سنتز و بررسی ویژگی‌های پوشش b4c بر روی سطح کربن به روش نمک مذاب با هدف کاربرد در دیرگدازهای اکسید-کربن

دیرگدازهای اکسید- کربن به واسطه خواص ایده‌آل خود کاربرد ویژه ای در صنایع آهن و فولاد پیدا نموده‌اند. استفاده از فاز کربنی نظیر گرافیت و کربن سیاه در این نوع دیرگدازها باعث افزایش مقاومت به خوردگی در برابر سرباره و همچنین بهبود خواص ترمومکانیکی دیرگداز میگردد. اما مقاومت اکسیداسیونی فاز کربنی یکی از مشکلات اصلی در دیرگدازهای اکسید-کربن است که تاکنون تلاش‌های زیادی در کاهش میزان اکسیداسیون و بهبود خواص آن انجام شده است که میتوان به استفاده از انواع آنتی اکسیدان‌ها اشاره نمود. یکی دیگر از راهکارهای معرفی شده، بررسی امکان ایجاد پوششی از ترکیبات اکسیدی، کاربیدی و حتی نیتریدی بر روی سطح کربن است تا بتوان خواصی همچون قابلیت ترشوندگی آن با هدف استفاده در جرم‌های ریختنی سیستم اکسید-کربن و به طبع آن افزایش مقاومت به اکسیداسیون را موجب شد. استفاده از روشهای آسان و ارزان قیمت با راندمان بالا نظیر سنتز پوششهای کاربیدی به‌کمک بستر نمک مذاب یکی از راه حل‌های پیشنهاد شده است که در خصوص ترکیبات اکسیدی و کاربیدی بسیار مناسب است. در تحقیق حاضر پوشش b4c به روش نمک مذاب بر روی سطح کربن با هدف کاربرد در دیرگدازهای اکسید-کربن مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. سنتز b4c با استفاده از b2o3 در بستر نمک mgcl2 در محدوده دمایی c 950-1150 انجام شده و ویژگیهای پوشش ایجاد شده با تغییر پارامترهایی نظیر نسبت b2o3/c و دمای سنتز مورد ارزیابی قرار گرفته است. بمنظور ارزیابی فازی و ریزساختاری بکمک xrd و sem/edx و رفتار کربن پوشش داده شده، از تست پتانسیل زتا و آزمایش ترشوندگی کمک گرفته شده است. نتایج نشان داد با افزایش نسبت مولی b2o3/c و همچنین دمای سنتز، مقدار پوشش b4c تشکیل شده بر روی سطح کربن در اثر انحلال b2o3 در نمک مذاب و واکنش میان یون‌های بور و اتمهای کربن افزایش یافته و بهبود کیفیت پوشش از لحاظ ضخامت نیز قابل مشاهده است. نتایج حاصل از آزمایش پتانسیل زتا و ترشوندگی نیز تاکید کننده این امر است. با توجه به عدم انحلال کربن در نمک مذاب و واکنش یون‌های b با اتم های کربن بر روی سطح کربن سیاه می‌توان گفت که سازوکار تشکیل b4c روی سطح ذرات کربن از نوع مکانیزم رشد الگودار است و در پایان نیز فرآیند ایجاد پوشش به‌ منظور درک بهتر بصورت شماتیکی بیان شده است.

Synthesis and evolution of B4C coating on carbon particles by molten salt method for application in oxide-C refractories

Oxide-carbon refractories have found special application in the iron and steel industries due to their ideal properties. The use of carbon phase such as graphite and carbon black in this type of refractory increases the corrosion resistance against slag and also improves the thermomechanical properties of the refractory. However, the oxidation resistance of the carbon phase is one of the main problems in carbon oxide refractories. So far, many efforts have been made to reduce the oxidation rate and improve its properties, which can be referred to the use of various antioxidants. Another solution is to investigate the possibility of creating a coating of oxide, carbide and even nitride compounds on the carbon surface in order to have properties such as its wettability with the aim of being used in cast oxide-carbon system castings and thus increase oxidation resistance. The use of easy and inexpensive methods with high efficiency such as the synthesis of carbide coatings with the help of molten salt bed is one of the proposed solutions that is very suitable for oxide and carbide compounds.In this study, B4C coating was created by the method of synthesis of molten salt on carbon black particles. Synthesis was performed using MgCl2 salt at temperatures of 950-1150℃. The effects of B2O3/C molar ratio and synthesis temperature has been considered. XRD and SEM/EDS techniques were used for phase and microstructural analysis and wetting behavior of coated particles were analyzed sequestration behavior and zeta potential test. According to the results, it seems that with increasing the molar ratio of B2O3/C and also the synthesis temperature, the amount of B4C coating increases and the surface of black carbon particles is better covered by B4C coating, which the results of zeta potential and wettability emphasize. Due to the non-dissolution of carbon black in molten salt and the reaction of boron ions with carbon atoms on the surface of carbon black, it can be said that the mechanism of B4C formation on the surface of carbon particles is a patterned growth mechanism.