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Surf. Interfaces:静电纺丝ZnO-NiO-CuO/聚己内酯纳米纤维涂覆低碳钢在酸溶液中的腐蚀性能
2020/10/23 9:06:10 易丝帮

DOI:10.1016/j.surfifin.2020.100760

在当前工作中,采用静电纺丝技术成功制备了PCL/ZnO(聚己内酯/氧化锌),PCL/NiO(聚己内酯/氧化镍),PCL/CuO(聚己内酯/氧化铜)和PCL/ZnO-NiO-CuO(聚己内酯/氧化锌-氧化镍-氧化铜)并将其沉积在低碳钢上。通过SEM、EDX和FT-IR对低碳钢上的所有纳米纤维涂层进行了表征。在1M HCl中,利用ZnO/NiO/CuO/PCL纳米纤维层涂覆低碳钢作为防腐蚀保护膜。使用开路电势(OCP),电化学阻抗谱(EIS),线性极化电阻(LPR)和动电位极化(PDP)等一系列电化学技术分析了ZnO/NiO/CuO/PCL纳米纤维层的耐腐蚀性能。结果表明,在Tafel图中,随着腐蚀电位向正方向移动,阳极和阴极反应均急剧下降。LPR结果表明,ZnO-NiO-CuO/PCL纳米纤维涂层的最高保护效率为94.8%。EIS光谱表明,ZnO/PCL、NiO/PCL、CuO/PCL和ZnO-NiO-CuO/PCL涂覆低碳钢实现了高频下的电容行为以及法频部分的涂层强度,其电阻分量分别为474.76 ohm.cm2、527.35 ohm.cm2、714.73 ohm.cm2和744.80 ohm.cm2,表明涂层具有良好的阻隔性能和高欧姆电阻。经SEM观察到较直且相互连接的结构,具有相对较小的孔隙率和均匀的纤维直径。对于ZnO/PCL、NiO/PCL、CuO/PCL和ZnO-NiO-CuO/PCL,纤维的平均直径分别为429nm、525nm、639nm和443nm。EDX和FT-IR结果证实了ZnO、NiO和CuO的存在及其在PCL基质中的分布情况。本研究结果表明,ZnO-NiO-CuO/PCL静电纺丝纳米纤维涂层可作为一种新型的金属氧化物纳米复合涂层,使低碳钢具有优异的耐腐蚀性能。


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图1.ZnO/PCL纳米纤维薄膜的SEM图像(A),直径分布(B)和ZnO/PCL纳米纤维薄膜的EDX分析(C)


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图2.NiO/PCL纳米纤维膜的SEM图像(A),直径分布(B)和NiO/PCL纳米纤维膜的EDX分析(C)


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图3.CuO/PCL纳米纤维膜的SEM图像(A),直径分布(B)和CuO/PCL纳米纤维膜的EDX分析(C)


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图4.ZnO-NiO-CuO/PCL纳米纤维薄膜的SEM图像(A),直径分布(B)和ZnO-NiO-CuO/PCL纳米纤维薄膜的EDX分析(C)


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图5.纤维的EDX分析,A)纳米纤维ZnO/PCL,B)纳米纤维NiO/PCL,C)纳米纤维CuO/PCL,D)纳米纤维ZnO-NiO-CuO/PCL


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图6.ZnO/PCL,CuO/PCL,NiO/PCL和ZnO-CuO-NiO/PCL纳米纤维薄膜的FT-IR光谱


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图7.裸露的低碳钢和具有纳米纤维膜涂层的低碳钢在1M HCl中的开路电势曲线(OCP)


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图8.裸露的低碳钢和具有纳米纤维膜涂层的低碳钢在1M HCl中的电势极化曲线


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图9.低碳钢和纳米纤维薄膜涂覆低碳钢在1M HCl中的奈奎斯特图(A),低碳钢和纳米纤维薄膜涂覆低碳钢在1M HCl中的Bode幅值图(B),低碳钢和纳米纤维薄膜涂覆低碳钢在1M HCl中的Bode相角图(C)


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图10.低碳钢在1M HCl中的等效电路模型(A)和纳米纤维薄膜涂覆低碳钢在1M HCl中的等效电路模型(B)


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图11.在1M HCl中低碳钢PCL/Zn-Ni-Cu涂层腐蚀的可能机理


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