【摘 要】
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烧结NdFeB磁体作为第三代稀土永磁材料,具有高磁性能,被广泛应用到各个领域。但是由于其自身为多相结构且各相之间电位差差异较大,容易发生电化学腐蚀,从而限制了其发展。因此,如何提高烧结NdFeB磁体的耐腐蚀性能成为这一领域的关注重点。金属镀层被广泛应用在NdFeB磁体表面防护领域,但是Zn、Al等是活泼金属,如果未对其表面进行处理,会与空气中的水、氧气发生反应。钝化是一种通过增强表面密度提高耐蚀性
【基金项目】
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北京矿冶科技集团有限公司重点基金 (20190898000002); 安徽省重点研究与开发计划(202004a05020048,202004a05020051);
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烧结NdFeB磁体作为第三代稀土永磁材料,具有高磁性能,被广泛应用到各个领域。但是由于其自身为多相结构且各相之间电位差差异较大,容易发生电化学腐蚀,从而限制了其发展。因此,如何提高烧结NdFeB磁体的耐腐蚀性能成为这一领域的关注重点。金属镀层被广泛应用在NdFeB磁体表面防护领域,但是Zn、Al等是活泼金属,如果未对其表面进行处理,会与空气中的水、氧气发生反应。钝化是一种通过增强表面密度提高耐蚀性能的方法,铬酸盐,包括三价铬和六价铬,由于操作简单、生产成本低和较强的耐腐蚀性能,曾被广泛应用于金属表面防护。然而,钝化过程中产生的气溶胶和废水对生物和环境都有严重的危害,因此,开发新型环保型无铬钝化工艺具有重要的意义。本文针对烧结NdFeB磁体表面真空蒸镀Al和电镀Zn两种金属镀层开展绿色-无铬钝化工艺探讨,分析不同钝化工艺对金属镀层表面成分、结构及耐腐蚀性能的影响,研究钝化层提高金属镀层耐腐蚀性能的作用机理,主要研究工作如下:1.采用气相磷化的方法对烧结NdFeB磁体表面的真空蒸镀Al表面进行钝化处理,进行了钝化层形成机理及耐蚀性能研究。采用X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对镀层表面成分、结构、形貌进行表征,采用盐雾测试实验、增重实验对样品的耐腐蚀性能进行分析,采用动电位极化曲线和阻抗测试分析样品的腐蚀速率,通过分析样品在3.5 mass%Na Cl溶液中浸泡不同时间后的表面形貌、成分和动电位极化曲线,研究磷化钝化样品的腐蚀过程和腐蚀机理。结果表明,采用气相磷化法可实现Al镀层表面的磷化钝化,从而有效提高Al镀层的耐腐蚀性能。当磷化温度为300℃时,Al(P-300)/NdFeB磁体具有最高的耐腐蚀性能,盐雾实验时间能从钝化前的96 h提高到288 h。Al(P)/NdFeB表面磷化钝化膜和高温致密化的协同作用导致其耐腐蚀性能的提升。2.采用液相法在镀Zn NdFeB磁体表面制备稀土Ce盐钝化层,研究了稀土Ce盐浓度对Zn/NdFeB磁体耐腐蚀性能的影响。分别采用X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对钝化层的成分及分布、相结构及形貌进行了表征,分析了钝化层的形成机理,采用动电位极化曲线、电化学阻抗、中性盐雾实验和增重实验评估其耐腐蚀性能。结果表明,镀Zn层表面的钝化层主要是由Ce的氧化物和氢氧化物组成,最优化的Zn(Ce-5)/NdFeB磁体的盐雾时间能够达到360 h,与未钝化样品相比,延长了144 h。稀土Ce盐钝化能够明显增强Zn/NdFeB磁体的耐蚀能力。3.对比分析了稀土Ce盐钝化和Cr3+钝化对烧结NdFeB磁体Zn镀层的防护能力,并研究了两种钝化层的腐蚀机理。采用X射线光电子能谱仪分析了样品的表面成分,采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层成分、形貌和相结构进行了研究,通过极化曲线、电化学阻抗谱、中性盐雾实验和增重实验研究了样品的耐蚀性能,通过分析样品经不同时间盐雾实验后的表面形貌、成分和动电位极化曲线,研究钝化样品的腐蚀过程和腐蚀机理。结果表明,稀土Ce盐钝化效果略弱于Cr3+钝化。经Ce盐钝化后,样品耐盐雾实验时间达到432 h,比Cr3+钝化的528 h略低,但明显高于未钝化Zn/NdFeB磁体。4.采用液相法对烧结NdFeB磁体表面电镀Zn层进行有机-无机复合钝化,分析硅烷添加量对Ce盐钝化层微观结构的影响,进而研究复合钝化镀Zn磁体的耐腐蚀性能和腐蚀机理。采用X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对样品成分及分布、相结构及形貌进行表征,采用极化曲线、电化学阻抗谱、中性盐雾实验和增重实验研究了样品的耐蚀性,通过分析样品经不同时间盐雾实验后的成分、表面形貌和动电位极化曲线研究钝化样品的腐蚀过程和腐蚀机理。结果表明,在Ce盐钝化液中加入适量的硅烷,能够形成含高浓度Ce的钝化膜,最优化的Zn(CS-1)/NdFeB盐雾时间能够达到840 h,约为Ce盐钝化膜盐雾时间的2倍,进一步提高了Zn/NdFeB的耐腐蚀性能。
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