ニッケル電解質中のIV–VIB族金属のホウ化物および炭化物のナノ粉末の耐食性

背景

複合電気化学コーティング（CEP）の強化相として使用される粉末材料の耐食性は、それらを得る基本的な可能性を定義する重要な特性です。電解質溶液への粉末の溶解は、電解条件の劣化につながり、CEPを取得するための各特定の材料の使用に重大なプロセス制限を課します[4、5、7]。入手可能なデータの分析は、硬化相（ホウ化物）の溶解が考慮されていない多くの研究が不正確さを含み、[6]の著者によるこの事実の無視が分散の過度に広い宣伝につながったことを示しています[8]。二ホウ化ジルコニウムを含むクロミング電解液で実現される硬化プロセス。したがって、耐火性化合物の粉末の耐食性の研究は重要なタスクであり、それらのナノ状態の調査も科学的な問題を引き起こします。そのような研究の緊急の必要性はまた、この主題に関する情報の不足によるものです。 [2]でのみ、チタンとジルコニウムのナノ構造の窒化物-ホウ化物複合材料の酸性溶液に安定性の証拠があります。

この論文は、電解質の酸性度、温度、および相互作用の持続時間に応じて、ニッケル電解質中のジルコニウム、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン、およびタングステンのホウ化物および炭化物のナノ粉末の耐食性の調査に専念しています。

メソッド

試験対象は、ジルコニウム、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン、タングステンのホウ化物と炭化物のナノ粉末、およびプラズマ化学と高温電気化学合成法によって製造された炭化ケイ素でした。試験対象の主な特性を表1に示します。耐火金属のホウ化物と炭化物のナノ粉末の耐性の研究は、標準的なニッケル電解液で実施されました（表2）。

電解質の酸性度は、濃硫酸を加えることによって調整されました。炭化物とホウ化物の粉末の濃度は、すべての実験で10 kg / m ³ でした。 。電解質で処理する前に、粉末を繰り返し精製して、ナノスケールのグラファイトとホウ素の含有量を0.1〜0.3％（重量）に減らし、粒子の凝固を防ぐために真空熱応力をかけました。ナノ粉末の耐食性は、電解質の酸性度、温度、および相互作用の持続時間に応じて評価されました。溶解速度は、不溶性残留物の質量と、磁気測定法によって決定された電解質中の炭化物（ホウ化物）形成元素のイオン濃度によって計算されました[3]。

結果と考察

ホウ化物と炭化物のナノ粉末の腐食研究の結果を図1と図2に示します。化合物の両方のグループで、材料の耐食性は同等であり、主に電解質の酸性度に起因することが注目されました。したがって、得られたすべての耐食性データは、調査したすべての材料のサンプル曲線が適合する範囲としてグラフで表示する方が適切です。酸性電解質（pH =2.0÷3.0）では、すべての材料のナノ粉末がすぐに溶解しました。たとえば、 T で3時間後 =323 K、ホウ化物の溶解度は15.6〜9.5％でした。 24時間後、38.2〜31.0％。 240時間後、89.9〜75.1％。金属のような炭化物のナノ粉末は、わずかに高い耐食性を持っています。それぞれのホウ化物と同様の溶解度は、それぞれ24時間、120時間、360時間後に達成されました。すべての材料は、温度の上昇とともに耐食性の低下を示します。これは、温度の上昇に伴い、研究対象のナノ材料と電解質の酸との間の反応速度が増加することによって引き起こされるはずです。

温度と曝露時間に応じて異なる酸性度の電解質溶液中のジルコニウム、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン、およびタングステンのホウ化物のナノ粉末の不溶性残留物比率領域τ =1–3 h、2–24 h、3–240 h

曝露時間と温度に応じて異なる酸性度の電解質溶液中のシリコン、ジルコニウム、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン、およびタングステンの炭化物のナノ粉末の不溶性残留物比率領域τ =1–3 h、2–24 h、3–120 h、4–360 h

調査中のすべてのナノ材料について、溶解中の比表面積の増加も特徴的です。同じ粒子形状で、実験的に見つかった比表面積は2000 m ² から上昇しました。 / kg最大10,000m ² の治療前 / kg後、主に溶解プロセスの層状の性質を示しています。唯一の例外は、調査対象のpHおよび温度範囲全体での溶解度が7〜10％を超えなかった炭化ケイ素ナノ粉末です。

ホウ化物（炭化物）形成金属のイオン濃度の変化から計算されたホウ化物と炭化物の溶解の速度論曲線を図3に示します。得られた結果から計算された誘導期間（つまり、元の粒子状物質の半分が溶解）、pH 2.5の電解質では、ホウ化物では32〜49時間以内、炭化物では68〜88時間以内でした。 pH =3.0電解質、それぞれ92÷112時間および138÷167時間。そしてpH =5.0の電解質では、それらは事実上無制限でした。速度論的パラメーターと粗い粉末の既知のデータとの比較は、ナノ粉末の溶解速度が3〜5倍高いことを示しています。

溶解度は、ホウ化物のナノ粉末の領域を評価します（ a ）および炭化物（ b ）電解質溶液中のジルコニウム、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン、およびタングステンの： T =323 K;電解質のpH値-2.5（ 1 ）、3.0（ 2 ）、3.5（ 3 ）、および5.0（ 4 ）

したがって、化合物の各グループ内の電解液中のジルコニウム、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン、およびタングステンのホウ化物および炭化物の耐食性は類似しており、主に媒体の酸性度によって決定され、ナノ粉末の溶解速度は粗粒材料の場合[1]、これはサイズ効果の兆候の1つと見なすことができます。程度は低いが、後者は、調査されたほぼすべてのpH範囲内で耐性のある炭化ケイ素ナノ粉末の溶解中に現れる。その結果、ホウ化物と金属様炭化物のナノ粉末は、弱酸性またはアルカリ性電解質による複合強化のプロセスで使用でき、炭化ケイ素のナノ粉末は、任意の酸性度の電解質を含むプロセスで使用できます。

結論

1. 1。

   炭化ケイ素のナノ粉末、ならびにジルコニウム、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン、およびタングステンのホウ化物および炭化物の標準的なニッケル電解質の耐食性は、電解質の酸性度、温度、および治療期間。

2. 2。

   研究された化合物の耐食性値は、電解質の酸性度によって決定されることがわかった。むしろ、酸性電解質（pH =2.0…3.0）にナノ粉末が急速に溶解し、240時間後に75〜90％に達し、温度の上昇とともに加速することが認められました。

3. 3。

   炭化ケイ素ナノ粉末は、高い耐食性が特徴です。その溶解度は、調査したpH（2.0〜5.0）および温度（295〜353 K）の全範囲内で8〜12％を超えません。

略語

CEP：

複合電気化学コーティング