Siliziumkarbid und Siliziumnitrid weisen eine schlechte Benetzbarkeit mit geschmolzenem Metall auf. Abgesehen davon, dass sie von Magnesium, Nickel, Chromlegierungen und Edelstahl durchdrungen werden, weisen sie keine Benetzbarkeit mit anderen Metallen auf, sodass sie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen und in der Aluminiumelektrolyseindustrie weit verbreitet sind.
In dieser Arbeit wurde die Korrosionsbeständigkeit von rekristallisiertem Siliziumkarbid R-SiC und Siliziumnitrid-gebundenem Siliziumkarbid Si3N4-SiC in heiß zirkulierenden Al-Si-Legierungsschmelzen aus mehreren Breitengraden untersucht.
Gemäß den experimentellen Daten von 9 thermischen Zyklen von 1080 Stunden in einer 495 °C bis 620 °C heißen Aluminium-Silizium-Legierungsschmelze wurden die folgenden Analyseergebnisse erzielt.
Die R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben nahmen mit der Korrosionsdauer zu und die Korrosionsrate nahm ab. Die Korrosionsrate entsprach der logarithmischen Beziehung der Dämpfung. (Abbildung 1)
Die Energiespektrumanalyse zeigt, dass die R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben selbst kein Aluminium-Silizium enthalten. Im XRD-Muster ist ein gewisser Anteil des Aluminium-Silizium-Peaks die an der Oberfläche verbleibende Aluminium-Silizium-Legierung. (Abbildung 2 – Abbildung 5)
Durch SEM-Analyse wird mit zunehmender Korrosionszeit die Gesamtstruktur der R-SiC- und Si3N4-SiC-Proben lockerer, es sind jedoch keine offensichtlichen Schäden erkennbar. (Abbildung 6 – Abbildung 7)
Die Oberflächenspannung σs/l > σs/g der Grenzfläche zwischen der Aluminiumflüssigkeit und der Keramik, der Benetzungswinkel θ zwischen den Grenzflächen beträgt > 90° und die Grenzfläche zwischen der Aluminiumflüssigkeit und dem Keramikplattenmaterial ist nicht benetzt.
Daher weisen die Werkstoffe R-SiC und Si3N4-SiC eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Aluminium-Silizium-Schmelze auf und unterscheiden sich kaum. Allerdings sind die Kosten für Si3N4-SiC-Werkstoffe relativ gering und sie werden seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt.
Veröffentlichungszeit: 17. Dezember 2018