Карбид кремния и нитрид кремния обладают плохой смачиваемостью расплавленным металлом. Помимо проникновения в магний, никель, сплавы хрома и нержавеющую сталь, они не смачиваются другими металлами, поэтому обладают превосходной коррозионной стойкостью и широко используются в алюминиевой электролитической промышленности.
В данной работе исследована коррозионная стойкость рекристаллизованного карбида кремния R-SiC и карбида кремния Si3N4-SiC, связанного с нитридом кремния, в расплавах сплавов Al-Si, циркулирующих в горячем состоянии, в разных широтах.
На основании экспериментальных данных, полученных в результате 9 циклов термической обработки в течение 1080 часов в расплаве алюминиево-кремниевого сплава при температуре 495–620 °C, были получены следующие результаты анализа.
Содержание R-SiC и Si3N4-SiC в образцах увеличивалось 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 алюминия и кремния; на рентгенограмме определенное количество пиков алюминия и кремния соответствует остаточному алюминиево-кремниевому сплаву на поверхности. (Рисунок 2 – Рисунок 5)
Анализ с помощью сканирующего электронного микроскопа показал, что с увеличением времени коррозии общая структура образцов R-SiC и Si3N4-SiC становится рыхлой, но явных повреждений не наблюдается. (Рисунок 6 – Рисунок 7)
Поверхностное натяжение σs/l > σs/g на границе раздела между жидким алюминием и керамикой, угол смачивания θ между границами раздела > 90°, а граница раздела между жидким алюминием и листовым керамическим материалом не смачивается.
Таким образом, материалы R-SiC и Si3N4-SiC обладают превосходной коррозионной стойкостью к расплаву алюминия и кремния и мало чем отличаются друг от друга. Однако стоимость материалов Si3N4-SiC относительно низка, и они успешно применяются уже много лет.
Дата публикации: 17 декабря 2018 г.