1. コーティングの準備
後の電気化学テストを容易にするために、ベースとして 30mm × 4mm の 304 ステンレス鋼を選択します。基板表面の残留酸化層と錆斑をサンドペーパーで研磨除去し、アセトンの入ったビーカーに入れ、Bangjie electronics社の超音波洗浄機bg-06cで基板表面の汚れを20分間処理し、除去します。金属基板表面の摩耗粉をアルコールと蒸留水で洗浄し、ブロワーで乾燥させます。次に、アルミナ（Al2O3）、グラフェン、ハイブリッドカーボンナノチューブ（mwnt-coohsdbs）を、100：0：0、99.8：0.2：0、99.8：0：0.2、99.6：0.2：0.2の割合で準備し、ボールミル粉砕および混合用のボールミル（南京NANDA機器工場のqm-3sp2）。ボールミルの回転速度は２２０Ｒ／ｍｉｎに設定し、ボールミルを回転させた。
ボールミル後、ボールミル終了後にボールミルタンクの回転速度を交互に1/2に設定し、ボールミル終了後にボールミルタンクの回転速度を交互に1/2に設定します。ボールミル粉砕したセラミック骨材とバインダーを質量分率1.0∶0.8で均一に混合します。最後に、硬化プロセスにより接着性セラミックコーティングが得られました。
2. 腐食試験
この研究では、電気化学腐食試験には上海晨華chi660e電気化学ワークステーションを採用し、試験には3電極試験システムを採用しました。白金電極は補助電極、銀塩化銀電極は参照電極、コーティングされたサンプルは作用電極で、有効露出面積は 1cm2 です。図 1 および 2 に示すように、電解セル内の参照電極、作用電極および補助電極を装置に接続します。試験前に、サンプルを電解質 (3.5% NaCl 溶液) に浸します。
3. コーティングの電気化学的腐食のターフェル分析
図 3 は、19 時間の電気化学的腐食後の、コーティングされていない基材とさまざまなナノ添加剤でコーティングされたセラミックコーティングのターフェル曲線を示しています。電気化学腐食試験から得られた腐食電圧、腐食電流密度、電気インピーダンス試験データを表1に示します。
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腐食電流密度が小さく、耐食効率が高いほど、コーティングの耐食効果は優れています。図3と表1から、腐食時間が19時間の場合、地金母材の最大腐食電圧は-0.680Vであり、母材の腐食電流密度も最大となり、2.890×10-6Aに達することがわかります。純粋なアルミナセラミックコーティングでコーティングすると、腐食電流密度は78%に減少し、PEは22.01%でした。これは、セラミックコーティングがより優れた保護の役割を果たし、中性電解液中でのコーティングの耐食性を向上させることができることを示しています。
0.2% mwnt-cooh-sdbs または 0.2% グラフェンをコーティングに添加すると、腐食電流密度が減少し、抵抗が増加し、コーティングの耐食性がさらに向上し、PE はそれぞれ 38.48% と 40.10% になりました。表面を 0.2% mwnt-cooh-sdbs および 0.2% グラフェン混合アルミナ コーティングでコーティングすると、腐食電流は 2.890 × 10-6 A/cm2 から最大抵抗である 1.536 × 10-6 A/cm2 までさらに減少します。値は 11388 Ω から 28079 Ω に増加し、コーティングの PE は 46.85% に達する可能性があります。これは、調製されたターゲット製品が良好な耐食性を有し、カーボンナノチューブとグラフェンの相乗効果によりセラミックコーティングの耐食性を効果的に向上できることを示しています。
4. 浸漬時間のコーティングインピーダンスへの影響
コーティングの耐食性をさらに調査するために、試験における電解液へのサンプルの浸漬時間の影響を考慮して、図に示すように、異なる浸漬時間における 4 つのコーティングの抵抗の変化曲線が得られます。 4.
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浸漬の初期段階 (10 時間) では、コーティングの密度と構造が良好であるため、電解液がコーティングに浸漬するのは困難です。このとき、セラミックコーティングは高い抵抗を示します。一定時間浸漬すると、時間の経過とともに電解液が皮膜の細孔や亀裂を通って腐食経路を徐々に形成し、マトリックスに浸透し、その結果、電解液の抵抗が大幅に低下するため、抵抗は大幅に低下します。コーティング。
第 2 段階では、腐食生成物が一定量まで増加すると、拡散が阻止され、隙間が徐々に塞がれます。同時に、電解質が接合底層/マトリックスの接合界面に浸透すると、水分子がコーティング/マトリックスの接合部でマトリックス中のFe元素と反応して薄い金属酸化膜を生成し、これが接合の妨げになります。電解液がマトリックスに浸透し、抵抗値が増加します。地金の母材が電気化学的に腐食すると、緑色の凝集物のほとんどが電解液の底に生成されます。塗布したサンプルを電気分解しても電解液の色は変化しませんでした。これは上記の化学反応が存在することを証明できます。
浸漬時間が短く、外部影響要因が大きいため、電気化学パラメータの正確な変化関係をさらに取得するために、19 時間と 19.5 時間のターフェル曲線が分析されます。zsimpwin 解析ソフトウェアによって得られた腐食電流密度と抵抗を表 2 に示します。19 時間浸漬した場合、裸の基板と比較して、純粋なアルミナおよびナノ添加剤を含むアルミナ複合コーティングの腐食電流密度が向上していることがわかります。小さくなり、抵抗値が大きくなります。カーボンナノチューブを含むセラミックコーティングとグラフェンを含むコーティングの抵抗値はほぼ同じですが、カーボンナノチューブとグラフェン複合材料によるコーティング構造は大幅に強化されています。これは、一次元カーボンナノチューブと二次元グラフェンの相乗効果によるものです。材料の耐食性を向上させます。
浸漬時間の増加（19.5 時間）に応じて、裸の基板の抵抗が増加し、腐食の第 2 段階にあり、基板の表面に金属酸化膜が生成されていることを示します。同様に、時間の経過とともに、純粋なアルミナセラミックコーティングの抵抗も増加します。これは、この時点で、セラミックコーティングの減速効果はあるものの、電解液がコーティング/マトリックスの結合界面に浸透し、酸化皮膜を生成したことを示しています。化学反応を通じて。
0.2% mwnt-cooh-sdbs を含むアルミナ コーティング、0.2% グラフェンを含むアルミナ コーティング、および 0.2% mwnt-cooh-sdbs と 0.2% グラフェンを含むアルミナ コーティングと比較して、コーティング抵抗は時間の経過とともに大幅に低下しました。それぞれ 22.94%、25.60%、9.61% 減少しました。これは、この時点で電解液がコーティングと基板の間の接合部に浸透しなかったことを示しています。これは、カーボン ナノチューブとグラフェンの構造が電解液の下方への浸透をブロックし、保護されているためです。マトリックス。両者の相乗効果がさらに検証されます。2つのナノ材料を含むコーティングはより優れた耐食性を備えています。
ターフェル曲線と電気インピーダンス値の変化曲線から、グラフェン、カーボンナノチューブ、およびそれらの混合物によるアルミナセラミックコーティングが金属マトリックスの耐食性を向上させ、両者の相乗効果により腐食をさらに改善できることがわかりました。接着性セラミックコーティングの耐性。コーティングの耐食性に対するナノ添加剤の効果をさらに調査するために、腐食後のコーティングの微細表面形態を観察しました。
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図 5 (A1、A2、B1、B2) は、腐食後の露出した 304 ステンレス鋼とコーティングされた純粋なアルミナ セラミックの表面形態をさまざまな倍率で示しています。図5(A2)は、腐食後の表面が荒れていることを示しています。裸の基板の場合、電解液に浸漬した後、表面にいくつかの大きな腐食ピットが現れます。これは、裸の金属マトリックスの耐食性が低く、電解液がマトリックスに浸透しやすいことを示しています。純アルミナセラミックコーティングの場合、図5(B2)に示すように、腐食後に多孔質の腐食チャネルが生成されますが、純アルミナセラミックコーティングの比較的緻密な構造と優れた耐食性により、電解液の浸入が効果的にブロックされます。アルミナセラミックコーティングのインピーダンスを効果的に改善します。
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mwnt-cooh-sdbs、0.2% グラフェンを含むコーティング、および 0.2% mwnt-cooh-sdbs と 0.2% グラフェンを含むコーティングの表面形態。図 6 のグラフェンを含む 2 つのコーティング (B2 および C2) は平坦な構造を持ち、コーティング内の粒子間の結合が強固で、凝集粒子が接着剤によってしっかりと包まれていることがわかります。表面は電解質によって浸食されますが、形成される細孔チャネルは少なくなります。腐食後の皮膜表面は緻密で欠陥構造がほとんどありません。図 6 (A1、A2) では、mwnt-cooh-sdbs の特性により、腐食前のコーティングは均一に分布した多孔質構造になっています。腐食後、元の部分の細孔は狭くて長くなり、溝は深くなります。図 6 (B2、C2) と比較すると、構造にはより多くの欠陥があり、これは電気化学腐食試験から得られたコーティング インピーダンス値のサイズ分布と一致しています。これは、グラフェンを含むアルミナ セラミック コーティング、特にグラフェンとカーボン ナノチューブの混合物が最高の耐食性を備えていることを示しています。これは、カーボン ナノチューブとグラフェンの構造が亀裂の拡散を効果的に阻止し、マトリックスを保護できるためです。
5. 考察とまとめ
アルミナセラミックコーティング上のカーボンナノチューブとグラフェン添加剤の耐食性試験とコーティングの表面微細構造の分析を通じて、次の結論が導き出されます。
(1) 腐食時間が 19 時間の場合、0.2% ハイブリッド カーボン ナノチューブ + 0.2% グラフェン混合材料アルミナ セラミック コーティングを追加すると、腐食電流密度は 2.890 × 10-6 A / cm2 から 1.536 × 10-6 A / cm2 まで増加しました。 cm2 では、電気インピーダンスは 11388 Ω から 28079 Ω に増加し、耐食効率は最大の 46.85% になります。純粋なアルミナセラミックコーティングと比較して、グラフェンとカーボンナノチューブを含む複合コーティングは耐食性が優れています。
(2) 電解液の浸漬時間が長くなると、電解液が塗膜と基材の接合面に浸透して金属酸化皮膜が生成し、電解液の基材への浸透が妨げられます。電気インピーダンスは最初に減少し、その後増加しますが、純粋なアルミナセラミックコーティングの耐食性は劣ります。カーボン ナノチューブとグラフェンの構造と相乗効果により、電解質の下方への浸透が阻止されました。19.5時間浸漬すると、ナノ材料を含むコーティングの電気インピーダンスはそれぞれ22.94%、25.60%、9.61%減少し、コーティングの耐食性は良好でした。
6. 塗装耐食性の影響メカニズム
ターフェル曲線と電気インピーダンス値の変化曲線から、グラフェン、カーボンナノチューブ、およびそれらの混合物によるアルミナセラミックコーティングが金属マトリックスの耐食性を向上させ、両者の相乗効果により腐食をさらに改善できることがわかりました。接着性セラミックコーティングの耐性。コーティングの耐食性に対するナノ添加剤の効果をさらに調査するために、腐食後のコーティングの微細表面形態を観察しました。
図 5 (A1、A2、B1、B2) は、腐食後の露出した 304 ステンレス鋼とコーティングされた純粋なアルミナ セラミックの表面形態をさまざまな倍率で示しています。図5(A2)は、腐食後の表面が荒れていることを示しています。裸の基板の場合、電解液に浸漬した後、表面にいくつかの大きな腐食ピットが現れます。これは、裸の金属マトリックスの耐食性が低く、電解液がマトリックスに浸透しやすいことを示しています。純アルミナセラミックコーティングの場合、図5(B2)に示すように、腐食後に多孔質の腐食チャネルが生成されますが、純アルミナセラミックコーティングの比較的緻密な構造と優れた耐食性により、電解液の浸入が効果的にブロックされます。アルミナセラミックコーティングのインピーダンスを効果的に改善します。
mwnt-cooh-sdbs、0.2% グラフェンを含むコーティング、および 0.2% mwnt-cooh-sdbs と 0.2% グラフェンを含むコーティングの表面形態。図 6 のグラフェンを含む 2 つのコーティング (B2 および C2) は平坦な構造を持ち、コーティング内の粒子間の結合が強固で、凝集粒子が接着剤によってしっかりと包まれていることがわかります。表面は電解質によって浸食されますが、形成される細孔チャネルは少なくなります。腐食後の皮膜表面は緻密で欠陥構造がほとんどありません。図 6 (A1、A2) では、mwnt-cooh-sdbs の特性により、腐食前のコーティングは均一に分布した多孔質構造になっています。腐食後、元の部分の細孔は狭くて長くなり、溝は深くなります。図 6 (B2、C2) と比較すると、構造にはより多くの欠陥があり、これは電気化学腐食試験から得られたコーティング インピーダンス値のサイズ分布と一致しています。これは、グラフェンを含むアルミナ セラミック コーティング、特にグラフェンとカーボン ナノチューブの混合物が最高の耐食性を備えていることを示しています。これは、カーボン ナノチューブとグラフェンの構造が亀裂の拡散を効果的に阻止し、マトリックスを保護できるためです。
7. 考察とまとめ
アルミナセラミックコーティング上のカーボンナノチューブとグラフェン添加剤の耐食性試験とコーティングの表面微細構造の分析を通じて、次の結論が導き出されます。
(1) 腐食時間が 19 時間の場合、0.2% ハイブリッド カーボン ナノチューブ + 0.2% グラフェン混合材料アルミナ セラミック コーティングを追加すると、腐食電流密度は 2.890 × 10-6 A / cm2 から 1.536 × 10-6 A / cm2 まで増加しました。 cm2 では、電気インピーダンスは 11388 Ω から 28079 Ω に増加し、耐食効率は最大の 46.85% になります。純粋なアルミナセラミックコーティングと比較して、グラフェンとカーボンナノチューブを含む複合コーティングは耐食性が優れています。
(2) 電解液の浸漬時間が長くなると、電解液が塗膜と基材の接合面に浸透して金属酸化皮膜が生成し、電解液の基材への浸透が妨げられます。電気インピーダンスは最初に減少し、その後増加しますが、純粋なアルミナセラミックコーティングの耐食性は劣ります。カーボン ナノチューブとグラフェンの構造と相乗効果により、電解質の下方への浸透が阻止されました。19.5時間浸漬すると、ナノ材料を含むコーティングの電気インピーダンスはそれぞれ22.94%、25.60%、9.61%減少し、コーティングの耐食性は良好でした。
（３）カーボンナノチューブの特性により、カーボンナノチューブのみを添加した皮膜は腐食前は均一に分散した多孔質構造を有する。腐食後、元の部品の細孔は狭くて長くなり、溝は深くなります。グラフェンを含むコーティングは腐食前は平坦な構造をしており、コーティング中の粒子間の結合が密で、凝集粒子が接着剤でしっかりと包まれています。腐食後、表面は電解質によって侵食されますが、細孔チャネルはほとんどなく、構造は依然として緻密です。カーボン ナノチューブとグラフェンの構造は、亀裂の伝播を効果的に阻止し、マトリックスを保護します。
投稿時間: 2022 年 3 月 9 日