外电场增强ZrO2-C渣线耐腐蚀机制研究：不同CaO/SiO2保护渣下的性能调控与机理分析

《Journal of Materials Science & Technology》：External electric field enhanced corrosion resistance mechanism of ZrO 2-C slag-line under mold flux with different CaO/SiO 2

本文系统研究了外电场对不同碱度（CaO/SiO2）保护渣中ZrO2-C渣线耐腐蚀性能的调控机制。研究发现，电场通过抑制负极脱碳、电解界面富硅层等途径显著提升耐腐蚀性，为连铸工艺中功能耐火材料的寿命延长提供了创新性解决方案。

　　

章节亮点

渣线脱碳的宏观形貌

脱碳实验后，通过切割机获取渣线冷却后的横截面形貌，结果如图2所示。图中黑色区域为渣线原始形貌，而白色区域的石墨发生溶解或反应，即脱碳现象。由图可见，无论是否施加外电场，渣线均出现脱碳。正极和负极的脱碳区域面积均随电压强度增加而扩大，但负极的脱碳程度明显低于正极。这表明电场通过调控石墨活性，对脱碳行为产生选择性抑制。

耐腐蚀机制解析

ZrO₂-C渣线的腐蚀主要归因于石墨溶解和ZrO₂颗粒与保护渣的反应。本研究中外电场提升耐腐蚀性的机制主要涉及石墨活性降低和硅保护层的形成。在低碱度保护渣中，高浓度的SiO₄^4?离子是提升耐腐蚀性的关键——电场通过电解作用在界面形成富硅屏障层；而在高碱度条件下，电场主要通过抑制脱碳行为发挥保护作用。此外，保护渣在渣线表面的黏附性与周围Ca²⁺浓度密切相关，高浓度Ca²⁺可促进CaZrO₃壳层形成。

研究结论

本文系统探讨了外电场对ZrO₂-C渣线脱碳行为与耐腐蚀性的影响，重点分析了电场在不同碱度保护渣中调控界面行为的作用机制。通过微观结构和相图演化分析，明确了电场通过抑制脱碳、调控离子迁移与界面反应等多路径协同提升渣线服役性能的机理，为连铸工艺中功能耐火材料的优化设计提供了理论依据。