DOI 10.1186/s11671-017-2223-5 IV-VIB族金屬硼化物和碳化物納米粉末在鎳電解液中的耐蝕性
DOI 10.1186/s11671-017-2223-5
IV-VIB族金屬硼化物和碳化物納米粉末在鎳電解液中的耐蝕性
Dmytro Shakhnin，Viktor Malyshev*，Nina Kuschevskaya和Angelina Gab
摘要
研究了硼化物納米粉末和IV-VIB族金屬碳化物以及碳化硅納米粉末在標準鎳電解液中的耐蝕性。作為研究對象，使用了主相含量為91.8-97.6%，平均粒徑為32-78nm的納米粉末。根據電解液的酸度、溫度和相互作用的持續時間來評估它們的耐腐蝕性。結果表明，通過在電解質溶液中的耐蝕性，各組化合物中的硼化物和碳化物納米粉末相似，并且在堿性介質中具有無限誘導期。一個例外是碳化硅納米粉末，它能抵抗任何酸性溶液。
關鍵詞：耐腐蝕性，納米粉末，硼化物，碳化物，鎳電解質，IV-VIB族金屬
背景
作為復合電化學涂層（CEP）增強相的粉末材料的耐蝕性是決定其獲得的基本可能性的一個重要特征。粉末在電解質溶液中的溶解會導致電解條件的惡化，這對獲得CEP的每種特定材料的使用施加了重大的工藝限制[4,5,7]。對現有數據的分析表明[8]許多沒有考慮硬化相（硼化物）溶解的研究存在不準確之處，而文獻[6]的作者忽視了這一點，導致了在含二硼化鋯的鍍鉻電解液中實現的彌散硬化工藝的宣傳過于廣泛。因此，研究耐火材料粉末的耐腐蝕性是一項重要的任務，其納米狀態的研究也是一個科學問題。對這類研究的迫切需要也是由于缺乏這方面的資料。只有氮化鋯和氮化鋯的納米結構的穩定性。
本文研究了鋯、鈦、釩、鉻、鉬、鎢等硼化物和碳化物納米粉末在鎳電解液中的耐蝕性，并與電解液的酸度、溫度和相互作用時間有關。
方法
試驗對象為鋯、鈦、釩、鉻、鉬和鎢的硼化物和碳化物納米粉末，以及通過等離子體化學和高溫電化學合成方法制造的碳化硅納米粉末。試驗對象的主要特性見表1。研究了難熔金屬硼化物和碳化物納米粉末在標準鎳電解液中的電阻（表2）。
通過加入濃硫酸來調節電解液的酸度。在所有實驗中，硼化物的濃度為10 kg/m3。在電解液中處理之前，粉末經過反復精煉，從而將納米級石墨和硼的含量降低到0.1–0.3%（按重量計），并承受真空熱應力以防止顆粒凝固。納米粉末腐蝕根據電解液的酸度、溫度和持續時間評估耐離子性
表1硼化物和碳化物納米粉末的主要特性
化合物 | 主相含量A，% | 平均粒徑，nm | 30–70 nm組分含量，% |
二硼化鋯 | 91.6 | 41 | 85.1 |
二硼化鈦 | 92.1 | 39 | 77.3 |
VB2 | 93.3 | 38 | 79.0 |
CrB2 | 96.8 | 41 | 82.0 |
移動電話4 | 91.8 | 62 | 81.6 |
白細胞4 | 97.6 | 68 | 82.3 |
ZrC0.90N0.06 | 94.4 | 41 | 78.0 |
TiC0.90N0.06 | 91.7 | 58 | 81.0 |
VC0.85N0.05 | 94.8 | 45 | 76.0 |
Cr3（C0.80N0.20）2 | 95.6 | 42 | 80.0 |
二硫化鉬 | 97.2 | 78 | 79.6 |
廁所 | 97.1 | 76 | 82.4 |
0.95N0.05硅橡膠 | 96.3 | 62 | 75.0 |
濃縮后
。溶解速率由不溶殘渣質量和電解液中形成碳化物（硼化物）元素的離子濃度通過磁強計法測定[3]來計算。
結果與討論
硼化物和碳化物納米粉末的腐蝕研究結果如圖所示。1和2。值得注意的是，在這兩組化合物中，材料的耐腐蝕性相當，主要歸因于電解液的酸性。因此，所有獲得的耐腐蝕性數據最好用圖形表示為所有研究材料的樣品曲線擬合的范圍。在酸性電解質（pH=2.0÷3.0）中，所有材料的納米粉末都很快溶解。例如，在T=323K下3h后，硼化物溶解度為15.6-9.5%；24h后，38.2-31.0%；240h后，89.9-75.1%。類金屬碳化物的納米粉末具有稍高的耐腐蝕性；其溶解程度分別在24、120和360小時后達到與相應硼化物相似的程度。所有材料的耐腐蝕性能隨溫度的升高而下降。這可能是由于所研究的納米材料與電解質酸之間的反應速率隨著溫度的升高而增加。
表2電解液成分，kg/m3
電解質 | NiSO4·7H2O | H3BO3 | 氯化鈉 | 氟化鈉 | NiCl2·6H2O | 酸堿度 |
1 | 245 | 30 | 20 | 6 | – | 4.0-5.5 |
2 | 300 | 30 | – | – | 60 | 2.0-4.0 |
圖1不同酸度的電解質溶液中鋯、鈦、釩、鉻、鉬和鎢的硼化物納米顆粒的不溶性殘渣比面積,溫度和曝光時間r=1-3h,2- 24h, 3- 24h
對于所研究的所有納米材料，在溶解過程中比表面積的增加也是一個特征。在相同的顆粒形狀下，他們的實驗發現比表面積從處理前的2000m2/kg上升到處理后的10000 m2/kg，主要表現為溶解過程的層狀性質。唯一的例外是碳化硅納米粉末，在整個研究的pH值和溫度范圍內，其溶解度不超過7–10%。
由形成硼化物（碳化物）的金屬離子濃度變化計算出的硼化物和碳化物溶解動力學曲線如圖3所示。根據所得結果計算的誘導期（即，溶解一半原始顆粒材料的時間），在pH值為2.5的電解液中，硼化物為32÷49 h，碳化物為68÷88 h；pH=3.0電解液時，誘導期分別為92÷112 h和138÷167 h；pH=5.0電解液時，它們實際上是無限的。將動力學參數與已知粗粉體的數據進行比較表明，納米粉體的溶解速率高出3-5倍。
因此,耐腐蝕碳化物和硼化鋯、鈦、釩、鉻、鉬、鎢和電解的解決方案在每個組化合物相似,主要取決于介質的酸度,其中將沙粒溶解率明顯高于coarsegrained材料[1],它可以被視為一個尺寸效應的表現。在較小程度上，后者在溶解碳化硅納米粉劑時表現出來，幾乎在所有研究的pH范圍內。因此，硼化物和類金屬碳化物的納米顆?？捎糜诤腥跛嵝曰驂A性電解質的復合增強材料的加工，以及涉及任何酸性電解質的加工碳化硅
結論
1.
結果表明，標準鎳電解液對碳化硅納米顆粒以及鋯、鈦、釩、鉻、鉬、硼鎢和碳化物的耐蝕性取決于電解液的酸度、溫度和處理時間。
2.
研究發現，所研究化合物的耐腐蝕值是由電解質的酸度決定的。
相反，納米顆粒在酸性電解質(pH=2.0…3.0)中迅速溶解，在240h后達到75…90%，并隨著溫度的升高而加速溶解。
3.
碳化硅納米粉體具有較高的耐蝕性;
在pH(2.0 - 5.0)和溫度(295-353 K)的整個研究范圍內，其溶解度不超過8-12%。
圖3鋯、鈦、釩、鉻、鉬、鎢的硼化物(a)和碳化物(b)納米顆粒在電解液中的溶解度值:T=323K;電解值為2.5(1)、3.0(2)、3.5(3)和5.0 (4)
圖2不同酸度的電解質溶液中硅、鋯、鈦、釩、鉻、鉬和鎢碳化物的不溶性殘渣比，隨暴露時間和溫度的變化，分別為1-3小時、2 -24小時、3-120小時、4-360小時
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