Al粉、Si粉复合低碳稳定镁钙材料的抗氧化性

doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2021.05.012

耐火材料 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (5): 430-434.DOI: 10.3969/j.issn.1001-1935.2021.05.012

Al粉、Si粉复合低碳稳定镁钙材料的抗氧化性

高正霞(), 陶梦雅, 刘伟, 孟维, 马成良(), 钟香崇

郑州大学材料科学与工程学院河南省高温功能材料重点实验室河南郑州 450052

收稿日期:2021-07-15 出版日期:2021-10-15 发布日期:2021-10-25
通讯作者: 马成良,男,1967 年生,博士,教授。 E-mail: machengliang@zzu.edu.cn
作者简介:高正霞:女,1997年生,硕士研究生。E-mail: gzx1909275216@163.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51472220,51872265)

Oxidation resistance of Al/Si composite low-carbon stabilized MgO-CaO materials

Gao Zhengxia(), Tao Mengya, Liu Wei, Meng Wei, Ma Chengliang(), Zhong Xiangchong

Henan Key laboratory of High Temperature Functional Ceramics,School of Materials Science and Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,Henan,China

Received:2021-07-15 Online:2021-10-15 Published:2021-10-25
Contact: Ma Chengliang

摘要/Abstract

摘要：

为提高耐火材料资源的综合利用率,以自制的稳定镁白云石合成料、电熔镁砂、Al粉、Si粉和鳞片石墨为原料,制备了Al粉、Si粉复合低碳稳定镁钙试样,研究了Al粉和Si粉复合低碳稳定镁钙材料的抗氧化性能,并探究了材料的抗氧化性能与物相组成和显微结构之间的关系。结果表明:1)加入金属Al粉和Si粉的抗氧化机制表现为明显的保护性氧化。2)1 000和1 500 ℃各氧化3 h后,未加入Al粉、Si粉的试样完全氧化。含Al粉、Si粉的试样氧化层厚度减小,抗氧化性提高。加入Al粉可有效地提高材料的抗氧化性,Al粉的最适宜加入量为4%(w),仅加入Si粉的试样氧化层厚度变化不明显。综合分析,最优配比为Al粉与Si粉均加入4%(w)。3)Al粉、Si粉氧化后分别生成的Al₂O₃和SiO₂,与材料中的方镁石和硅酸钙反应生成镁铝尖晶石、镁硅钙石(镁蔷薇辉石)和钙镁橄榄石等物相,使材料的内部结构更加致密,提高了材料的抗氧化性能。

关键词: Al粉, Si粉, 稳定镁白云石, 抗氧化性

Abstract:

In order to improve the comprehensive utilization of refractory resources,the self-made stabilized magnesia dolomite composite material,fused magnesia,Al powder,Si powder,and flake graphite were used as raw materials to study the oxidation resistance of Al/Si composite low-carbon stabilized MgO-CaO materials,and to explore the relationship among the oxidation resistance,the phase composition and the microstructure.The results show that:(1)the oxidation mechanism of materials with Al/Si powder is obviously protective oxidation;(2)after oxidizing at 1 000 and 1 500 ℃ for 3 h respectively,the specimens without Al/Si powder are completely oxidized;the oxide layer thickness of the specimens with Al/Si powder reduces,and the oxidation resistance improves;the addition of Al powder can effectively improve the oxidation resistance of the material,the optimal Al powder addition is 4 mass%;the oxide layer thickness of the specimens with only Si powder does not change significantly.Comprehensive analysis shows that the optimal ratio is 4 mass% for Al powder or Si powder;(3)Al₂O₃ and SiO₂ are generated after oxidation of Al/Si powder,which react with periclase and calcium silicate in the material to form magnesium aluminate spinel,merwinite (magnesite pyroxene),monticellite,etc.,densifying the materials and enhancing the oxidation resistance.

Key words: aluminum powder, silicon powder, stabilized magnesia dolomite, oxidation resistance

中图分类号:

TQ175

高正霞, 陶梦雅, 刘伟, 孟维, 马成良, 钟香崇. Al粉、Si粉复合低碳稳定镁钙材料的抗氧化性[J]. 耐火材料, 2021, 55(5): 430-434.

Gao Zhengxia, Tao Mengya, Liu Wei, Meng Wei, Ma Chengliang, Zhong Xiangchong. Oxidation resistance of Al/Si composite low-carbon stabilized MgO-CaO materials[J]. Refractories, 2021, 55(5): 430-434.

图/表 9

表1 稳定镁白云石合成料和电熔镁砂的化学组成

Table 1 Chemical composition and physical properties of starting materials

原料	w/%
原料	MgO	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃
稳定镁白云石合成料	54.57	30.63	12.51	1.37	0.92
电熔镁砂	97.71	0.92	0.46	0.32	0.57

表2 试样配比

Table 2 Formulations of specimens

原料		w/%
原料		A0S0	A4S0	A4S2	A4S4	A4S6	A0S4	A2S4	A6S4
稳定镁白云石合成料	5~3 mm	18	18	18	18	18	18	18	18
	3~1 mm	32	32	32	32	32	32	32	32
	≤1 mm	12	12	12	12	12	12	12	12
电熔镁砂(<0.088 mm)		36	32	30	28	26	32	30	26
Al 粉		0	4	4	4	4	0	2	6
Si 粉		0	0	2	4	6	4	4	4
鳞片石墨		2	2	2	2	2	2	2	2
酚醛树脂(外加)		4	4	4	4	4	4	4	4

图1 1 000和1 500 ℃烧后试样的氧化层厚度

Fig.1 Thickness of oxidized layers after treating at 1 000 ℃ and 1 500 ℃

图2 试样的质量变化率随温度的变化

Fig.2 Change curve of mass change rate of specimen with heat treatment temperature

图3 试样在1 500 ℃保温过程中的质量变化率

Fig.3 Mass change rate of specimens treated at 1 500 ℃

图4 试样 A4S0 氧化层的物相组成

Fig.4 Phase composition of oxidized layer of specimen A4S0

图5 试样A4S0氧化后表面的显微结构

Fig.5 Microphotographs of specimen A4S0 surface after oxidation

图6 试样 A4S0 氧化层和过渡层的显微结构

Fig.6 SEM photographs of oxidized layer and intermediate layer of specimen A4S0

图7 不同Al粉添加量试样氧化层的显微结构

Fig.7 SEM photographs of oxidized layer of specimens with different additions of Al powder

参考文献 16

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Oxidation resistance of Al/Si composite low-carbon stabilized MgO-CaO materials

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