Siliciumcarbid und Siliciumnitrid weisen eine geringe Benetzbarkeit mit geschmolzenem Metall auf. Abgesehen von der Infiltration durch Magnesium, Nickel, Chromlegierungen und Edelstahl benetzen sie andere Metalle nicht. Daher besitzen sie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und finden breite Anwendung in der Aluminiumelektrolyse.
In dieser Arbeit wurde die Korrosionsbeständigkeit von rekristallisiertem Siliciumcarbid (R-SiC) und mit Siliciumnitrid gebundenem Siliciumcarbid (Si3N4-SiC) in heiß zirkulierenden Al-Si-Legierungsschmelzen aus verschiedenen Breitengraden untersucht.
Aus den experimentellen Daten von 9 thermischen Zyklen über 1080 Stunden in einer Aluminium-Silizium-Legierungsschmelze bei 495 °C ~ 620 °C wurden die folgenden Analyseergebnisse erzielt.
Bei den R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben nahm die Korrosionsrate mit der Zeit zu und ab. Die Korrosionsrate entsprach dem logarithmischen Zusammenhang der Dämpfung (Abbildung 1).
Die Analyse des Energiespektrums ergab, dass die R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben selbst kein Aluminium-Silizium enthalten; im XRD-Muster stellt ein gewisser Anteil des Aluminium-Silizium-Peaks die oberflächennahe Restlegierung aus Aluminium-Silizium dar. (Abbildung 2 – Abbildung 5)
Mithilfe von SEM-Analysen konnte gezeigt werden, dass die Gesamtstruktur der R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben mit zunehmender Korrosionszeit zwar lockerer wird, aber keine offensichtlichen Schäden aufweist. (Abbildung 6 – Abbildung 7)
Die Oberflächenspannung σs/l > σs/g der Grenzfläche zwischen der Aluminiumflüssigkeit und der Keramik, der Benetzungswinkel θ zwischen den Grenzflächen ist > 90°, und die Grenzfläche zwischen der Aluminiumflüssigkeit und dem keramischen Blechmaterial ist nicht benetzt.
Daher weisen die Werkstoffe R-SiC und Si3N4-SiC eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Aluminium-Silizium-Schmelze auf und unterscheiden sich kaum. Si3N4-SiC ist jedoch vergleichsweise kostengünstig und wird seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt.
Veröffentlichungszeit: 17. Dezember 2018