니켈 전해액에서 붕화물 및 탄화물 나노분말 내식성: 산도, 온도, 노출 시간 영향

초록

고순도 나노분말(주상 91.8-97.6%, 평균 크기 32-78 nm)인 IV-VIB족 금속 붕화물, 탄화물, 탄화규소의 표준 니켈 전해액 욕에서 부식 거동을 조사했습니다. 내식성을 전해액 pH, 온도, 노출 시간 함수로 정량화했습니다. 결과는 각 족 내 붕화물과 탄화물 나노분말이 유사한 내식성을 보이며, 알칼리성 매체에서 본질적으로 무한한 유도 기간을 가짐을 보여줍니다. 그러나 탄화규소 나노분말은 테스트된 모든 산성 조건에서 높은 내식성을 유지합니다.

배경

복합 전기화학 코팅(CEP) 성능은 강화 분말의 부식 안정성에 달려 있습니다. 경화상(예: 붕화물)의 원치 않는 전해액 용해는 코팅 무결성 손상과 소재 선택 제한을 초래합니다. 선행 연구들은 분말 용해를 간과하여 지르코늄 이붕화물 함유 크롬 욕에서 분산 강화에 대해 과도하게 낙관적 주장을 했습니다. 따라서 나노구조 붕화물과 탄화물 데이터 부족을 고려할 때, 니켈 전해액 내 내화 화합물 나노분말 체계적 평가가 필수적입니다. 본 연구는 지르코늄, 티타늄, 바나듐, 크로뮴, 몰리브덴, 텅스텐 붕화물 및 탄화물 나노분말과 탄화규소의 니켈 욕 내 내식성을 다양한 pH, 온도, 노출 시간 하에서 다룹니다.

실험 방법

붕화물과 탄화물 나노분말은 플라즈마화학 및 고온 전기화학 경로로 합성했으며, 주요 특성은 표 1에 수록했습니다. 부식 시험은 표준 니켈 전해액 조성(표 2 참조) 사용했습니다. 전해액 산도는 진한 황산으로 조절했습니다. 분말 농도는 10 kg/m³ 유지했습니다. 시험 전 분말은 반복 정제로 나노스케일 흑연과 붕소 불순물을 0.1-0.3 wt.%로 줄이고 진공 열응력 가해 응집 방지했습니다. 용해 속도는 불용성 잔여물 질량 손실과 자력 측정법으로 전해액 내 이온 농도 측정으로 결정했습니다.

결과 및 논의

붕화물과 탄화물 나노분말 부식 거동은 그림 1, 2에 나타냈습니다. 두 그룹 모두 유사한 감수성 보이며, 주로 전해액 산도 지배적입니다. 산성 욕(pH 2.0-3.0)에서 급속 용해 발생: 323 K, 3시간 후 붕화물 용해 9.5-15.6%; 24시간 후 31.0-38.2%; 240시간 후 75.1-89.9%. 금속류 탄화물은 약간 높은 내식성으로, 비교적 용해 수준이 24, 120, 360시간 후 달성됩니다. 온도 상승은 나노소재와 산성 종 간 반응 속도 증가로 부식을 일관되게 가속화합니다.

조사된 모든 나노소재는 용해 중 비표면적 현저 증가 경험—전처리 ~2,000 m²/kg에서 후처리 ~10,000 m²/kg으로—층상 용해 메커니즘을 시사합니다. 탄화규소는 연구된 전체 pH와 온도 범위에서 용해도 10% 미만으로 독보적 안정성 유지.

그림 3은 이온 농도 변화에서 도출한 동역학적 용해 곡선입니다. 유도 기간(초기 질량 50% 용해 소요 시간)은 pH 2.5에서 붕화물 32-49시간, 탄화물 68-88시간; pH 3.0에서 92-112시간, 138-167시간; pH 5.0에서 사실상 무한대였습니다. 조립 분말 대비 나노분말 용해 속도 3-5배 높음으로 현저한 크기 효과 입증.

요약하면, 연구 금속 붕화물과 탄화물 나노분말은 니켈 전해액에서 유사 내식성 보이며, 주로 전해액 산도 지배적. 용해 속도는 조립 분말 대비 현저히 높아 나노미터 스케일 효과 명확히 나타남. 탄화규소 나노분말은 거의 모든 테스트 pH에서 예외적 안정성 유지로 다양한 전기화학 공정 적합.

결론

1. 붕화물, 탄화물, 탄화규소 나노분말 니켈 전해액 내 내식성은 전해액 산도, 온도, 노출 기간에 의존.
2. 산성 욕(pH 2.0-3.0)에서 나노분말 급속 용해—240시간 후 75-90% 도달—온도 상승 시 가속.
3. 탄화규소 나노분말 예외적 안정성; pH 2.0-5.0, 온도 295-353 K 전 범위에서 용해 12% 미만.

약어

CEP

복합 전기화학 코팅