Senz Magnet - Globalni proizvođač materijala za trajne magnete & Dobavljač više od 20 godina.
Je li Ndfeb magnet sklon koroziji u vlažnim ili kiselim okruženjima? Koliko se otpornost na koroziju može poboljšati uobičajenim postupcima površinske obrade (kao što su niklanje, epoksidni premaz)?
1. Osjetljivost NdFeB magneta na koroziju
Neodimijski željezo-bor (NdFeB) magneti, iako poznati po svojoj iznimnoj magnetskoj snazi, inherentno su osjetljivi na koroziju u vlažnim ili kiselim okruženjima. Ova osjetljivost proizlazi iz njihove mikrostrukture i elementarnog sastava:
- Mikrostrukturna ranjivost NdFeB magneti sastoje se od matrice Nd₂Fe₁₄B zrna odvojenih granicama zrna bogatim neodimijom (Nd). Ove granice zrna su termodinamički nestabilne i sklone oksidaciji, posebno u prisutnosti vlage ili kiselih tvari.
- Elektrokemijska aktivnost Visoka reaktivnost neodimija (standardni elektrodni potencijal od -2,43 V) čini ga osjetljivim na anodno otapanje u korozivnim okruženjima. U vlažnim uvjetima, molekule vode se adsorbiraju na površinu magneta, tvoreći vodljivi elektrolit koji olakšava elektrokemijsku koroziju. Kisela okruženja ubrzavaju taj proces snižavanjem pH vrijednosti, povećavajući koncentraciju vodikovih iona (H⁺) koji napadaju površinu magneta.
- Galvanska korozija Kada su NdFeB magneti u kontaktu s različitim metalima (npr. čelična kućišta u motorima), može doći do galvanske korozije. Plemenitiji metal (npr. čelik) djeluje kao katoda, dok NdFeB magnet služi kao anoda, što dovodi do ubrzane lokalizirane korozije.
Eksperimentalni dokazi :
- Neobloženi NdFeB magneti otkazuju unutar nekoliko sati u testovima slane magle (ASTM B117), koji simuliraju vlažna, slana okruženja. Ova brza korozija pripisuje se stvaranju neodimijevih oksida i hidroksida, koji se ljušte, izlažući svježi metal daljnjem napadu.
- U kiselim otopinama (npr. 5% HCl), NdFeB magneti pokazuju brzinu korozije do 100 µm/godini, znatno više nego kod nehrđajućeg čelika (0.1–1 µm/godini). Produkti korozije uključuju NdCl₃, FeCl₂ i B₂O₃, koji se otapaju u kiselini, potičući proces razgradnje.
2. Postupci površinske obrade za poboljšanje otpornosti na koroziju
Kako bi se ublažila korozija, NdFeB magneti podvrgavaju se raznim površinskim tretmanima koji stvaraju zaštitne barijere, izoliraju magnet od korozivnih medija i poboljšavaju dugotrajnu izdržljivost. Najčešće metode uključuju niklanje, epoksidni premaz i kompozitne tretmane.
A. Niklanje (Ni-Cu-Ni višeslojni sustav)
Niklanje je najčešće korištena površinska obrada za NdFeB magnete zbog izvrsne otpornosti na koroziju, mehaničke izdržljivosti i isplativosti. Tipičan višeslojni Ni-Cu-Ni sustav sastoji se od:
- Nikalni podsloj (4–5 µm) Omogućuje prianjanje na površinu magneta i djeluje kao barijera protiv difuzije bakra u podlogu.
- Bakreni međusloj (5–10 µm) Smanjuje poroznost u niklnom premazu popunjavanjem mikrodefekata, povećavajući otpornost na koroziju.
- Nikalni gornji sloj (8–10 µm) : Pruža gustu, zaštitnu barijeru protiv vlage i kemikalija. Gornji sloj je često polusjajni ili sjajni nikal, koji nudi dodatna dekorativna i otporna svojstva.
Poboljšanje otpornosti na koroziju :
- U testovima slane magle, Ni-Cu-Ni obloženi NdFeB magneti pokazuju otpornost na koroziju od 500–1000 sati prije pojave crvene hrđe, u usporedbi s <24 sati za neobložene magnete. Ovo predstavlja 20–40x poboljšanje u trajnosti.
- Višeslojna struktura smanjuje vjerojatnost korozije u obliku rupica, što je čest način kvara kod jednoslojnih premaza. Bakreni međusloj djeluje kao žrtvena anoda, štiteći temeljni nikal u slučaju lokalnog oštećenja premaza.
- Niklanje također poboljšava otpornost magneta na plinove koji sadrže sumpor (npr. H₂S), koji mogu uzrokovati tamnjenje i degradaciju kod neobloženih magneta.
B. Epoksidni premaz
Epoksidni premazi su termoreaktivni polimeri koji pružaju iznimnu kemijsku otpornost, toplinsku stabilnost i trajnost u uvjetima okoliša. Široko se koriste u pomorstvu, automobilskoj industriji i industriji gdje su NdFeB magneti izloženi teškim uvjetima.
Ključne značajke :
- Kemijska otpornost Epoksidni premazi otporni su na kiseline (npr. HCl, H₂SO₄), lužine (npr. NaOH) i organska otapala (npr. aceton, etanol). Zbog toga su idealni za upotrebu u postrojenjima za kemijsku preradu ili na naftnim i plinskim platformama na moru.
- Termička stabilnost Visokotemperaturni epoksidni premazi mogu izdržati kontinuirane radne temperature do 200°C i vršne temperature 380°C bez degradacije. To premašuje maksimalnu radnu temperaturu većine vrsta NdFeB magneta (npr. N-vrste: 80°C, AH-klasa: 230°C).
- Otpornost na slanu maglu NdFeB magneti obloženi epoksidom mogu izdržati >1000 sati u testovima slane magle bez korozije, nadmašujući poniklane magnete u morskim okruženjima.
- Mehanička svojstva Epoksidni premazi su tvrdi, otporni na abraziju i udarce, štiteći magnet od fizičkih oštećenja tijekom rukovanja ili rada.
Primjer primjene :
- U brodskim pogonskim sustavima, NdFeB magneti obloženi epoksidom koriste se u motorima s permanentnim magnetima (PMM) za električne brodove. Premazi sprječavaju koroziju uzrokovanu morskom vodom, produžujući vijek trajanja motora do >20 godine , u usporedbi s <5 godine za neobložene magnete.
C. Kompozitni tretmani (Ni-Cu-Ni + epoksi)
Kako bi se postigle sinergijske prednosti, NdFeB magneti se često tretiraju kombinacijom niklanja i epoksidnog premaza. Ovaj pristup iskorištava otpornost nikla na koroziju i kemijsku trajnost epoksida.
Tijek procesa :
- Niklanje Magnet se prvo prekriva višeslojnim Ni-Cu-Ni sustavom kako bi se osigurala vodljiva, korozijski otporna baza.
- Epoksidni premaz Sloj epoksidne smole nanosi se preko nikla uranjanjem, prskanjem ili elektrostatskim taloženjem. Premaz se zatim stvrdnjava na 150–200°C kako bi se stvorila umrežena polimerna mreža.
Prednosti u performansama :
- Poboljšana otpornost na koroziju Kompozitni premaz može izdržati >2.000 sati u testovima slane magle, što ga čini prikladnim za ekstremne uvjete poput vjetroturbina na moru ili postrojenja za desalinizaciju.
- Poboljšano prianjanje Niklanje osigurava hrapavu, poroznu površinu koja poboljšava mehaničko spajanje s epoksidnim premazom, smanjujući rizik od raslojavanja.
- Električna izolacija Epoksidni sloj izolira magnet od vodljivih medija, sprječavajući galvansku koroziju u višemetalnim sklopovima.
3. Komparativna analiza površinskih obrada
Izbor površinske obrade ovisi o specifičnim zahtjevima primjene, uključujući jačinu korozije, radnu temperaturu i ograničenja troškova.
| Metoda liječenja | Otpornost na koroziju (sati u slanoj magli) | Otpornost na temperaturu (°C) | Trošak (u odnosu na neobloženo) |
|---|---|---|---|
| Bez premaza | <24 | 80 (N-razred) | 1.0 |
| Niklanje (Ni-Cu-Ni) | 500–1,000 | 200 | 3.0–5.0 |
| Epoksidni premaz | >1,000 | 380 | 4.0–6.0 |
| Ni-Cu-Ni + epoksid | >2,000 | 200 | 6.0–8.0 |
Ključne zaključke :
- Niklanje nudi isplativo rješenje za okruženja s umjerenom korozijom (npr. unutarnje industrijske prostore).
- Epoksidni premazi preferiraju se za teška kemijska ili morska okruženja gdje je dugotrajna trajnost ključna.
- Kompozitni tretmani Idealni su za ekstremne uvjete gdje je potrebna otpornost na koroziju i temperaturu, iako uz višu cijenu.
4. Budući smjerovi
U tijeku su istraživanja za razvoj naprednih površinskih tretmana koji dodatno poboljšavaju otpornost NdFeB magneta na koroziju uz istovremeno smanjenje troškova. Obećavajući pristupi uključuju:
- Nanokompozitni premazi Ugradnja nanočestica (npr. SiO₂, TiO₂) u epoksidne ili niklne premaze radi poboljšanja barijernih svojstava i sposobnosti samoobnavljanja.
- Taloženje atomskog sloja (ALD) Nanošenje ultratankih (nanometarskih) slojeva oksida (npr. Al₂O₃, TiO₂) za zaštitu od korozije bez rupica.
- Biorazgradivi premazi Razvoj ekološki prihvatljivih premaza na bazi prirodnih polimera (npr. kitozana, lignina) za održivu primjenu.
5. Zaključak
NdFeB magneti su vrlo osjetljivi na koroziju u vlažnim ili kiselim okruženjima zbog svoje reaktivne mikrostrukture. Međutim, površinske obrade poput niklanja, epoksidnog premaza i kompozitnih obrada mogu značajno poboljšati njihovu otpornost na koroziju, produljujući im vijek trajanja... 20–100x ovisno o metodi liječenja. Odabirom odgovarajuće površinske obrade na temelju zahtjeva primjene, inženjeri mogu osigurati pouzdane performanse NdFeB magneta čak i u najzahtjevnijim okruženjima.
