Siliciumcarbide en siliciumnitride hebben een slechte bevochtigbaarheid met gesmolten metaal. Behalve dat ze geïnfiltreerd kunnen worden door magnesium, nikkel, chroomlegeringen en roestvrij staal, hebben ze geen bevochtigbaarheid met andere metalen. Daardoor hebben ze een uitstekende corrosiebestendigheid en worden ze veelvuldig gebruikt in de aluminiumelektrolyse-industrie.
In dit artikel is de corrosiebestendigheid van gerecrystalliseerd siliciumcarbide (R-SiC) en siliciumnitride-gebonden siliciumcarbide (Si3N4-SiC) in hete, circulerende Al-Si-legeringssmelten onderzocht vanuit verschillende breedtegraden.
Op basis van de experimentele gegevens van 9 thermische cycli van 1080 uur in een smeltbad van aluminium-siliciumlegering bij temperaturen tussen 495 °C en 620 °C, werden de volgende analyseresultaten verkregen.
De R-SiC- en Si3N4-SiC-monsters vertoonden een toename in corrosietijd, terwijl de corrosiesnelheid afnam. De corrosiesnelheid volgde een logaritmisch verband met de afname. (figuur 1)
Uit de energiespectrumanalyse blijkt dat de R-SiC- en Si3N4-SiC-monsters zelf geen aluminium-silicium bevatten; in het XRD-patroon is een bepaalde hoeveelheid aluminium-siliciumpiek te zien, wat duidt op een resterende aluminium-siliciumlegering aan het oppervlak. (Figuur 2 – Figuur 5)
Uit SEM-analyse blijkt dat de algehele structuur van de R-SiC- en Si3N4-SiC-monsters losser wordt naarmate de corrosietijd toeneemt, maar er is geen duidelijke schade zichtbaar. (Figuur 6 – Figuur 7)
De oppervlaktespanning σs/l>σs/g van het grensvlak tussen het vloeibare aluminium en het keramiek, de bevochtigingshoek θ tussen de grensvlakken is >90°, en het grensvlak tussen het vloeibare aluminium en het keramische plaatmateriaal is niet bevochtigd.
Daarom zijn R-SiC- en Si3N4-SiC-materialen uitstekend bestand tegen corrosie door gesmolten aluminiumsilicium en verschillen ze nauwelijks van elkaar. De kosten van Si3N4-SiC-materialen zijn echter relatief laag en ze worden al vele jaren met succes toegepast.
Geplaatst op: 17 december 2018