Карбид кремния и нитрид кремния плохо смачиваются расплавленным металлом. Помимо инфильтрации магнием, никелем, хромовыми сплавами и нержавеющей сталью, они не смачиваются другими металлами, поэтому обладают превосходной коррозионной стойкостью и широко используются в электролизе алюминия.
В данной работе исследовалась коррозионная стойкость рекристаллизованного карбида кремния R-SiC и связанного с нитридом кремния карбида кремния Si3N4-SiC в горячих циркулирующих расплавах сплава Al-Si в различных условиях.
По экспериментальным данным 9-кратного термоциклирования по 1080 ч в расплаве алюминиево-кремниевого сплава при температуре 495°С ~ 620°С получены следующие результаты анализа.
Образцы R-SiC и Si3N4-SiC увеличивали свою прочность со временем коррозии, а скорость коррозии снижалась. Скорость коррозии соответствовала логарифмической зависимости затухания (рисунок 1).
Анализ энергетического спектра показал, что образцы R-SiC и Si3N4-SiC сами по себе не содержат алюминиево-кремниевого сплава; на рентгенограмме определённое количество пика алюминиево-кремниевого сплава представляет собой остаточный поверхностный алюминиево-кремниевый сплав (рис. 2–рис. 5).
Анализ с помощью СЭМ показал, что по мере увеличения времени коррозии общая структура образцов R-SiC и Si3N4-SiC становится рыхлой, но без явных повреждений (рис. 6–рис. 7).
Поверхностное натяжение σs/l>σs/g на границе раздела между алюминиевой жидкостью и керамикой, краевой угол смачивания θ между границами раздела >90°, а граница раздела между алюминиевой жидкостью и листовым керамическим материалом не смачивается.
Таким образом, материалы R-SiC и Si3N4-SiC обладают превосходной коррозионной стойкостью к расплавам алюминия и кремния и практически не различаются. Однако стоимость материалов Si3N4-SiC относительно невысока, и они успешно применяются уже много лет.
Время публикации: 17 декабря 2018 г.