بخشی از مقاله
چکیده
نانوپوششهای کربنی به دلیل خواص تریبولوژی مطلوب اغلب برای جلوگیری از خوردگی استفاده میشوند. صفحات اکسیدگرافن با کنار هم قرار گرفتن اتمهای کربن تشکیل میشوند. آندایزیگ فولاد زنگ نزن 316 سبب تغییر در مورفولوژی و ترکیب شیمیایی سطح میشود اما ساختار کریستالی و بلوری FCC آن را تغییر نمیدهد. پوشش اکسید گرافن روی فولاد سبب افزایش پتانسیل خوردگی میشود. آندایز کردن فولاد و پوششدهی اکسید گرافن سبب میشود که پتانسیل شکست فولاد نسبت به حالت الکتروپولیش و پوششدهی افزایش یابد. حضور پوشش اکسید گرافن سبب افزایش پتانسیل خوردگی به دلیل ایجاد یک پیل گالوانیکی بین پوشش و زیرلایه شده است. همچنین نفوذ محلول خورنده به منطقه بین زیرلایه و پوشش منجر به افزایش دانسیته جریان خوردگی زیرلایه پوششدار نسبت به زیرلایه بدون پوشش می شود. از آنجا کهپوشش اکسید گرافن مستقیماً در واکنش خوردگی شرکت نکرده و سبب افزایش جریان خوردگی فولاد میشود، میتوان گفت که به صورت یک لایه فیزیکی روی سطح فولاد عمل میکند. همچنین ایجاد این پیل سبب کاهش دانسیته جریان و پتانسیل در منطقه شکست لایه رویین در زیرلایههای پوششدار میشود.
واژههای کلیدی: نانوپوششهای کربنی؛ سنتز اکسیدگرافن؛ پوشش اکسید گرافن؛ الکتروفورتیک
مقدمه
اکسیدگرافن، جوانترین عضو خانواده نانومواد کربنی، در سال 2004 میلادی توسط آندره گایم و کنستانتین نووسلف در دانشگاه منچستر سنتز و با اعطای جایزه نوبل فیزیک 2010 میلادی که به افتخار ساخت این مادهی دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت، به جهان علم و فناوری معرفی شد. اکتشاف اکسیدگرافن موج گستردهای از تحقیقات و فعالیتهای علمی را به این «ماده شگفت انگیز« در قرن 21 معطوف نمود. اکسیدگرافن به عنوان یک ماده با ساختار دو بعدی از لایههای منفرد لانه زنبوری از جنس کربن ساخته شده است. اکسیدگرافن به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد خود محبوبیت زیادی میان جامعه عملی پیدا کرده است .[1]
در روش هامر اصلاح شده، روش شامل اکسیداسیون اولیه گرافیت به اکسید گرافیت میباشد. پس از آن اکسید گرافیت به صورت مکانوشیمیایی و یا حرارتی به اکسید گرافن - - GOx تبدیل میشود. این روش برای تولید اکسیدگرافن در مقیاس و راندمان بالا مناسب میباشد، اما با این وجود روشی وقت گیر میباشد و از واکنشگرهای اکسید کننده خطرناک و سمی استفاده میشود. در واقع، اکسید گرافن عایق میباشد و از لحاظ هدایت تفاوت زیادی با گرافن دارد .[2]یکی از روشهای تولید پوشش اکسید گرافن، روش رسوب نشانی الکتروفورتیک - EPD - 3 است. این روش به علت تجهیزات ساده و ارزان قیمت و قابلیت پوشش دهی اجسام با اشکال پیچیده، گستردگی فراوانی دارد. در این روش با کنترل پارامترهای مختلف نظیر زمان، ولتاژ اعمالی، فاصله بین الکترودها و پارامترهای مربوط به سوسپانسیون نظیر ویسکوزیته و پتانسیل ذرات میتوان کیفیت پوششهای مورد نظر را تغییر داد.
با توجه به الکترودی که پوشش روی آن ایجاد میشود، دو نوع رسوب نشانی الکتروفورتیک میتواند وجود داشته باشد. زمانی که ذرات به صورت مثبت باردار میشوند، رسوب در کاتد ایجاد میشود و فرآیند رسوب نشانی الکتروفورتیک کاتدی نامیده میشود . رسوب ذرات با بار منفی در آند انجام میشود و فرآیند رسوب نشانی الکتروفورتیک آندی نامیده میشود. با تغییر مناسب بار سطحی ذرات، هر یک از دو نوع رسوب نشانی را میتوان اجرا نمود .[3]ه4 و همکاران به بررسی بازدارندگی خوردگی رسوبگذاری اکسید گرافن بر زیرلایهی NdFeB سینتر شده به روش الکتروفورتیک پرداختند. آنها با بررسی رفتار خوردگی این پوششها در محلول 3 درصد وزنی NaCl دریافتند که دانسیته جریان خوردگی کاهش و پتانسیل خوردگی به مقادیر مثبتتر افزایش مییابدکه هر دو مورد نشاندهنده بازدارندگی خوردگی این پوششها میباشد .[4]
فولاد زنگ نزن 316 جزء فولادهای آستنیتی و نگیر5 با ساختار شبکه FCC و PREN برابر با 23/4 دارای خواص سهولت جوشکاری و مقاومت به خوردگی و سایش و خوردگی سایشی، نرم و انعطافپذیر بودن برای کار سرد و غیرمغناطیس بودن و مناسب برای استفاده در محیطهای اتمسفری، آب دریا و انواع مختلف محیطهای شیمیایی می-باشد .[5]در این پژوهش، تمرکز بر سنتز اکسید گرافن از گرافیت و پوشش دهی آن به روش الکتروفورتیک میباشد. مشخصه اصلی این پوششها، مقاومت به خوردگی عالی در برابر اکثر محیطهای شیمیایی و سختی بالا میباشد. با توجه به تنوع پارامترهای پوشش دهی در روش الکتروفورتیک وکنترل و تغییر این پارامترها، میتوان در خواص مقاومت به خوردگی این پوششها تغییر ایجاد کرده و به بهترین حالت ممکن دست یافت. نقطه ضعف این پوشش-ها، چسبندگی ضعیف آنها به سطح فلزات میباشد که در روش الکتروفورتیک با آمادهسازی سطح مناسب تا حد قابل قبولی میتوان آن را بهبود بخشید. بنابراین با ثابت قراردادن زمان و ولتاژ در اعمال پوشش و اصلاح سطحی در دو حالت الکتروپولیش و آندایز میزان بهبود چسبندگی پوشش اکسید گرافن به زیر لایه مورد بررسی قرار گرفت .
مواد و روش تحقیق سنتز اکسید گرافن
اکسید گرافن از گرافیت طبیعی تمیز با روش اصلاح شده هامر می تواند سنتز شود. غلظت های مشخصی از پودر گرافیت، سدیم نیترات، اسید سولفوریک و پتاسیم پرمنگنات در دمای صفر درجه سانتیگراد در مدت زمان معین و با استفاده از همزدن مغناطیسی با سرعت مناسب مخلوط شده، به مدت 24 ساعت در حمام آب در دمای 35 درجه سانتی گراد قرار گرفت و پس از اضافه کردن مقدار معینی آب دیونیزه، محلول به مدت 24 ساعت در حمام روغن در دمای 90 درجه سانتی گراد قرار گرفت. در پایان واکنش، مقدار معینی آب اکسبژنه برای حذف مقدار اضافی پرمنگنات اولیه واکنش نکرده، اضافه شده و سپس محلول به ترتیب با مقدار معین اسید هیدروکلریک و آب مقطر با استفاده از سانتریفیوژ شسته شد تا زمانی که مقدار pH محلول نزدیک به 7 در آمد. در نهایت، محلول برای رسیدن به پودر اکسید گرافیت در شرایط آون در دمای 50 درجه سانتیگراد و هوای محیط و فشار معمولی به مدت 72 ساعت خشک شد .[6] برای مشخصه یابی پودر اکسید گرافن سنتز شده و صحت سنتز انجام شده، آنالیزهای پراش پرتو ایکس و FTIR روی پودر اکسید گرافن سنتز شده انجام شد.
آماده سازی زیر لایه
