Phát triển CeO2 nano hiệu suất cao-kết hợp lớp phủ kẽm nhúng nóng

Vật liệu nano trong công nghệ
polymer
Phát triển CeO2 nano hiệu suất cao-kết
hợp lớp phủ kẽm nhúng nóng
Nhóm 1
Nội dung
Giới thiệu
Thực nghiệm chi tiết
Kết quả và thảo luận
K t lu nế ậ
1. Gi i thi uớ ệ
•
Cách mạ điện nhúng nóng được sử dụng lâu đời và là phương pháp kinh
tế bao gồm xử lý bề mặt mới,lớp thép mới,kết hợp vật liệu composite vào
bồn tắm quá trình được cải thiện với việc bổ sung các nguyên tố kim loại
hay oxit ZnO,ZnO2,TiO2 để làm chậm quá trình oxi hoá của chất nền.
-CeO2 nano composite đã được tổng hợp và khám phá như là một kích
hoạt hiệu quả để tăng cường hiệu suất mạ của các lớp phủ kẽm nhúng
nóng.Các lớp kết hợp với một số lượng tối ưu của CeO2 khoảng 0.1%(20-
40nm)cho hiệu suất mạ tốt nhất.
-Việc đưa CeO2 vào lớp phủ tạo ra sự cải thiện đáng kể trong mạ và đặc
tính vật lý khác của lớp phủ.Nó cũng làm giảm phản ứng giữa hợp kim
kẽm và sắt,tạo hàng rào bảo vệ chống lại các tác nhân ăn mòn.
2.Thực nghiệm chi tiết
2.4 Đặc tính hoá lý
2.3 Quá trình xi mạ
2.2 Lựa chọn và phương pháp xử lý chất nền
2.5 Đặc tinh điện hoá
2.1 Chuẩn bị hạt CeO2
2.1 Chuẩn bị hạt CeO2
1

.
2
3
Ce(NO3)36H2O được hoà
tan trong nước bằng cách vừa
đun vừa khuấy ở nhiệt độ 85-
90oC.Sau đó cho NH4(OH)
vào,giữ ở to=80oCtrong 2h tạo
kết tủa Ce(OH)3.
Ce(NO3)3 +3 NH4(OH)
→3NH4NO3 +Ce(OH)3↓
Sau đó lọc,rửa kết tủa và
nung ở 200-400oC trong 2h.
Sử dụng tia X quét lên
mẫu phân tích các tinh thể
để xác định kích thước của
chúng.Với bước sóng
λ=1,5405Ao,góc nhiễu xạ θ
với 2θ=10-70o.Khi đó tính
toán có thể tìm ra kích
thước trung bình của hạt
CeO là 26,05 nm.
Người ta sử
dụng TEM để đo
kích thước hạt
CeO2,và thực tế
kích thước trung
bình của hat
là 20 nm
2.2 Lựa chọn và phương pháp xử lý chất nền

a) Lựa chọn chất nền
b) Phương pháp xử lý
Chất nền:là thép có
kích thước 3.5*2,5*0,1
cm3 có thành phần:C-
0.09%,Mn-0.34%,P-
0.036%,Si-0.0487% và
Al-0.029%
Mài mòn bằng giấy
nhám,tẩy nhờn bằng cách
nhúng vào d2 NaOH 5%
ở 50oC
Tiếp tục cho vào HCl 8%
trong 20 phút ở to
phòng.Sau đó ngâm trong
NH4Cl 30% trong 30
phút ở 50oC
Làm cho bề mặt chất
nền nhẵn,mịn tăng
cường độ bám dính của
kim loại nóng chảy và
tránh bất kì quá trinh oxi
hoá trên bề mặt chất
nền.
2.3 Quá trình xi mạ
•
Kẽm nguyên chất được cho vào nồi nấu chảy giữ ở nhiệt độ
450±10oC. CeO2 đã chuẩn bị được cho vào tắm kẽm nong
chảy và khuấy bằng que làm bằng silicon cacbua.
•

Cho mẫu thép vào ngâm trong dung dịch kẽm nóng chảy
trong 10s sau đó đem sấy sơ bộ ở nhiệt độ 200±10oC
•
Các thông số của quá trình được cố định tối ưu hoá dựa
trên thực nghiệm.Số lượng CeO2 đưa vào khoảng 0.1% so
với khối lượng kẽm nóng chảy.
2.4 Đặc tính hoá lý
Độ cứng của mẫu bằng
Vickers thử độ cứng theo
tiêu chuẩn ASTM E 384-
899 sử dụng maý HMV
tác đông lực tải 50gf với
thời gian nhấn là 12s
Độ dày của lớp phủ
được đo bằng ASTM B
525-93. Độ bám dính
của lớp phủ xác định
bởi ASTM B 571-
79.Mẫu được uốn cong
đến 180o sau đó trở lại
vị tri cũ
Sử dụng kinh lúp để kiểm
tra trực quan vết nứt,khuyết
tật trên bề mặt mẫu.Dựa trên
phân tích phổ của
ferroxyl(Kaliferricianide,Na
triClorua,Phenolphtalein)
trên bề mặt sắt.
Quan sát hình thái bề
mặt lớp phủ bằng

cách sử dụng kính
hiển vi điện tử quét
SEM sau khi làm
sạch bằng nước cất
và Axeton
Nghiên cứu mức độ
đông nhất của lớp phủ
bằng cách khắc lên bề
mặt dd HNO3 65% và
quan sát bằng kính hiển
vi
KIỂM TRA
2.5 Đặc tính điện hoá
•
Các lớp phủ được đánh giá trong các môi trường khác nhau về nhiệt độ và nồng độ
NaCl. Khi đó khả năng bảo vệ của lớp phủ đựơc đàn giá dựa trên tình trạng phân
rã của mẫu và các nghiên cứu phân cực.
•
Mẫu được nhúng trong dung dịch NaCl 3.5% làm một điện cực,thêm một điện cực
calomen bão hoà và áp đặt vào hệ một điện thế.Khi đó theo dõi sự thay đổi cân bằng
hệ liên tục trong 30 ngày.
•
Phun muối thử nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM B 117, sử dụng dung
dich NaCl 5% ở 30oC trong thời gian 15 ngày.Các mẫu đựơc rửa với
ammoniumpersunfat ((NH4)2S2O8) 10%,sấy khô và cân.
•
Nghiên cứu phân cực anot được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống :mẫu thép
1cm2 làm viêc như một điện cực,một điên cực Pt,và một điện cực calomel bão hoà
nhúng trong dd NaCl với mật độ dòng là 150mA/cm2.
•

Sử dụng Autolab PGSTAT 30 để phân tích trở kháng:dd NaCl 3.5 %,các điện cực
Ag/AgCl,Pt và mẫu 1cm2.các phân tích trở kháng được thực hiện ở dải tần số 1-10 MHz
sau 30 phút tiếp xúc của mẫu trong dd điện phân.
3. Kết qủa và thảo luận
3.1 Tiêu chuẩn của quá trình nhúng nóng
3.3 Đặc tính điện hoá
3.3.1 OCP phân tích sâu
3.3.2 Phân cực anot
3.3.3 Muối phun thử nghiệm
3.3.4 Phân tích trở kháng
3.2 Đặc tính hoá lý
3.1 Tiêu chuẩn của quá trình nhúng nóng
•
Các hạt nano CeO2 đã được chuẩn bị như mô tả trong phần 2.1 và
tăng tỉ lệ khác nhau vào kẽm nóng chảy.Sau khi tiến hành nghiên
cứu sơ bộ với nhiều loại thép,và quan sát được rằng thép có thành
phần được diễn ta trong phần 2.2 cho lớp phủ tốt nhất.
•
Các tắm nhúng nóng ở nhiệt độ và thời gian đã được xác định
dựa vào thực nghiệm cho kết quả tốt nhất.
•
Trong số tất cả các lớp phủ nghiên cứu thì CeO2 0.1% cho hiệu
suất mạ cao và lớp phủ bảo vệ tốt nhất.Do đó nó được chọn cho
các nghiên cứu chi tiết.
3.2 Đặc tính hoá lý
Lớp phủ Độ cứng Độ dày Sự bám chặt Rổ khí
tốc độ ăn
mòn
HVN μm g/cm3/h
Zn nguyênchất 55 47 tốt có 12.99*10-6

Zn+0.01%Ce2 57 48 rất tốt có ít 11.12*10-6
Zn+0.1%CeO2 59 50 rất tốt không 10.46*10-6
Zn+ 1%CeO2 60 51 rất tốt có ít 10.25*10-6
•
Phân tích hoá lý khác nhau đã được tiến hành nhằm đánh giá vai trò của CeO2
về việc tăng cường tính cơ học vật lý của lớp phủ.Kết qủa được so sánh ở bảng:
•
Mức độ kết dính giữa lớp phủ hợp kim và thép đã được kiểm tra rất tốt như
không có vết nứt thậm chí uốn lên tới 180o. Đó là do phản ứng tốt hợp kim giữa
lớp phủ và kim loại cơ bản.
•
Các CeO2 kết hợp lớp phủ cho thấy giá trị độ cứng cũng được cải thiện hơnn so
với lớp phủ kẽm nguyên chất Quan sát thấy rằng sự kết hợp của CeO2 co ảnh
hưởng thuận lợi về độ dày của lớp phủ.
•
Bản chất xốp của lớp phủ được thử nghiệm bằng ferroxyl cho thấy không có phổ
màu xanh trên bề mặt lớp phủ chứng tỏ có ít rỗ xốp tự nhiên.Hình thái bề mặt lớp
phủ được ghi lại bằng SEM:
a)Zn nguyên chất b)Zn +0.1%CeO2 c)lớp bên trong Zn nguyên chất d)lớp trong có 0.1%CeO2
a)Zn nguyên chất b)Zn +0.1%CeO2 c)lớp bên trong Zn nguyên chất d)lớp trong có 0.1%CeO2
3.3 Đặc tính điện hoá
•
3.3.1 OCP phân tích sâu
•
Giám sát của OCP là một đo lường nhạy cảm để phát hiện các giai đoạn giải thể khác
nhau của lớp phủ trong thời gian thử nghiệm ngâm lâu dài.OCP là khả năng cân
bằng của các điện cực khi không có dòng chạy trong hệ thống.
•
Vào cuối thời gian 30 ngày,tỉ lệ ăn mòn xác định là 10.21*10-6g/cm2h và 8.31*10-6
g/cm2h cho lớp phủ kẽm nguyên chất và lớp có thêm 0.1% CeO2 . Tất cả các quan sát

này cho thấy các yêu cầu của một nồng độ tối ưu của CeO2 trong lớp phủ.
•
Trong những ngày đầu tiên,tất cả các lớp phủ của mẫu giải thể nhanh. Điều này xảy ra
do sự bảo vệ hi sinh của các lớp kẽm bên trong.Khi giải thể tiến triển,sự cân băng chuyển
nhiều đến khu vực anot.Trong trường hợp của CeO2 0.1% thì cân bằng ổn định đã được
ghi nhận lên đến 20 ngày và sau đó nó dịch chuyển nhẹ. Điều này có thể được quy cho
một cấu trúc lớp phủ tốt hơn và một rào cản tăng cường bảo vệ được cung cấp bởi các lớp
bên trong có chứa CeO2. Do các yếu tố này,lớp phủ kết hợp CeO2 0.1% cho thấy sự dịch
chuyển ít nhất và hiệu suất tốt nhất so với các mẫu khác.
3.3.2 Phân cực anot
•
Kết qủa của OCP phân tích được xác nhận thêm bằng cách nghiên cứu
phân cực.Các nghiên cứu đã tìm ra sự tương quan chặt chẽ với phân tích
OCP phân cực.
•
Các lớp phủ kẽm nguyên chất cho một phân cực rất cao so với lớp phủ CeO2
kết hợp.Lớp phủ với 0.1% CeO2 cho sự phân cực ít nhất trong số các lớp phủ
nghiên cứu.Cả hai lớp phủ chứa 0.01% và 1% CeO2 cũng có phân cực nhỏ hơn
so với lớp phủ kẽm nguyên chất.
3.3.3 Muối phun thử nghiệm
•
Tất cả các lớp phủ đã bị đều được thử nghiệm phun muối để kiểm tra ảnh hưởng của độ
ẩm và sự tập trung ion tích cực(Cl).Sự kiểm tra được thực hiện trong một buồng phun có
5% muối NaCl tại nhiệt độ 30oC.Các OCP của mẫu vật đã được theo dõi liên tục lên đến
360h. trong trường hợp của các lớp phủ có chứa 0.01% và 1% CeO2 ,rỉ sét hình thành chỉ
sau 80h tiếp xúc và 150h cho các lớp phủ chứa 0.1% CeO2. Tuy nhiên bề mặt của lớp phủ
chứa 0.1% CeO2 không giống như trương hợp của phủ kẽm tinh khiết và các lớp phủ có
thành phần CeO2 khác. Đó là do hàng rào bảo vệ hiệu quả được cung cấp bởi lớp bên trong
được làm giàu với CeO2 .
•

Sau 240h,các đi m đ cô l p đã đ c ể ỏ ậ ượ
tìm th y trên b m t l p ph k m nguyên ấ ề ặ ớ ủ ẽ
ch t và l p ph ch a 0.01%CeO2 ,cho ấ ớ ủ ứ
th y kim lo i n n đã b ăn mòn.Sau 15 ấ ạ ề ị
ngày ngâm trong dd NaCl 5%,t l ăn mòn ỉ ệ
c a k m tinh khi t và ph 0.1%CeO2 k t ủ ẽ ế ủ ế
h p đ c xác đ nh là 12.99*10-6 g/cm2h ợ ượ ị
và 10.46*10-6 g/cm2h. Qua các phân tích
cho th y l p ph ch a 0.1%CeO2 cho k t ấ ớ ủ ứ ế
qu tôt nh t.ả ấ
3.3.4 Phân tích trở kháng
•
Đo trở kháng được thực hiện để phân tích những ảnh hưởng phụ gia bề
mặt trên hành vi điện hoá của lớp phủ.
•
Qua biểu đồ không thể đánh giá sự khác biệt trong hình dạng chung của biẻu
đồ trở kháng.Tuy nhiên có sự khác biệt về độ phân cực các giá trị điện
trở(Rp).Ta có:Icorr=B/2.303Rp với B=babc/bc +bc trong đó:Icorr dòng mật độ
ăn mòn(A/cm2) ,B hệ số Tafel,bc ,ba độ dốc tafel catot và anot,RP phân c c ự
kháng (Ωcm2)
•
Các lớp phủ kẽm có chứa
0.1% CeO2 có giá trị Rp cao
86.85(Ωcm2) trong khi kẽm
tinh khiết chỉ 82.03 (Ωcm2) .
Điều này cho thấy hiệu quả
hàng rào bảo vệ được cung
cấp bởi các lớp phủ
0.1%CeO2 tốt hơn do ít rổ
xốp.các hợp chất Xeri ức chế

catot và có xu hướng làm
chậm quá trình oxi hoá của
kim loai nền.
4. Kết luận
•
Tính chất hoá lý của lớp phủ kẽm nhúng nóng đã
được cải thiện bởi phương tiện kết hợp CeO2 nano
trong ma trận.
•
Bề mặt hình thái và cấu trúc của các lớp bên trong
của lớp phủ kẽm đã được cải thiện đáng kể do sự kết
hợp CeO2.
•
Các kết hợp với 0.1% CeO2 trong lớp phủ đã đựợc
tìm thấy sẽ được tối ưu hoá.Nó thể hiện hiệu suất tốt
hơn và bảo vệ hàng rào mạ so với lớp phủ kẽm nguyên
chất và các chất phủ kết hợp với nồng độ khác của
CeO2 .
Xin cám ơn sự theo dõi của
thầy và các bạn !!!