2021-11-01
深入理解石墨烯/Cu新型复合材料在海洋环境中的腐蚀行为与腐蚀机制，对实现其大规模应用以及开展有效腐蚀防护对策具有重要意义。博士生潘成成采用热压和热轧方法制备了三维石墨烯状纳米片网络/铜复合材料（3D-GLNN/Cu），组织表征结果表明在块体复合材料中石墨烯网络结构保持完整，有效限制了铜基体晶粒长大，热压态和热轧态3D-GLNN/Cu的硬度值分别较纯Cu提高了8%和46%。采用电化学方法和腐蚀失重分析研究了其在模拟海洋环境中的腐蚀和空蚀行为。极化曲线测试结果表明，3D-GLNN/Cu的阳极溶解电流与热压态纯Cu相比显著降低，热轧处理对复合材料的耐蚀性影响不大。腐蚀电位下的电化学阻抗谱(EIS)及电化学等效电路拟合分析结果表明，3D-GLNN/Cu的电极过程动力学较为复杂，主要受电荷转移和扩散过程共同控制。通过分析欧姆电阻校正后的Bode图，可以发现高频区的相位角值大于-90
而阻抗模值斜率约为-0.9，Cu及2种3D-GLNN/Cu复合材料在模拟海水中均存在常相位角(CPE)特征，这主要是因为电极表面材料结构和成分不均一性导致的局部界面电容和电荷转移电阻存在差异。随着浸泡时间延长(从1h到9d)，EIS高频区容抗弧均是先增加后减小，主要是因为腐蚀生成的CuCl盐膜在表面的覆盖与局部脱落有关，EIS低频区出现扩散阻抗特征，且低频区相位角为18~23，说明电极过程不是单一反应物的Warburg扩散阻抗特征，而是受阴阳极传质过程共同控制。空蚀失重结果表明，热轧后的3D-GLNN/Cu与热压态的材料相比，耐空蚀性能显著下降，这主要是因为石墨烯与铜基体的弹性模量的差异，在空蚀机械冲击力作用下形变不协调，易产生凹坑。
图1 热压态纯铜、热压态和热轧态三维石墨烯/Cu复合材料显微组织的TEM照片
图2 铜及三维石墨烯/Cu复合材料在NaCl中浸泡1h后的Bode图（欧姆电阻校正后）
全文链接：https://www.ams.org.cn/CN/10.11900/0412.1961.2021.00333
