طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي و بررسي رفتار خوردگي پوشش هاي نانوكامپوزيتي كروم-دي اكسيد تيتانيم

Electrochemical Impedance Spectroscopy and Corrosion behavior Investigation of Cr-TiO2 nanocomposite coatings

در اين تحقيق، نتايج طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي و خواص خوردگي پوشش هاي نانوكامپوزيتي كروم- دي اكسيد تيتانيم حاصل از روش آبكاري الكتريكي ارايه شده است. پوشش نانوكامپوزيتي Cr-TiO2 از طريق رسوب همزمان نانوذرات دي اكسيد تيتانيم با اندازه ميانگين ذرات nm 21 محصول شركت Evonik با درجه خلوص 5/99 درصد و ساختار كريستالي آناتاز در زمينه كروم پوشش در طي مدت زمان فرايند آبكاري بدست آمد. ميانگين اندازه ضخامت پوشش نانوكامپوزيتي بر روي زير لايه ي فولادي كم كربن از جنس ورق St.37، ?m 30 بدست آمد. مورفولوژي سطح و تركيب پوشش ها توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به دستگاه آناليز EDX مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد كه مورفولوژي سطح پوشش نانوكامپوزيتي Cr-TiO2 در مقايسه با پوشش كروم خالص، هموارتر و متراكم تر همراه با ريزترك هاي كمتري مي باشد و نانو ذرات دي اكسيد تيتانيم به صورت يكنواخت در زمينه كروم پوشش توزيع شده اند. رفتار الكتروشيميايي پوشش ها در محلول هاي خورنده مشتمل بر 5/0 مولار NaCl، يك مولار NaOH و يك مولار HNO3 در دماي C?1±25 توسط روش پلاريزاسيون پتانسيوپويش و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج آزمون پلاريزاسيون پتانسيوپويش نشان داد كه با افزايش ميزان نانوذرات دي اكسيد تيتانيم در پوشش، چگالي جريان خوردگي پوشش نانوكامپوزيتي Cr-TiO2 در محلول هاي 5/0 مـولار NaCl و يك مولار NaOH به صورت قابل توجهي كاهش يافته و پتانسيل خوردگي به مقادير با پتانسيل مثبت تر ميل مي كند. مقاومت پلاريزاسيون نيز با افزايش ميزان نانوذرات TiO2 در پوشش، به مقدار زيادي افزايش مي يابد. از نتايج بدست آمده مي توان نتيجه گرفت كه رسوب نانوذرات TiO2 در پوشش، باعث افزايش مقاومت به خوردگي و كاهش نرخ خوردگي پوشش كروم در محلول هاي نمكي و قليايي مي شود. در ناحيه آندي منحني هاي پلاريزاسيون پوشش كروم خالص و پوشش هاي نانوكامپوزيتي كروم- دي اكسيد تيتانيم در محلول يك مولار HNO3، تشكيل لايه رويين مشاهده شد. مشاهده شد كه چگالي جريان رويين پوشش هاي نانوكامپوزيتي كروم- دي اكسيد تيتانيم ( حدود A/cm2 4-10) بيشتر از پوشش كروم خالص ( حـدود A/cm25-10) است. بنابراين، نرخ خوردگي لايه رويين پوشش هاي نانوكامپوزيتي Cr-TiO2 در محلول يك مولار HNO3 بيشتر از پوشش كروم خالص است زيرا حضور نانوذرات دي اكسيد تيتانيم در پوشش كروم، پيوستگي لايه رويين پوشش نانوكامپوزيتي را مختل مي كند و تخريب لايه رويين آن را تسريع مي دهد و منجر به افزايش نرخ خوردگي در پوشش مي شود. از اينرو، پوشش هاي نانوكامپوزيتي Cr-TiO2، در محلول HNO3 مناسب نيستند. طيف امپدانس الكتروشيميايي پوشش ها نشان داد كه سرعت خوردگي با مقاومت انتقال بار كنترل مي شود و Rct با افزايش ميزان نانوذرات دي اكسيد تيتانيم در پوشش افزايش مي يابد كه دلالت بر افزايش مقاومت به خوردگي است.

In this paper, the results on the Electrochemical Impedance Spectroscopy and corrosion properties of electrodeposited Cr-TiO2 nanocomposite coatings are presented. The nanocomposite coatings were obtained by codeposition of TiO2 nanoparticles with the average particle size of 21 nm, 99.5% purity degree and anatas crystal structure prepared from Evonik Company with Chromium during plating process. The coating thickness average was 30 µm on low carbon steel substrate from St.37 plate substance. The surface morphology and composition of coatings was investigated by scanning electron microscope (SEM) with energy dispersive analyzer system (EDX). It was found that The Cr-TiO2 nanocomposite coating surface morphology is smoother, more compact surface in appearance with less microcracks compare to that of pure Chromium coating and The codeposited TiO2 nanoparticles were uniformly distributed in the Chromium matrix. The electrochemical behavior of the coatings in the corrosive solutions such as 0.5M NaCl, 1M NaOH and 1M HNO3 was investigated by potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy methods at 25±1 °C temperature. It is obvious that with increasing of TiO2 nanoparticles content in coating, the corrosion current density decreased and the corrosion potential of the coatings shifted to more positive potential values in 0.5M NaCl and 1M NaOH solutions. Also, The Polarization resistance (Rp) increased with increasing of TiO2 nanoparticles content in coating. As Cr-8.3wt.%TiO2 nanocomposite coating polarization resistance in 0.5M NaCl and 1M NaOH solutions reached to 3.954 and 5.631 M?.cm2 respectively. It can be concluded that the codeposited TiO2 nanoparticles in Chromium matrix of coating increase the corrosion resistance and decrease the corrosion rate in salty and alkaline solutions. In anodic region of polarization curves of pure Chromium coating and Cr-TiO2 nanocomposite coatings in 1M HNO3 solution, Passive layer formation is observed. Passive layer formation current density of Cr-TiO2 nanocomposite coatings (about 0.02A/cm2) is less than that of pure Chromium coating (about 0.03A/cm2). On the other hand, passive layer formation potential of Cr-TiO2 nanocomposite coatings (about 288mv) is more negative compare to that of pure Chromium coating (about 478mv). It can be concluded that presence of TiO2 nanoparticles in Chromium matrix of coating aids to formation of passive layer.The passive current density of Cr-TiO2 nanocomposite coatings (about 10-4A/cm2) is more than that of pure Chromium coating (about 10-5 A/cm2). It means that passive layer corrosion rate of Cr-TiO2 nanocomposite coatings is more than pure Chromium coating because of The presence of TiO2 nanoparticles in the coating surface disturbs the continuity of nanocomposite coating passive layer and accelerates the destruction of passive layer which causes to increasing of corrosion rate. It can be concluded that Cr-TiO2 nanocomposite coatings is not a proper coating in HNO3 solution.The electrochemical impedance spectra of coatings demonstrate that corrosion rate was controlled by charge transfer resistance. The charge transfer resistance (Rct) increases with increasing of TiO2 nanoparticles content in coating which is an indication of corrosion resistance increasing.