Naslov (srp)

Elektrohemijsko taloženje i karakterizacija Zn-Co-CeO2 nanokompozita : doktorska disertacija

Autor

Riđošić, Marija, 1992-

Doprinosi

Bajat, Jelena, 1964-
Gvozdenović, Milica, 1971-
Živković, Ljiljana S., 1958-
Grgur, Branimir N., 1965-

Opis (eng)

Composite coatings were deposited galvanostatically, at deposition current densities inthe range of 1 – 12 A dm–2. The influence of type of particles source, as well asit’sconcentration, on the properties of the deposited nanocomposite coatings were examined.The commercial powder and synthesized stable colloidal dispersion were used and comparedas a source of CeO2 particles in the plating solution. Particles concentrations in platingsolution were 2 and 5 g dm–3. The influence of different agitation mode (magnetic stirring andultrasound stirring) on the nanocomposite properties was studied. The properties ofcomposite coatings were compared to the matrix, pure Zn-Co alloy.Particles size and shape were determined by transmission electron microscopy (TEM)and scanning electron microscopy (SEM). Crystallography, purity and phase composition ofthe used ceria particles were examined by X-ray diffraction (XRD). Particles distribution inplating solution was determined by dynamic light scattering method (DLS). The Ce3+ contentand Ce3+/Ce4+ ratio was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The opticalproperties were studied by UV-vis spectroscopy.All particlesused, regardless on the ceria source, were spherical and nanometric. TheSEM, TEM and DLS results showed high tendency of nanometric particles to agglomeration,especially in the case of commercial ceria powder. Synthesized colloidal dispersion hadsmaller and more uniform particles distribution compared to commercial powder. Also, thepolydispersity index was lower and stability of plating solution containing ceria sol wasenhanced compared to plating solutions with ceria powder as a source of particles. The Ce3+content was 27%, and Ce3+/Ce4+ ratio 0.37, as shown by XPS results. The band gap value wasinfluenced by particles size: the smaller the particles size the higher the band gap value.The influence of particles on metal matrix deposition was studied by polarizationcurves recorded in different plating solutions anmd uder different mixing cnditions. Theshape of the polarization curves showed that mechanism of Zn-Co electrodeposition did notchangein the presence of particles. The composite coatings and metal matrix morphology wasstudied by scanning electron microscopy. The chemical composition of all coating wasdetermined by energy dispersive X-ray spectroscopy. Crystal size and texture of the coatingswas determined based on X-ray diffraction results. The corrosion resistance of copmpositecoatings and self-healing effect were examined by electrochemical methods, electrochemicalimpedance spectroscopy and scanning Kelvin probe, in chloride – rich environment.The cobalt deposition was enhanced when particles were present in the platingsolution, but Zn-Co deposition mechanism did not change, i.e. it was of anomalous type,independently on particles source. The morphology, compactness and corrosion resistance ofthe metal matrix was enhanced by particles incorporation. The lower deposition currentviiidensities (1 and 2 A dm–2) were beneficial to particles incorporation and coatingsmorphology. The agitation of the plating solution showed to be important factor in compositeand Zn-Co alloy production. The ultrasound applied during the electrodeposition wasbeneficial to coatings properties compared to magnetic stiring. The source of ultrasoundinfluenced the coatings properties as well. The better morphology, compactness, particlesdistribution and corrosion resistance were achieved by ultrasound horn as a source ofultrasound during electrodeposition. The ultrasound power was also optimized and the bestcoatings properties were achieved when 20 W cm–2 of ultrasound power was applied. Thenanocomposite Zn-Co-CeO2 coatings showed enhanced corrosion resistance compared to Zn-Co metal matrix. Based on the results of electrochemical impedance spectroscopy andscanning Kelvin probe, it was found that nanocomposite coatings exhibit the self-healingeffect in 3% NaCl, due to presence of ceria particles. The self-healing efficiency was 73.28%after 2 hours in 3% NaCl solution.

Opis (srp)

Kompozitne prevlake su taložene galvanostatski iz hloridnih rastvora, gustinama strujetaloženja u opsegu 1 – 12 A dm–2. Ispitivan je uticaj različitog izvora sekundarne faze,cerijum(IV)-oksida, i njegove koncentracije na stabilnost rastvora za taloženje i svojstvadobijenih nanokompozitnih prevlaka. Kao izvori čestica u rastvoru za taloženje korišćeni ipoređeni su prah komercijalnog cerijum(IV)-oksida i sintetizovana stabilna koloidnadisperzija cerijum(IV)-oksida, u koncentracijama 2 i 5 g dm–3. Ispitivan je uticaj načinamešanja rastvora za taloženje na svojstva dobijenih kompozitnih prevlaka: mešanjemagnetnom mešalicom i ultrazvukom (ultrazvučno kupatilo i ultrazvučna sonda različitesnage). Svojstva kompozitnih prevlaka poređena su sa svojstvima čistih Zn-Co legura.Oblik i veličina čestica određivani su transmisionom elektronskom mikroskopijom(TEM) i skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM). Kristaliničnost, čistoća i faznisastav korišćenih izvora čestica ispitivani su metodom rendgenske difrakcije (XRD). Veličina iraspodela čestica, kao i stabilnost rastvora za taloženje nakon dodavanja čestica, ispitivana jemetodom dinamičkog rasejanja svetlosti (DLS). Metodom fotoelektronske spektroskopije X-zraka (XPS) određen je sadržaj Ce3+ jona, kao i odnos Ce3+/Ce4+ u korišćenim česticama.Optička svojstva su ispitivana apsorpcionom i reflektujućom spektroskopijom ultraljubičaste ividljive spektralne oblasti (UV-vis).Pokazano je da su čestice cerijum(IV)-oksida, bez obzira na izvor, sferičnog oblika,nanometarske veličine. Rezultati dobijeni SEM, TEM i DLS metodama pokazuju dananometarske cerijum(IV)-oksid čestice imaju veliki afinitet ka aglomeraciji, posebno česticekomercijalnog praha. Sintetizovana koloidna disperzija imala je ravnomerniju raspodelučestica manjih dimenzija u odnosu na komercijalni prah i manju sklonost ka aglomeraciji.Rastvori za taloženje u kojima je kao izvor čestica korišćena sintetizovana koloidna disperzijacerijum(IV)-oksida, su bili manje polidisperznosti i stabilniji u odnosu na rastvore za taloženjesa komercijalnim prahom kao izvorom cerijum(IV)-oksid čestica. Rezultati XPS merenjapokazali su da je sadržaj Ce3+ jona 27%, a odnos Ce3+/Ce4+ u sintetizovanim česticama 0,37.Rezultati UV-vis merenja pokazuju da se energetski procep povećava smanjenjem veličinečestica.Snimanjem polarizacionih krivih taloženja ispitivan je uticaj prisustva sekundarne faze(čestica) na sam proces taloženja Zn-Co legure. Morfologija kompozitnih prevlaka i matriceispitivana je skenirajućom elektronskom mikroskopijom, hemijski sastav energentskomdisperzijom X-zraka (EDS), kristalna struktura, orijentacija i veličina kristala difrakcijom X-zraka (XRD), a koroziona postojanost i efekat samozalečenja različitim elektrohemijskimmetodama (spektroskopija elektrohemijske impedancije, određivanjem rapodele potencijalana površini).viTaloženje kobalta je ubrzano prisustvom čestica u rastvoru za taloženje, ali prisustvo iugradnja čestica ne menja sam mehanizam taloženja Zn-Co legure, koji je bio anomalnog tipabez obzira na izvor čestica. Rezultati su pokazali da ugradnjom čestica u Zn-Co matricu dolazido poboljšanja morfologije, kompaktnosti i korozione otpornosti prevlaka. Taloženje prevlakamanjim gustinama struje (1 i 2 A dm–2) pokazalo se kao najpogodnije za dobijanje prevlaka savećim sadržajem čestica i boljom morfologijom. Mešanje rastvora za taloženje pokazalo se kaoveoma bitan faktor koji utiče na svojstva kompozitnih i Zn-Co prevlaka. Upotreba ultrazvukatokom taloženja dovela je do poboljšanja svojstava ispitivanih prevlaka u odnosu na mešanjemagnetnom mešalicom. Pored toga, izbor izvora ultrazvuka utiče na konačna svojstavaprevlaka. Upotreba ultrazvučne sonde dovela je do poboljšanja morfologije, kompaktnosti,raspodele čestica u kompozitnim prevlakama, ali i do povećanja korozione otpornosti uagresivnoj hloridnoj sredini. Pored izvora ultrazvuka, rezultati su pokazali da je potrebnoizvršiti optimizaciju i snage primenjenog ultrazvuka. Koroziona otpornost prevlaka bila jenajveća kada je za mešanje rastvora za taloženje primenjen ultrazvuk snage 20 W cm–2.Nanokompozitne Zn-Co-CeO2 prevlake pokazale su se kao koroziono postojanije u odnosu naZn-Co prevlake. Na osnovu rezultata spektroskopije elektrohemijske impedancije tokomvremena izlaganja prevlaka rastvoru NaCl, ali i rezultata raspodele potencijala na površiniprevlake sa i bez defekta, zaključeno je da kompozitne prevlake imaju samozalećujućasvojstva u rastvoru 3% NaCl, zahvaljujući prisustvu čestica cerijum(IV)-oksida. Izračunatiprocenat samozalečenja veštačkog defekta bio je 73,28% nakon 2 časa u 3% NaCl.

Opis (srp)

Tehnološko inženjerstvo - Hemijsko inženjerstvo / Technology engineering - Chemical engineering Datum odbrane: 26.01.2011.

Jezik

srpski

Datum

2021

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-SA 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Deliti pod istim uslovima 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Ispitivanje materijala. Inženjerstvo materijala

nanocomposite coatings; electrochemical deposition; nanoparticles, ceria; corrosion resistance; self-healing effect.

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Ispitivanje materijala. Inženjerstvo materijala

nanokompozitne prevlake; elektrohemijsko taloženje; nanočestice; cerijum(IV)- oksid; koroziona otpornost; efekat samozelečenja