镍电解液中 IV-VIB 族金属硼化物和碳化物纳米粉末的耐腐蚀性

背景

在复合电化学涂层 (CEP) 中用作增强相的粉末材料的耐腐蚀性是定义它们获得的基本可能性的重要特征。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] 一些没有考虑硬化相（硼化物）溶解的研究存在不准确之处，而 [6] 的作者对这一事实的忽视导致了对分散的过度宣传在含二硼化锆的镀铬电解液中实现的硬化过程。因此，耐火化合物粉末的耐腐蚀性研究是一项重要的任务，其纳米状态的研究也是一个科学问题。对此类研究的迫切需要也是由于缺乏有关该主题的信息。只有在[2]中，有证据表明钛和锆的纳米结构氮化硼复合材料在酸溶液中具有稳定性。

本文致力于研究镍化电解液中锆、钛、钒、铬、钼和钨的硼化物和碳化物纳米粉末的耐腐蚀性，这取决于电解液的酸度、温度和相互作用的持续时间。

方法

测试对象是锆、钛、钒、铬、钼和钨的硼化物和碳化物的纳米粉末，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。测试对象的主要特性见表1。难熔金属硼化物和碳化物纳米粉体在标准镍化电解液中的电阻研究（表2）。

通过加入浓硫酸调节电解液的酸度。在所有实验中，碳化物和硼化物粉末的浓度为 10 kg/m ³ .在电解液中处理之前，粉末经过反复细化，从而将纳米级石墨和硼的含量降低至 0.1-0.3%（按重量计），并施加真空热应力以防止颗粒凝结。根据电解质的酸度、温度和相互作用的持续时间来评估纳米粉末的耐腐蚀性。溶解率由不溶残留物质量和由磁力法测定的电解液中碳化物（硼化物）形成元素的离子浓度计算得出[3]。

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 1 和图 2 所示。 1 和 2。注意到，在两组化合物中，材料的耐腐蚀性是可比的，主要归因于电解质的酸度。因此，所有获得的耐腐蚀性数据最好以图形方式呈现为所有研究材料的样本曲线拟合的范围。在酸性电解质（pH =2.0÷3.0）中，所有材料纳米粉体都迅速溶解。例如，在 T 3 小时后 =323 K，硼化物溶解度为15.6-9.5%； 24 小时后，38.2–31.0%； 240 小时后，89.9–75.1%。类金属碳化物的纳米粉体具有稍高的耐腐蚀性；分别在 24、120 和 360 小时后达到与相应硼化物相似的溶解度。所有材料的耐腐蚀性能随温度升高而下降。这应该是由于随着温度的升高，所研究的纳米材料与电解质酸之间的反应速率增加所致。

锆、钛、钒、铬、钼和钨的硼化物纳米粉体在不同酸度的电解质溶液中不溶残留率的面积取决于温度和暴露时间τ =1-3 小时、2-24 小时、3-240 小时

硅、锆、钛、钒、铬、钼和钨的碳化物纳米粉末在不同酸度的电解质溶液中的不溶残留率面积取决于暴露时间和温度τ =1-3 小时、2-24 小时、3-120 小时、4-360 小时

对于所有正在研究的纳米材料，溶解过程中比表面积的增加也是一个特征。对于相同的颗粒形状，他们通过实验发现比表面积从 2000 m ² /kg 处理前高达 10,000 m ² /kg 之后，主要表现出溶解过程的分层性质。唯一的例外是碳化硅纳米粉体，在整个研究的 pH 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的硼化物和碳化物溶解动力学曲线如图 3 所示。由所得结果计算的诱导期（即，原始颗粒材料的一半被溶解的时间）溶解），使用 pH 2.5 电解质，硼化物在 32÷49 小时内，碳化物在 68÷88 小时内； pH =3.0 电解质，分别为 92÷112 小时和 138÷167 小时；在 pH =5.0 的电解质中，它们实际上是无限的。粗粉的动力学参数与已知数据的比较表明，纳米粉的溶出率提高了3-5倍。

硼化物纳米粉体的溶解度值区域 (a ) 和碳化物 (b ) 电解质溶液中的锆、钛、钒、铬、钼和钨：T =323 K；电解液 pH 值—2.5 (1 ), 3.0 (2 ), 3.5 (3 ) 和 5.0 (4 )

因此，锆、钛、钒、铬、钼、钨的硼化物和碳化物在各组化合物的电解液中的耐腐蚀性能相似，主要由介质的酸度决定，其中纳米粉体的溶解速率明显高于对于粗粒材料[1]，可以认为是尺寸效应的表现形式之一。在较小程度上，后者在几乎所有研究的 pH 范围内的碳化硅纳米粉末的溶解过程中表现出来。因此，硼化物和类金属碳化物纳米粉体可用于弱酸或弱碱性电解质复合增强过程，碳化硅可用于任何酸性电解质的复合增强过程。

结论

1. 1.

   结果表明，用于碳化硅纳米粉末以及锆、钛、钒、铬、钼和钨的硼化物和碳化物的标准镀镍电解液的耐腐蚀性取决于电解液的酸度、温度和治疗时间。

2. 2.

   发现所研究化合物的耐腐蚀性值由电解质的酸度决定。相反，注意到纳米粉末在酸性电解质（pH =2.0…3.0）中的快速溶解，在 240 小时后达到 75…90%，并随着温度的升高而加速。

3. 3.

   碳化硅纳米粉体具有高耐腐蚀性；在整个研究的 pH 值（2.0-5.0）和温度（295-353 K）范围内，其溶解度不超过 8-12%。

缩写

CEP：

复合电化学涂层