アルミニウム - シリコン合金溶湯における R-SiC および Si3N4-SiC の耐食性

炭化珪素や窒化珪素は、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、ステンレス鋼に浸透するほか、他の金属との濡れ性がないため耐食性に優れ、アルミニウム電解業界で広く使用されています。

この論文では、熱循環 Al-Si 合金溶湯中での再結晶炭化ケイ素 R-SiC および窒化ケイ素結合炭化ケイ素 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-シリコン合金溶湯中で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た。

R-SiC および Si3N4-SiC サンプルは腐食時間とともに増加し、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 - シリコンが含まれていません。 XRD パターンでは、一定量のアルミニウム - シリコン ピークが表面残留アルミニウム - シリコン合金です。 (図2～図5)

SEM 分析によると、腐食時間が増加するにつれて、R-SiC および Si3N4-SiC サンプルの全体的な構造は緩んでいますが、明らかな損傷はありません。 (図6 – 図7)

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

したがって、Ｒ−ＳｉＣ材料とＳｉ３Ｎ４−ＳｉＣ材料は、アルミニウムシリコン溶融物に対する耐食性に優れており、差はほとんどない。ただし、Si3N4-SiC 材料のコストは比較的低く、長年にわたり適用され成功しています。