燒結(jié)型NdFeB永磁體表面功能性膜層的制備及性能研究.pdf

1、第三代稀土釹鐵硼(NdFeB)永磁體因其高的飽和磁通量、矯頑力、磁能積(BH)max、良好的機械加工特性和相對低廉的價格，在聲學、航空、電子、自動化、生物和通訊等許多領(lǐng)域得到廣泛應用。但NdFeB永磁體的耐腐蝕性能非常差，在腐蝕介質(zhì)或潮濕環(huán)境中易形成腐蝕原電池，使磁體組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導致磁性能下降乃至最終粉化，嚴重阻礙和限制了其在眾多領(lǐng)域的廣泛應用?？垢g性能已經(jīng)成為評價NdFeB永磁體應用性能的關(guān)鍵指標，因此提高NdFeB永磁體在

2、實際應用環(huán)境中的耐腐蝕性能具有十分重要的意義。迄今為止所報道的關(guān)于燒結(jié)型NdFeB永磁體表面腐蝕保護膜層的研究主要側(cè)重于工藝研究及其短期耐腐蝕性能測試，而對膜層在實際腐蝕環(huán)境中的腐蝕保護能力的長期跟蹤測試、膜層電化學腐蝕行為變化、失效機理方面的探討則鮮有報道。膜層對NdFeB磁體長期的腐蝕保護性能研究對于該磁體的廣泛應用更具有指導意義。
　　 本文在研究和借鑒近年來國內(nèi)外有關(guān)燒結(jié)型NdFeB永磁體及其它金屬材料腐蝕研究方法的基礎(chǔ)

3、上，通過大量的正交試驗，在燒結(jié)型NdFeB永磁體表面制備出多種具有優(yōu)異耐腐蝕性能的膜層，并利用電化學極化、電化學阻抗譜和浸泡等測試跟蹤膜層在實際腐蝕環(huán)境對永磁體的腐蝕保護能力的變化，分析和探討了膜層的電化學腐蝕行為及失效機理。本論文通過電沉積和溶膠凝膠技術(shù)相結(jié)合的方法，首次制備了封孔的Ni-TiO2復合膜層、Ni-Co合金鍍層、Ni-Co-TiO2合金復合鍍層和硅烷處理的Zn-TiO2梯度膜層。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 (

4、1)以環(huán)境友好和操作工藝相對簡易為前提，結(jié)合溶膠凝膠技術(shù)及脈沖電沉積技術(shù)，在燒結(jié)型NdFeB永磁體表面制備了密封的Ni-TiO2復合膜層(SCC)。作為對比，對未封孔的Ni-TiO2復合膜層(UCC)也做了相應研究。電化學阻抗和極化測試結(jié)果表明SCC具有比UCC更為優(yōu)異的耐腐蝕性能，能夠為燒結(jié)型NdFeB永磁體提供更好的腐蝕保護。為了更深入研究SCC對永磁體的實際保護性能，采用電化學阻抗譜技術(shù)測試及分析了SCC在中性3.5 wt.％Na

5、Cl腐蝕介質(zhì)長期浸泡過程中耐腐蝕性能的變化及失效機理。浸泡實驗結(jié)果顯示，SCC的電化學腐蝕行為分三個階段。第一階段是浸泡時間1 h到240 h，這一階段觀察到三個部分重疊的時間常數(shù)，此時SCC的阻抗模值|Z|仍然非常高，說明此階段膜層可以對基體提供優(yōu)異的腐蝕保護。第二階段是浸泡時間240 h到264 h，該階段觀察到兩個明顯的時間常數(shù)，且SCC的阻抗模值|Z|急劇下降，但SCC仍然對基體提供了良好的保護。第三階段是浸泡時間達到288 h

6、，此階段只觀察到一個明顯的時間常數(shù)，同時SCC的阻抗模值|Z|下降更多，表明SCC對基體的腐蝕保護作用已經(jīng)消失。
　　 (2)應用電沉積技術(shù)在燒結(jié)型NdFeB永磁體表面制備了耐腐蝕性能優(yōu)異的Ni-Co合金鍍層。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、能量散射譜(EDS)、X射線衍射(XRD)、動電位極化曲線、電化學阻抗譜(EIS)和浸泡腐蝕等測試手段表征該合金鍍層的微觀結(jié)構(gòu)、形貌及耐腐蝕性能。微觀結(jié)構(gòu)分析表明，Ni-Co合金鍍層是溶質(zhì)原子

7、(Co原子)占據(jù)溶劑(Ni原子)晶格中的結(jié)點位置而形成的置換固溶體(fcc)；Ni基質(zhì)金屬中Co元素的添加，導致了Ni基質(zhì)金屬的擇優(yōu)取向從(200)晶面變?yōu)?111)晶面。表面形貌測試說明，由于Ni-Co合金鍍層晶粒發(fā)生細化，所以具有比純鎳鍍層更為致密的形貌；動電位測試結(jié)果顯示，Ni-Co合金鍍層具有比純鎳鍍層更正的腐蝕電位(Ecorr)，更小的腐蝕電流密度(icorr)；EIS的長期浸泡實驗結(jié)果表明該合金鍍層在浸泡576 h后對基體仍

8、具有良好的腐蝕保護能力，而純鎳鍍層在浸泡144 h小時后，其腐蝕保護能力已經(jīng)喪失。這進一步揭示了Ni-Co合金鍍層比純鎳鍍層有更好的耐腐蝕性能。
　　 (3)為了進一步擴大燒結(jié)型NdFeB永磁體使用范圍，本論文運用復合電沉積方法在燒結(jié)型NdFeB永磁材料表面制備了Ni-Co-TiO2復合鍍層。通過EIS和電化學極化測試研究了該鍍層在0.5 mol L-1 H2SO4，0.6 mol L-1 NaOH，0.6 mol L-1 Na

9、2SO4和中性的3.5 wt.％NaCl腐蝕介質(zhì)中的電化學腐蝕行為。實驗結(jié)果表明，該復合鍍層在多種腐蝕介質(zhì)中對永磁體均具有良好的腐蝕保護性能。為了更深入研究該鍍層的腐蝕保護能力及實用性，本文采用EIS研究了Ni-Co-TiO2合金復合鍍層在中性3.5 wt.％NaCl腐蝕介質(zhì)長期浸泡過程中的電化學腐蝕行為變化及其原因。長期浸泡實驗結(jié)果揭示了在3.5 wt.％NaCl腐蝕環(huán)境中該復合鍍層能夠為燒結(jié)型NdFeB永磁體提供長期腐蝕保護的原因：

10、Ni-Co-TiO2復合鍍層表面生成了鈍化膜。
　　 (4)以環(huán)境友好、操作工藝相對簡化和降低工藝成本為前提，結(jié)合溶膠凝膠技術(shù)和電沉積技術(shù)，在燒結(jié)型NdFeB永磁體表面制備了具有機械隔離和電化學保護的雙重腐蝕保護作用的膜層，即陽極性Zn-TiO2/硅溶膠梯度膜層(TZT)。利用電化學阻抗譜和極化測試研究了TZT在中性3.5 wt.％NaCl腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性能。為了進一步研究TZT的耐腐蝕性能，在中性3.5 wt.％NaCl腐