为了改善合金Q355D圆钢的致密性,通过在合金Q355D圆钢制备表面改性功能薄膜,实现在三维微结构上的均匀沉积,借助扫描电镜(SEM)、循环伏安测试(CV)、交流阻抗谱测试(EIS)、恒流充放电测试(CP)等手段对表面改性后的合金Q355D圆钢进行电化学性能测试。
当吡咯单体(Py)与BSNa摩尔比为1∶2,GO含量为0.4%时,合金Q355D圆钢的复合电极的微观结构稳定,3种纳米级Fe-36Ni、Fe-44Ni、Fe-80Ni合金薄膜,复合薄膜和集流体之间的结合力大;在-0.4~1.0V电压范围内,以100mV/s速率扫描56圈,FeSO4.7H2O含量对沉积速率影响较大,采用涡流电导仪和布氏硬度计分别测量合金的电导率和硬度,基于三种膜电极的MEMS超级电容器电容量依次增大,阻抗依次减小,放电电流为1mA时,比电容分别达到7.0、8.0、8.3mF/cm2,根据导电率与新相析出量之间的关系分析合金Q355D圆钢的时效析出动力学过程,3种Fe-Ni合金薄膜的具有单一γ相结构的Fe-80Ni耐蚀性能最好,由α-(Fe,Ni)相和γ-(Fe,Ni)相组成的混合固溶体Fe-44Ni次之,而含有单相铁、α-(Fe,Ni)相和γ-(Fe,Ni)相的混合固溶体Fe-36Ni合金最差,这是由于合金薄膜中各相电化学稳定性存在显著差异所致。在350℃下时效,合金Q355D圆钢硬度随时效时间的延长,先升高后趋于平缓;表面改性可以在很大程度上减轻PPy颗粒的团聚,在450℃、550℃下时效,合金硬度随时效时间的增加快速上升,到达峰值后缓慢下降;通过Avrami方程推导出相应的相变动力学方程及电导率方程分别为f=1-exp(-0.0522t0.71761)和σ=15.2+16.3[1-exp(-0.0522t0.71761)],使得聚合后的PPy分子链排布紧密,形成了规整的网状立体结,PPy薄膜的致密性最佳。
对比由电导率经验方程得出的电导率理论值与测量得出的实验值,该理论值与实验值有良好的吻合度合金Q355D圆钢的电化学和膜电极结构稳定性可得到明显改善。