アルミニウム-シリコン合金溶融塩中のR-SiCおよびSi3N4-SiCの耐食性

炭化ケイ素と窒化ケイ素は溶融金属との濡れ性が悪い。マグネシウム、ニッケル、クロム合金、ステンレス鋼は浸食するが、他の金属とは濡れないため、優れた耐食性を有し、アルミニウム電解業界で広く使用されている。

本論文では、高温循環 Al-Si 合金溶融物中の再結晶化シリコンカーバイド R-SiC およびシリコン窒化物結合シリコンカーバイド Si3N4-SiC の耐食性を複数の緯度から調査しました。

495℃～620℃のアルミニウム-シリコン合金溶融塩中で1080時間の熱サイクルを9回行った実験データによれば、以下の分析結果が得られました。

R-SiCおよびSi3N4-SiCサンプルは、腐食時間が長くなるにつれて腐食量が増加し、腐食速度は減少しました。腐食速度は減衰の対数関係と一致しました（図1）。

エネルギースペクトル分析によると、R-SiCおよびSi3N4-SiCサンプル自体にはアルミニウム-シリコンは含まれていないが、XRDパターンでは、表面に残留したアルミニウム-シリコン合金のピークが一定量確認されている。（図2～図5）

SEM分析によると、腐食時間が長くなるにつれて、R-SiCおよびSi3N4-SiCサンプルの全体的な構造は緩くなりますが、明らかな損傷は見られません。（図6～図7）

アルミニウム液体とセラミックとの間の界面の表面張力はσs/l>σs/gであり、界面間の濡れ角θは>90°であり、アルミニウム液体とシートセラミック材料との間の界面は濡れていない。

そのため、R-SiC材料とSi3N4-SiC材料はアルミニウムシリコン溶融体に対する耐食性に優れており、両者の差はほとんどありません。しかし、Si3N4-SiC材料は比較的コストが低く、長年にわたり効果的に利用されてきました。