成果簡(jiǎn)介

哈爾濱工業(yè)大學(xué)黃永憲教授課題組在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊發(fā)表名為“Homogeneously Dispersed Graphene Nanoplatelets as Long-Term Corrosion Inhibitors for Aluminum Matrix Composites”的論文，研究實(shí)施變形驅(qū)動(dòng)冶金以制備石墨烯納米片（GNP）增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，其耐腐蝕性能隨時(shí)間而自我增強(qiáng)。嚴(yán)重的塑性變形有助于 GNP 的充分破碎、變薄、折疊和再分散，以及晶粒細(xì)化。均勻分散的 GNPs 在含氯化物的環(huán)境中表現(xiàn)出很好的腐蝕抑制機(jī)制，這歸因于通過(guò) GNPs 與表面氧化膜之間的擴(kuò)散和化學(xué)鍵合形成碳摻雜保護(hù)膜。進(jìn)行了電化學(xué)和晶間腐蝕試驗(yàn)以顯示長(zhǎng)期耐腐蝕性的增強(qiáng)。進(jìn)行第一性原理計(jì)算以探索碳摻雜保護(hù)膜的高耐腐蝕性。

圖文導(dǎo)讀

圖 1. (a) 球形純鋁粉和 GNP 在 (b) 掃描電子顯微鏡 (SEM) 和 (c) 透射電子顯微鏡 (TEM) 中的形態(tài)。

圖 2. DDM 制備路線和典型樣品的示意圖。

圖3. DDM 純鋁和具有多種制備參數(shù)的復(fù)合材料以及商業(yè)純鋁的 PDP 曲線。

圖4. EIS 結(jié)果建模的等效電路。

圖5. Mott-Schottky 圖和供體密度的變化：(a) 曲線和 (b) 1 kHz 時(shí)的供體密度和 (c) 曲線和 (d) 10 kHz 時(shí)的供體密度。

圖6. 通過(guò)能量色散光譜觀察到的 GNP 的長(zhǎng)期腐蝕抑制劑作用。

小結(jié)

本文，研究了均勻分散的 GNP 作為長(zhǎng)期緩蝕劑對(duì)鋁基復(fù)合材料腐蝕行為的影響。應(yīng)用于制備 GNP 增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的 DDM 可以通過(guò)劇烈的塑性變形有效地獲得 GNP 的晶粒細(xì)化和破碎/再分散，有助于復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)均勻性。DDM 過(guò)程中適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速可以抑制孔隙率和可水解化合物的形成，以避免潛在的縫隙腐蝕。沒(méi)有形成 Al 4 C 3的健全復(fù)合材料發(fā)現(xiàn)由于形成了含 GNP 的保護(hù)性氧化膜而降低了腐蝕速率。由嚴(yán)重塑性變形引起的均勻分散的 GNP 有助于提高耐腐蝕性和更均勻的保護(hù)性氧化膜。證明了 GNP 與暴露時(shí)間的長(zhǎng)期腐蝕抑制機(jī)制。與純鋁相比，較低的供體密度顯示復(fù)合材料對(duì)氯離子侵蝕和電荷轉(zhuǎn)移的抵抗力更好。觀察到 GNP 和氧化膜共同作用以通過(guò)擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)形成防止腐蝕的保護(hù)膜。碳原子的摻雜獲得了更高的空位形成能、Cl原子的進(jìn)入能壘和電荷轉(zhuǎn)移的功函數(shù)，證明了GNPs的長(zhǎng)期腐蝕抑制機(jī)制。