DOI 10.1186/s11671-017-2223-5 IV-VIB族金属硼化物和碳化物纳米粉末在镍电解液中的耐蚀性

DOI 10.1186/s11671-017-2223-5

IV-VIB族金属硼化物和碳化物纳米粉末在镍电解液中的耐蚀性

Dmytro Shakhnin，Viktor Malyshev*，Nina Kuschevskaya和Angelina Gab

摘要

研究了硼化物纳米粉末和IV-VIB族金属碳化物以及碳化硅纳米粉末在标准镍电解液中的耐蚀性。作为研究对象，使用了主相含量为91.8-97.6%，平均粒径为32-78nm的纳米粉末。根据电解液的酸度、温度和相互作用的持续时间来评估它们的耐腐蚀性。结果表明，通过在电解质溶液中的耐蚀性，各组化合物中的硼化物和碳化物纳米粉末相似，并且在碱性介质中具有无限诱导期。一个例外是碳化硅纳米粉末，它能抵抗任何酸性溶液。

关键词：耐腐蚀性，纳米粉末，硼化物，碳化物，镍电解质，IV-VIB族金属

背景

作为复合电化学涂层（CEP）增强相的粉末材料的耐蚀性是决定其获得的基本可能性的一个重要特征。粉末在电解质溶液中的溶解会导致电解条件的恶化，这对获得CEP的每种特定材料的使用施加了重大的工艺限制[4,5,7]。对现有数据的分析表明[8]许多没有考虑硬化相（硼化物）溶解的研究存在不准确之处，而文献[6]的作者忽视了这一点，导致了在含二硼化锆的镀铬电解液中实现的弥散硬化工艺的宣传过于广泛。因此，研究耐火材料粉末的耐腐蚀性是一项重要的任务，其纳米状态的研究也是一个科学问题。对这类研究的迫切需要也是由于缺乏这方面的资料。只有氮化锆和氮化锆的纳米结构的稳定性。

本文研究了锆、钛、钒、铬、钼、钨等硼化物和碳化物纳米粉末在镍电解液中的耐蚀性，并与电解液的酸度、温度和相互作用时间有关。

方法

试验对象为锆、钛、钒、铬、钼和钨的硼化物和碳化物纳米粉末，以及通过等离子体化学和高温电化学合成方法制造的碳化硅纳米粉末。试验对象的主要特性见表1。研究了难熔金属硼化物和碳化物纳米粉末在标准镍电解液中的电阻（表2）。

通过加入浓硫酸来调节电解液的酸度。在所有实验中，硼化物的浓度为10 kg/m3。在电解液中处理之前，粉末经过反复精炼，从而将纳米级石墨和硼的含量降低到0.1–0.3%（按重量计），并承受真空热应力以防止颗粒凝固。纳米粉末腐蚀根据电解液的酸度、温度和持续时间评估耐离子性

表1硼化物和碳化物纳米粉末的主要特性

化合物	主相含量A，%	平均粒径，nm	30–70 nm组分含量，%
二硼化锆	91.6	41	85.1
二硼化钛	92.1	39	77.3
VB2	93.3	38	79.0
CrB2	96.8	41	82.0
移动电话4	91.8	62	81.6
白细胞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
二硫化钼	97.2	78	79.6
厕所	97.1	76	82.4
0.95N0.05硅橡胶	96.3	62	75.0

浓缩后

。溶解速率由不溶残渣质量和电解液中形成碳化物（硼化物）元素的离子浓度通过磁强计法测定[3]来计算。

结果与讨论

硼化物和碳化物纳米粉末的腐蚀研究结果如图所示。1和2。值得注意的是，在这两组化合物中，材料的耐腐蚀性相当，主要归因于电解液的酸性。因此，所有获得的耐腐蚀性数据最好用图形表示为所有研究材料的样品曲线拟合的范围。在酸性电解质（pH=2.0÷3.0）中，所有材料的纳米粉末都很快溶解。例如，在T=323K下3h后，硼化物溶解度为15.6-9.5%；24h后，38.2-31.0%；240h后，89.9-75.1%。类金属碳化物的纳米粉末具有稍高的耐腐蚀性；其溶解程度分别在24、120和360小时后达到与相应硼化物相似的程度。所有材料的耐腐蚀性能随温度的升高而下降。这可能是由于所研究的纳米材料与电解质酸之间的反应速率随着温度的升高而增加。

表2电解液成分，kg/m3

电解质	NiSO4·7H2O	H3BO3	氯化钠	氟化钠	NiCl2·6H2O	酸碱度
1	245	30	20	6	–	4.0-5.5
2	300	30	–	–	60	2.0-4.0

图1不同酸度的电解质溶液中锆、钛、钒、铬、钼和钨的硼化物纳米颗粒的不溶性残渣比面积,温度和曝光时间r=1-3h,2- 24h, 3- 24h

对于所研究的所有纳米材料，在溶解过程中比表面积的增加也是一个特征。在相同的颗粒形状下，他们的实验发现比表面积从处理前的2000m2/kg上升到处理后的10000 m2/kg，主要表现为溶解过程的层状性质。唯一的例外是碳化硅纳米粉末，在整个研究的pH值和温度范围内，其溶解度不超过7–10%。

由形成硼化物（碳化物）的金属离子浓度变化计算出的硼化物和碳化物溶解动力学曲线如图3所示。根据所得结果计算的诱导期（即，溶解一半原始颗粒材料的时间），在pH值为2.5的电解液中，硼化物为32÷49 h，碳化物为68÷88 h；pH=3.0电解液时，诱导期分别为92÷112 h和138÷167 h；pH=5.0电解液时，它们实际上是无限的。将动力学参数与已知粗粉体的数据进行比较表明，纳米粉体的溶解速率高出3-5倍。

 

因此,耐腐蚀碳化物和硼化锆、钛、钒、铬、钼、钨和电解的解决方案在每个组化合物相似,主要取决于介质的酸度,其中将沙粒溶解率明显高于coarsegrained材料[1],它可以被视为一个尺寸效应的表现。在较小程度上，后者在溶解碳化硅纳米粉剂时表现出来，几乎在所有研究的pH范围内。因此，硼化物和类金属碳化物的纳米颗粒可用于含有弱酸性或碱性电解质的复合增强材料的加工，以及涉及任何酸性电解质的加工碳化硅

 

结论

1.

结果表明，标准镍电解液对碳化硅纳米颗粒以及锆、钛、钒、铬、钼、硼钨和碳化物的耐蚀性取决于电解液的酸度、温度和处理时间。

2.

研究发现，所研究化合物的耐腐蚀值是由电解质的酸度决定的。

相反，纳米颗粒在酸性电解质(pH=2.0…3.0)中迅速溶解，在240h后达到75…90%，并随着温度的升高而加速溶解。

3.

碳化硅纳米粉体具有较高的耐蚀性;

在pH(2.0 - 5.0)和温度(295-353 K)的整个研究范围内，其溶解度不超过8-12%。

 

 

图3锆、钛、钒、铬、钼、钨的硼化物(a)和碳化物(b)纳米颗粒在电解液中的溶解度值:T=323K;电解值为2.5(1)、3.0(2)、3.5(3)和5.0 (4)

 

图2不同酸度的电解质溶液中硅、锆、钛、钒、铬、钼和钨碳化物的不溶性残渣比，随暴露时间和温度的变化，分别为1-3小时、2 -24小时、3-120小时、4-360小时

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