Korrosionsbeständigkeit von R-SiC und Si3N4-SiC in der Schmelze einer Aluminium-Silizium-Legierung

Siliziumkarbid und Siliziumnitrid haben eine schlechte Benetzbarkeit mit geschmolzenem Metall. Abgesehen davon, dass sie von Magnesium, Nickel, Chromlegierungen und Edelstahl infiltriert werden, sind sie für andere Metalle nicht benetzbar, sodass sie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen und in der Aluminiumelektrolyseindustrie weit verbreitet sind.

In dieser Arbeit wurde die Korrosionsbeständigkeit von rekristallisiertem Siliziumkarbid R-SiC und Siliziumnitrid-gebundenem Siliziumkarbid Si3N4-SiC in heiß zirkulierenden Al-Si-Legierungsschmelzen aus mehreren Breitengraden untersucht.

Gemäß den experimentellen Daten von 9-maligem Temperaturwechsel von 1080 Stunden in einer Aluminium-Silizium-Legierungsschmelze mit 495 °C bis 620 °C wurden die folgenden Analyseergebnisse erhalten.

Die R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben nahmen mit der Korrosionszeit zu und die Korrosionsrate nahm ab. Die Korrosionsrate entsprach dem logarithmischen Verhältnis der Dämpfung. (Abbildung 1)

Laut Energiespektrumanalyse weisen die R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben selbst kein Aluminium-Silizium auf; Im XRD-Muster ist ein bestimmter Anteil des Aluminium-Silizium-Peaks die auf der Oberfläche verbleibende Aluminium-Silizium-Legierung. (Abbildung 2 – Abbildung 5)

Laut REM-Analyse ist die Gesamtstruktur der R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben mit zunehmender Korrosionszeit locker, aber es liegen keine offensichtlichen Schäden vor. (Abbildung 6 – Abbildung 7)

Die Oberflächenspannung σs/l>σs/g der Grenzfläche zwischen der Aluminiumflüssigkeit und der Keramik, der Benetzungswinkel θ zwischen den Grenzflächen beträgt >90° und die Grenzfläche zwischen der Aluminiumflüssigkeit und dem plattenförmigen Keramikmaterial ist nicht nass.

Daher weisen die R-SiC- und Si3N4-SiC-Materialien eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Aluminium-Silizium-Schmelze auf und weisen kaum Unterschiede auf. Allerdings sind die Kosten für Si3N4-SiC-Materialien relativ gering und werden seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt.