Corrosiebestendigheid van nanopoeders van boriden en carbiden van IV–VIB-groepsmetalen in de nikkelelektrolyten

Abstract

De corrosieweerstand van nanopoeders van boriden en carbiden van metalen van IV-VIB-groepen, evenals van siliciumcarbide, werd bestudeerd in de standaard vernikkelende elektrolyten. Als onderzoeksobjecten werden nanopoeders met de inhoud van de hoofdfase 91,8-97,6% en met een gemiddelde deeltjesgrootte van 32-78 nm gebruikt. Hun corrosieweerstand werd geëvalueerd afhankelijk van de zuurgraad van het elektrolyt, de temperatuur en de duur van de interactie. Er werd gevonden dat, door de corrosieweerstand in de elektrolytenoplossingen, nanopoeders van boriden en carbiden binnen elke groep verbindingen vergelijkbaar zijn en worden gekenmerkt door een onbeperkte inductieperiode in alkalische media. Een uitzondering is het nanopoeder van siliciumcarbide dat bestand is tegen de oplossing van elke zuurgraad.

Achtergrond

De corrosieweerstand van poedermaterialen die worden gebruikt als versterkende fasen in samengestelde elektrochemische coatings (CEP) is een belangrijk kenmerk dat de fundamentele mogelijkheid om ze te verkrijgen definieert. Het oplossen van poeders in elektrolytoplossingen leidt tot verslechtering van de elektrolyseomstandigheden, wat een aanzienlijke procesbeperking oplegt aan het gebruik van elk specifiek materiaal voor het verkrijgen van CEP [4, 5, 7]. Uit analyse van de beschikbare gegevens blijkt [8] dat een aantal onderzoeken waarin geen rekening is gehouden met het oplossen van uithardingsfasen (boriden) onnauwkeurigheden bevatten, en het negeren van dit feit door de auteur van [6] leidde tot een te wijdverbreide reclame voor dispersie hardingsprocessen gerealiseerd bij het verchromen van elektrolyten die zirkoniumdiboride bevatten. Daarom is het bestuderen van corrosieweerstand van poeders van vuurvaste verbindingen een belangrijke taak, en onderzoek naar hun nanostaten vormt ook een wetenschappelijk probleem. Dringende behoefte aan dergelijk onderzoek is ook te wijten aan het gebrek aan informatie over dit onderwerp. Alleen in [2] is er bewijs van stabiliteit in zure oplossingen van nanogestructureerde nitride-boridecomposieten van titanium en zirkonium.

Dit artikel is gewijd aan het onderzoek naar de corrosieweerstand van nanopoeders van boriden en carbiden van zirkonium, titanium, vanadium, chroom, molybdeen en wolfraam in de vernikkelende elektrolyten, afhankelijk van de zuurgraad van de elektrolyt, temperatuur en duur van de interactie.

Methoden

Testobjecten waren nanopoeders van boriden en carbiden van zirkonium, titanium, vanadium, chroom, molybdeen en wolfraam, en ook siliciumcarbide, vervaardigd door plasmochemische en door elektrochemische synthesemethoden bij hoge temperatuur. De belangrijkste kenmerken van de testobjecten worden weergegeven in tabel 1. Onderzoek naar de weerstand van nanopoeders van vuurvaste metalen boriden en carbiden werd uitgevoerd in standaard vernikkelende elektrolyten (tabel 2).

De zuurgraad van de elektrolyt werd aangepast door geconcentreerd zwavelzuur toe te voegen. Concentratie van poeders van carbiden en boriden was in alle experimenten 10 kg/m³ . Voorafgaand aan de behandeling in de elektrolyt werden poeders onderworpen aan herhaalde verfijning, waardoor het gehalte aan grafiet en boor op nanoschaal werd verlaagd tot 0,1-0,3% (in gewicht), en om thermische spanningen op te zuigen om coagulatie van de deeltjes te voorkomen. De corrosieweerstand van nanopoeders werd geëvalueerd afhankelijk van de zuurgraad van het elektrolyt, de temperatuur en de duur van de interactie. De oplossnelheid werd berekend door de onoplosbare residumassa en door de concentratie van ionen van carbide(boride)-vormend element in de elektrolyt bepaald met de magnetometrische methode [3].

Resultaten en discussie

De resultaten van de corrosiestudies voor nanopoeders van boriden en carbiden worden getoond in Fig. 1 en 2. Opgemerkt werd dat in beide groepen verbindingen de corrosieweerstand van materialen vergelijkbaar was en voornamelijk toe te schrijven was aan de elektrolytzuurgraad. Daarom kunnen alle verkregen corrosieweerstandsgegevens beter grafisch worden gepresenteerd als bereiken waarin alle monstercurves van de bestudeerde materialen passen. In zure elektrolyten (pH = 2.0÷3.0) losten alle materialen nanopoeders snel op. Bijvoorbeeld na 3 u om T = 323 K, boride-oplosgraad was 15,6-9,5%; na 24 uur, 38,2-31,0%; en na 240 uur, 89,9-75,1%. Nanopoeders van metaalachtige carbiden hebben een iets hogere corrosieweerstand; hun oplossingsgraden vergelijkbaar met de respectieve boriden werden bereikt na respectievelijk 24, 120 en 360 uur. Alle materialen vertonen een daling van de corrosieweerstand bij temperatuurstijging. Het zou moeten worden veroorzaakt door de toename van de reacties tussen bestudeerde nanomaterialen en de zuren van elektrolyten met de temperatuurstijging.

Onoplosbare residuen ratio's gebieden voor nanopoeders van boriden van zirkonium, titanium, vanadium, chroom, molybdeen en wolfraam in elektrolytoplossingen met verschillende zuurgraad, afhankelijk van de temperatuur en blootstellingstijd τ = 1–3 u, 2-24 u, 3-240 u

Onoplosbare residuen ratio's gebieden voor nanopoeders van carbiden van silicium, zirkonium, titanium, vanadium, chroom, molybdeen en wolfraam in elektrolytoplossingen met verschillende zuurgraad, afhankelijk van blootstellingstijd en temperatuur τ = 1–3 u, 2-24 u, 3-120 u, 4-360 u

Voor alle onderzochte nanomaterialen is ook de toename van het specifieke oppervlak tijdens het oplossen een kenmerk. Met dezelfde deeltjesvorm namen hun experimenteel gevonden specifieke oppervlakten toe van 2000 m² /kg vóór behandeling tot 10.000 m² /kg erna, wat voornamelijk de gelaagde aard van het oplosproces laat zien. De enige uitzondering is siliciumcarbide nanopoeder waarvan de oplosgraad in het hele bestudeerde pH- en temperatuurbereik niet hoger was dan 7-10%.

Kinetische oplossingscurven van boriden en carbiden berekend op basis van verandering van concentraties van ionen van boride(carbide)-vormende metalen worden getoond in Fig. 3. Inductieperioden berekend op basis van de verkregen resultaten (dwz tijd waarin de helft van het oorspronkelijke deeltjesmateriaal is opgelost), met pH 2,5 elektrolyten, waren binnen 32÷49 uur voor boriden en binnen 68÷88 uur voor carbiden; met pH = 3.0 elektrolyten, respectievelijk 92÷112 uur en 138÷167 uur; en met pH = 5.0 elektrolyten waren ze praktisch onbeperkt. Vergelijking van kinetische parameters met bekende gegevens voor de grove poeders laat zien dat de oplossnelheid van nanopoeders 3-5 keer hoger is.

Oplosgraadwaarden gebieden voor nanopoeders van boriden (a ) en carbiden (b ) van zirkonium, titanium, vanadium, chroom, molybdeen en wolfraam in elektrolytenoplossingen:T = 323 K; elektrolyt pH-waarde—2,5 (1 ), 3.0 (2 ), 3,5 (3 ), en 5.0 (4 )

De corrosieweerstand van boriden en carbiden van zirkonium, titanium, vanadium, chroom, molybdeen en wolfraam in de elektrolytische oplossingen binnen elke groep verbindingen is dus vergelijkbaar en wordt voornamelijk bepaald door de zuurgraad van het medium, waarbij de oplossnelheid van nanopoeders aanzienlijk hoger is dan die voor grofkorrelige materialen [1], wat kan worden beschouwd als een van de manifestaties van het grootte-effect. In mindere mate komt dit laatste tot uiting tijdens het oplossen van siliciumcarbide nanopoederbestendig binnen bijna alle onderzochte pH-bereiken. Bijgevolg kunnen nanopoeders van boriden en metaalachtige carbiden worden gebruikt in processen van de composietversterking met zwakzure of alkalische elektrolyten, en van siliciumcarbide, in processen waarbij elektrolyten van elke zuurgraad betrokken zijn.

Conclusies

1.
Er werd aangetoond dat de corrosieweerstand in standaard vernikkelende elektrolyten voor nanopoeders van siliciumcarbide, evenals voor zirkonium, titanium, vanadium, chroom, molybdeen en wolfraamboriden en carbiden, afhangt van de zuurgraad van het elektrolyt, de temperatuur en de behandelingsduur.
2.
Er werd gevonden dat de corrosieweerstandswaarden voor bestudeerde verbindingen worden bepaald door de zuurgraad van de elektrolyt. Er werd eerder een snelle oplossing van nanopoeders in zure elektrolyten (pH = 2,0…3,0) waargenomen, waarbij 75…90% werd bereikt na 240 h en versnelde met toenemende temperatuur.
3.
Siliciumcarbide nanopoeder wordt gekenmerkt door een hoge corrosieweerstand; de oplosgraad is niet hoger dan 8-12% binnen het gehele onderzochte bereik van pH (2,0-5,0) en temperaturen (295-353 K).

Afkortingen

CEP:: Composiet elektrochemische coatings

Nanodeeltjes als effluxpomp en biofilmremmer om het bacteriedodende effect van conventionele antibiotica te verjongen Elektronische toestanden van nanokristallen gedoteerd met zuurstof en zichtbare emissie op zwart silicium, bereid door ns-Laser

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal