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作为第三代永磁材料,钕铁硼永磁合金具有优异的磁学性能、优良的机械加工特性且价格相对适中.然而,永磁合金富含稀土元素钕,化学性质活泼且钕铁硼永磁合金多由烧结工艺制备,合金质地疏松、表面和内部存在大量毛细微孔,使其在湿热环境中极易形成不同形式的微电池造成严重的电化学腐蚀,很大程度的限制了其使用范围.本课题综合分析了钕铁硼永磁材料的腐蚀机理和近年来的表面防护工作,并将等离子喷涂技术应用于钕铁硼永磁材料的表面防护领域,并通过在其表面制备Al2O3基陶瓷涂层,提高其耐腐蚀性能. 本课题选取等离子喷涂工艺中的喷涂电压、喷涂电流、主气流量和喷涂距离作为工艺参数的因素变量,各因素取三个特征水平进行正交试验设计.试验内容包括试样涂层平均显微硬度测定与分析,涂层结合强度测定与分析,涂层的表面、截面形貌观察及X射线衍射图谱(XRD)分析,涂层盐雾腐蚀宏观形貌评定,涂层在10% HCl溶液、天然水中和 10% NaOH 溶液的腐蚀速率测定与分析和动电位极化曲线绘制与分析. 结果表明: (1)显微硬度测量测定与分析:各试样的平均显微硬度均在790 HV0.3以上,最高可达900 HV0.3以上,与基体材料相比显微硬度显著提高.通过正交试验分析,所选因素对涂层硬度具有显著影响,影响强度为 A(喷涂电压)＞B(喷涂电流)＞C (主气流量)＞D(喷涂距离),强度比约为3.5∶2∶2∶1. (2)涂层结合强度测定与分析:试样的平均结合强度均在30 N以上,最高可达40 N 以上.涂层与基体材料结合界面强度均匀,工艺稳定,每组标准差均小于 1.5.所选四个因素对涂层结合强度影响的主次规律为 A(喷涂电压)＞D(喷涂距离)＞B (喷涂电流)＞C(主气流量),强度比约为2∶1.25∶1.25∶1. (3)涂层的表面、截面形貌及XRD物相分析:涂层主要有三种物相组成,分别为灰色条带的Al2O3和TiO2的互溶区,即富Al2TiO5区,浅白色条带的富TiO2区,灰黑色条带的富Al2O3区,其中富TiO2与富Al2O3部分相互溶解,使涂层的内聚合强度提高.TiO2的掺杂很好抑制γ-Al2O3在喷涂过程中的形核速率,延缓α-Al2O3向γ-Al2O3物相的转变过程,使晶粒细化并出现非晶组织,使得涂层的硬度及耐腐蚀性提高. (4)盐雾腐蚀宏观形貌评定:利用3.5±0.2wt%的NaCl溶液对试样进行连续喷雾,并对250 h后涂层的宏观形貌,按照表面缺陷百分比进行腐蚀评级,试验最佳参数下的涂层可达10级,说明涂层具有优异的耐腐蚀性能. (5)试样在酸性介质、天然介质和碱性介质中腐蚀速率测定与分析:试验最佳参数下的失重速率分别为 2.981×10-3 g/cm2?h 、0.374×10-4 g/cm2?h和1.725×10-3 g/cm2?h.所选四个因素对涂层在酸碱环境中腐蚀失重速率影响的主次规律相同,为A(喷涂电压)＞D(喷涂距离)＞B(喷涂电流)＞C(主气流量).但在天然介质中影响的主次规律为D(喷涂距离)＞A(喷涂电压)＞B(喷涂电流)＞C(主气流量).所选四个因素对涂层在酸碱环境中腐蚀失重速率影响的主次规律相同,其主要原因是失重机理相同,均为涂层中所含的γ-Al2O3单相与H+和(OH)-反应形成游离态的Al3+和(AlO2)-,腐蚀失重速率不同的原因为Al2O3与(OH)-反应先生成Al(OH)3胶体,继而继续发生反应形成游离态(AlO2)-离子,胶体产生对腐蚀失重速率有一定的阻碍作用. (6)动电位极化曲线绘制与分析:通过在3.5wt% NaCl溶液的电化学试验对试样的电极反应特征进行测定,试样中的最优组的自腐蚀电位为-380 mV,腐蚀电流为0.0010mA?cm-2.所选四个因素对涂层在3.5wt% NaCl溶液中耐腐蚀影响的主次规律与在酸碱环境中的失重速率规律相同,为 A(喷涂电压)＞D(喷涂距离)＞B(喷涂电流)＞C(主气流量),强度比约为4∶1.25∶1∶1. (7)所有正交试验结果分析表明,在所选因素水平区间内涂层耐腐蚀性能的最佳喷涂工艺参数组合为喷涂电压48 V、喷涂电流450 A、主气流量为2300 L/h、喷涂距离115 mm.