestellt, entstehen nach der Korrosion zwar poröse Korrosionskanäle, die relativ dichte Struktur und die hervorragende Korrosionsbeständigkeit der Keramikbeschichtung aus reinem Aluminiumoxid blockieren jedoch wirksam das Eindringen von Elektrolyt, was den Grund dafür erklärt Effektive Verbesserung der Impedanz der Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung.

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Oberflächenmorphologie von mwnt-cooh-sdbs, Beschichtungen mit 0,2 % Graphen und Beschichtungen mit 0,2 % mwnt-cooh-sdbs und 0,2 % Graphen.Es ist zu erkennen, dass die beiden graphenhaltigen Beschichtungen in Abbildung 6 (B2 und C2) eine flache Struktur haben, die Bindung zwischen den Partikeln in der Beschichtung eng ist und die Aggregatpartikel fest von Klebstoff umwickelt sind.Obwohl die Oberfläche durch Elektrolyt erodiert wird, bilden sich weniger Porenkanäle.Nach der Korrosion ist die Beschichtungsoberfläche dicht und weist wenige Fehlstrukturen auf.In Abbildung 6 (A1, A2) ist die Beschichtung vor der Korrosion aufgrund der Eigenschaften von mwnt-cooh-sdbs eine gleichmäßig verteilte poröse Struktur.Nach der Korrosion werden die Poren des Originalteils schmaler und länger und der Kanal wird tiefer.Im Vergleich zu Abbildung 6 (B2, C2) weist die Struktur mehr Defekte auf, was mit der Größenverteilung des Beschichtungsimpedanzwerts übereinstimmt, der aus dem elektrochemischen Korrosionstest ermittelt wurde.Es zeigt, dass die graphenhaltige Aluminiumoxidkeramikbeschichtung, insbesondere die Mischung aus Graphen und Kohlenstoffnanoröhren, die beste Korrosionsbeständigkeit aufweist.Dies liegt daran, dass die Struktur von Kohlenstoffnanoröhren und Graphen die Rissdiffusion wirksam blockieren und die Matrix schützen kann.

5. Diskussion und Zusammenfassung
Durch den Korrosionsbeständigkeitstest von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen-Additiven auf einer Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung und der Analyse der Oberflächenmikrostruktur der Beschichtung werden folgende Schlussfolgerungen gezogen:

(1) Bei einer Korrosionszeit von 19 Stunden und der Zugabe von 0,2 % Hybrid-Kohlenstoff-Nanoröhrchen + 0,2 % Graphen-Aluminiumoxid-Keramik-Mischmaterial stieg die Korrosionsstromdichte von 2,890 × 10–6 A/cm2 auf 1,536 × 10–6 A/cm2. cm2, die elektrische Impedanz wird von 11388 Ω auf 28079 Ω erhöht und die Korrosionsbeständigkeitseffizienz ist mit 46,85 % am größten.Im Vergleich zur reinen Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung weist die Verbundbeschichtung mit Graphen und Kohlenstoffnanoröhren eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf.

(2) Mit zunehmender Eintauchzeit des Elektrolyten dringt der Elektrolyt in die Verbindungsoberfläche von Beschichtung/Substrat ein und erzeugt einen Metalloxidfilm, der das Eindringen des Elektrolyten in das Substrat behindert.Die elektrische Impedanz nimmt zunächst ab und dann zu, und die Korrosionsbeständigkeit der Keramikbeschichtung aus reinem Aluminiumoxid ist schlecht.Die Struktur und Synergie von Kohlenstoffnanoröhren und Graphen blockierte das Eindringen von Elektrolyt nach unten.Bei einer Einweichzeit von 19,5 Stunden verringerte sich die elektrische Impedanz der Nanomaterialien enthaltenden Beschichtung um 22,94 %, 25,60 % bzw. 9,61 % und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung war gut.

6. Einflussmechanismus der Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung
Anhand der Tafel-Kurve und der Änderungskurve des elektrischen Impedanzwerts wird festgestellt, dass die Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung mit Graphen, Kohlenstoffnanoröhren und deren Mischung die Korrosionsbeständigkeit der Metallmatrix verbessern kann und der synergistische Effekt der beiden die Korrosion weiter verbessern kann Beständigkeit der haftenden Keramikbeschichtung.Um die Wirkung von Nanoadditiven auf die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung weiter zu untersuchen, wurde die Mikrooberflächenmorphologie der Beschichtung nach der Korrosion beobachtet.

Abbildung 5 (A1, A2, B1, B2) zeigt die Oberflächenmorphologie von freiliegendem Edelstahl 304 und beschichteter Keramik aus reinem Aluminiumoxid in unterschiedlicher Vergrößerung nach der Korrosion.Abbildung 5 (A2) zeigt, dass die Oberfläche nach der Korrosion rau wird.Beim blanken Substrat treten nach dem Eintauchen in den Elektrolyten mehrere große Korrosionsgruben auf der Oberfläche auf, was darauf hindeutet, dass die Korrosionsbeständigkeit der blanken Metallmatrix schlecht ist und der Elektrolyt leicht in die Matrix eindringen kann.Bei einer Keramikbeschichtung aus reinem Aluminiumoxid, wie in Abbildung 5 (B2) dargestellt, entstehen nach der Korrosion zwar poröse Korrosionskanäle, die relativ dichte Struktur und die hervorragende Korrosionsbeständigkeit der Keramikbeschichtung aus reinem Aluminiumoxid blockieren jedoch wirksam das Eindringen von Elektrolyt, was den Grund dafür erklärt Effektive Verbesserung der Impedanz der Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung.

Oberflächenmorphologie von mwnt-cooh-sdbs, Beschichtungen mit 0,2 % Graphen und Beschichtungen mit 0,2 % mwnt-cooh-sdbs und 0,2 % Graphen.Es ist zu erkennen, dass die beiden graphenhaltigen Beschichtungen in Abbildung 6 (B2 und C2) eine flache Struktur haben, die Bindung zwischen den Partikeln in der Beschichtung eng ist und die Aggregatpartikel fest von Klebstoff umwickelt sind.Obwohl die Oberfläche durch Elektrolyt erodiert wird, bilden sich weniger Porenkanäle.Nach der Korrosion ist die Beschichtungsoberfläche dicht und weist wenige Fehlstrukturen auf.In Abbildung 6 (A1, A2) ist die Beschichtung vor der Korrosion aufgrund der Eigenschaften von mwnt-cooh-sdbs eine gleichmäßig verteilte poröse Struktur.Nach der Korrosion werden die Poren des Originalteils schmaler und länger und der Kanal wird tiefer.Im Vergleich zu Abbildung 6 (B2, C2) weist die Struktur mehr Defekte auf, was mit der Größenverteilung des Beschichtungsimpedanzwerts übereinstimmt, der aus dem elektrochemischen Korrosionstest ermittelt wurde.Es zeigt, dass die graphenhaltige Aluminiumoxidkeramikbeschichtung, insbesondere die Mischung aus Graphen und Kohlenstoffnanoröhren, die beste Korrosionsbeständigkeit aufweist.Dies liegt daran, dass die Struktur von Kohlenstoffnanoröhren und Graphen die Rissdiffusion wirksam blockieren und die Matrix schützen kann.

7. Diskussion und Zusammenfassung
Durch den Korrosionsbeständigkeitstest von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen-Additiven auf einer Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung und der Analyse der Oberflächenmikrostruktur der Beschichtung werden folgende Schlussfolgerungen gezogen:

(1) Bei einer Korrosionszeit von 19 Stunden und der Zugabe von 0,2 % Hybrid-Kohlenstoff-Nanoröhrchen + 0,2 % Graphen-Aluminiumoxid-Keramik-Mischmaterial stieg die Korrosionsstromdichte von 2,890 × 10–6 A/cm2 auf 1,536 × 10–6 A/cm2. cm2, die elektrische Impedanz wird von 11388 Ω auf 28079 Ω erhöht und die Korrosionsbeständigkeitseffizienz ist mit 46,85 % am größten.Im Vergleich zur reinen Aluminiumoxid-Keramikbeschichtung weist die Verbundbeschichtung mit Graphen und Kohlenstoffnanoröhren eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf.

(2) Mit zunehmender Eintauchzeit des Elektrolyten dringt der Elektrolyt in die Verbindungsoberfläche von Beschichtung/Substrat ein und erzeugt einen Metalloxidfilm, der das Eindringen des Elektrolyten in das Substrat behindert.Die elektrische Impedanz nimmt zunächst ab und dann zu, und die Korrosionsbeständigkeit der Keramikbeschichtung aus reinem Aluminiumoxid ist schlecht.Die Struktur und Synergie von Kohlenstoffnanoröhren und Graphen blockierte das Eindringen von Elektrolyt nach unten.Bei einer Einweichzeit von 19,5 Stunden verringerte sich die elektrische Impedanz der Nanomaterialien enthaltenden Beschichtung um 22,94 %, 25,60 % bzw. 9,61 % und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung war gut.

(3) Aufgrund der Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren weist die allein mit Kohlenstoffnanoröhren versetzte Beschichtung vor der Korrosion eine gleichmäßig verteilte poröse Struktur auf.Nach der Korrosion werden die Poren des Originalteils enger und lang und die Kanäle werden tiefer.Die graphenhaltige Beschichtung hat vor der Korrosion eine flache Struktur, die Verbindung zwischen den Partikeln in der Beschichtung ist eng und die Aggregatpartikel sind fest mit Klebstoff umwickelt.Obwohl die Oberfläche nach der Korrosion durch Elektrolyt erodiert wird, gibt es nur wenige Porenkanäle und die Struktur ist immer noch dicht.Die Struktur aus Kohlenstoffnanoröhren und Graphen kann die Rissausbreitung wirksam blockieren und die Matrix schützen.