Siliziumkarbid und Siliziumnitrid weisen eine schlechte Benetzbarkeit mit geschmolzenem Metall auf. Sie können zwar von Magnesium, Nickel, Chromlegierungen und Edelstahl durchdrungen werden, sind aber auch von anderen Metallen nicht benetzbar. Daher weisen sie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf und werden häufig in der Aluminiumelektrolyse eingesetzt.
In dieser Arbeit wurde die Korrosionsbeständigkeit von rekristallisiertem Siliziumkarbid R-SiC und siliziumnitridgebundenem Siliziumkarbid Si3N4-SiC in heiß zirkulierenden Al-Si-Legierungsschmelzen aus mehreren Breitengraden untersucht.
Gemäß den experimentellen Daten von 9 Temperaturzyklen von 1080 Stunden in einer Aluminium-Silizium-Legierungsschmelze von 495 °C bis 620 °C wurden die folgenden Analyseergebnisse erzielt.
Die R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben nahmen mit der Korrosionsdauer zu, während die Korrosionsrate abnahm. Die Korrosionsrate entsprach der logarithmischen Beziehung der Dämpfung. (Abbildung 1)
Die R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben selbst weisen laut Energiespektrumanalyse kein Aluminium-Silizium auf; im XRD-Muster ist ein gewisser Anteil des Aluminium-Silizium-Peaks die an der Oberfläche verbleibende Aluminium-Silizium-Legierung. (Abbildung 2 – Abbildung 5)
Durch SEM-Analyse wird mit zunehmender Korrosionszeit die Gesamtstruktur der R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben lockerer, es sind jedoch keine offensichtlichen Schäden erkennbar. (Abbildung 6 – Abbildung 7)
Die Oberflächenspannung σs/l > σs/g der Schnittstelle zwischen der Aluminiumflüssigkeit und der Keramik, der Benetzungswinkel θ zwischen den Schnittstellen beträgt > 90° und die Schnittstelle zwischen der Aluminiumflüssigkeit und dem Keramikplattenmaterial ist nicht nass.
Daher weisen die Werkstoffe R-SiC und Si3N4-SiC eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Aluminium-Silizium-Schmelze auf und unterscheiden sich kaum. Si3N4-SiC ist jedoch relativ kostengünstig und wird seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt.
Veröffentlichungszeit: 17. Dezember 2018