Процеси на површинска обработка за AlNiCo магнети: Пасивација, електрофореза и галванизација, како и нивните разлики во отпорноста на корозија

1. Вовед

Алуминиум-никел-кобалт (AlNiCo) магнетите се перманентни магнети со одлични магнетни својства, вклучувајќи висока Кириева температура, добра термичка стабилност и висока коерцитивност. Тие се широко користени во сензори, мотори, магнетни сепаратори и прецизни инструменти. Сепак, поради нивниот метален состав, AlNiCo магнетите се подложни на корозија, особено во влажни или агресивни средини, што може да ги деградира нивните магнетни перформанси и механички интегритет. Процесите на површинска обработка се неопходни за подобрување на нивната отпорност на корозија, подобрување на издржливоста и одржување на нивните магнетни својства. Оваа статија дискутира за три основни методи на површинска обработка за AlNiCo магнети - пасивација, електрофореза и галванизација - и ги споредува нивните разлики во отпорноста на корозија.

2. Процеси на површинска обработка за AlNiCo магнети

2.1 Пасивација

2.1.1 Дефиниција и механизам

Пасивацијата е хемиски или електрохемиски процес што формира тенок, заштитен оксиден слој на површината на металот, значително намалувајќи ја неговата брзина на корозија. За AlNiCo магнетите, пасивацијата обично вклучува третирање на површината со оксидирачки агенс (на пр., азотна киселина, хромна киселина или лимонска киселина) за да се формира стабилен оксиден филм. Слојот за пасивација делува како бариера, спречувајќи корозивни супстанции (на пр., вода, кислород, хлориди) да стигнат до основниот метал.

2.1.2 Чекори на процесот

1. Чистење : Површината на AlNiCo магнетот се чисти за отстранување на масла, масти и други загадувачи со алкални или кисели средства за чистење.
2. Исплакнување : Исчистената површина се исплакнува со дејонизирана вода за да се отстранат преостанатите средства за чистење.
3. Пасивациски третман : Магнетот се потопува во раствор за пасивација (на пр., 10–20% азотна киселина) на контролирана температура (обично 20–60°C) за одредено време (5–30 минути).
4. Конечно плакнење : Пасивираната површина се плакне повторно за да се отстрани преостанатиот раствор за пасивација.
5. Сушење : Магнетот се суши со топол воздух или во рерна за да се обезбеди целосно отстранување на влагата.

2.1.3 Предности

• Едноставен процес : Пасивацијата е релативно лесна за изведување и не бара сложена опрема.
• Економичност : Тоа е метод за третман на површини со ниска цена во споредба со галванизација или електрофореза.
• Еколошки : Современите раствори за пасивација (на пр., базирани на лимонска киселина) се помалку опасни од традиционалните раствори базирани на хромна киселина.

2.1.4 Ограничувања

• Тенок заштитен слој : Пасивациониот слој е обично дебел само неколку нанометри, што нуди ограничена заштита во високо корозивни средини.
• Ограничени опции за боја : Пасивацијата не обезбедува никаква декоративна завршница; површината останува метална.
• Не е погодно за сите средини : Во агресивни средини (на пр., висока влажност, прскање со сол), пасивацијата може да не обезбеди доволна заштита и може да бидат потребни дополнителни премази.

2.2 Електрофореза (електрофоретско таложење, EPD)

2.2.1 Дефиниција и механизам

Електрофорезата е процес на површинско обложување кој користи електрично поле за таложење на наелектризирани честички (на пр., боја, смола или керамика) на спроводлива подлога. За AlNiCo магнети, електрофорезата обично вклучува обложување на површината со епоксидна или акрилна смола за да се формира униформен, заштитен филм. Процесот вклучува потопување на магнетот во када што содржи наелектризирани честички и примена на напон на еднонасочна струја (DC), предизвикувајќи честичките да мигрираат кон магнетот и да се таложат на неговата површина.

2.2.2 Чекори на процесот

1. Предтретман : Површината на AlNiCo магнетот се чисти и подготвува (на пр., се одмастува, се гравира или се пасивира) за да се обезбеди добра адхезија на електрофоретскиот слој.
2. Електрофоретско обложување : Магнетот е потопен во електрофоретска бања што содржи наелектризирани честички од смола. Помеѓу магнетот (катодата) и анодата се применува еднонасочен напон (обично 50–300 V), што предизвикува честичките од смола да мигрираат и да се таложат на површината на магнетот.
3. Исплакнување : Обложениот магнет се исплакнува со дејонизирана вода за да се отстранат сите неврзани честички од смола.
4. Стврднување : Обложениот магнет се пече во рерна на одредена температура (обично 150–200°C) во текот на одредено време (20–60 минути) за да се стврдне смолата и да се формира тврда, заштитна фолија.

2.2.3 Предности

• Униформно обложување : Електрофорезата обезбедува униформна дебелина на облогата, дури и на делови со сложена форма.
• Одлична отпорност на корозија : Стврднатиот филм од смола нуди добра заштита од влага, хемикалии и сол во прав.
• Декоративна завршна обработка : Електрофоретските премази се достапни во различни бои, обезбедувајќи и заштита и естетика.
• Еколошки : Современите електрофоретски премази имаат ниска содржина на испарливи органски соединенија (VOC) и се во согласност со еколошките прописи.

2.2.4 Ограничувања

• Цена на опремата : Електрофорезата бара специјализирана опрема, вклучувајќи напојување, бања за премачкување и печка за стврднување, што може да биде скапо.
• Сложеност на процесот : Процесот вклучува повеќе чекори (претходна обработка, премачкување, плакнење, стврднување), што бара внимателна контрола на параметрите (напон, температура, време).
• Ограничена дебелина : Електрофоретските премази се обично дебели 20-50 μm, што може да не биде доволно за екстремно сурови средини.

2.3 Галванизација

2.3.1 Дефиниција и механизам

Галванизацијата е процес со кој се нанесува тенок слој од метал (на пр., никел, хром, цинк или злато) на површината на спроводлива подлога со помош на електролитски раствор. За AlNiCo магнети, галванизацијата најчесто се користи за подобрување на отпорноста на корозија, отпорноста на абење и изгледот. Процесот вклучува потопување на магнетот во електролитна бања што содржи метални јони и примена на еднонасочна струја, што предизвикува металните јони да се редуцираат и да се таложат на површината на магнетот.

2.3.2 Чекори на процесот

1. Предтретман : Површината на AlNiCo магнетот се чисти (на пр., се одмастува, се гравира со киселина или се полира) за да се отстранат нечистотиите и да се обезбеди добра адхезија на обложениот слој.
2. Галванизација : Магнетот се потопува во електролитна бања што содржи метални јони (на пр., никел сулфат за никелирање). Се применува еднонасочна струја, што предизвикува металните јони да се таложат на површината на магнетот.
3. Исплакнување : Обложениот магнет се исплакнува со дејонизирана вода за да се отстрани преостанатиот електролит.
4. Пост-третман : Позлатената површина може да претрпи дополнителни третмани (на пр., пасивација, полирање или запечатување) за да се подобри отпорноста на корозија или изгледот.

2.3.3 Вообичаени електрогалванизирани премази за AlNiCo магнети

• Никелирање : Никелот обезбедува добра отпорност на корозија и е широко користен за AlNiCo магнети. Може дополнително да се подобри со хромиран завршен слој за подобрена отпорност на абење и корозија.
• Хромирање : Хромот нуди одлична отпорност на корозија и светла, декоративна завршница. Сепак, шествалентниот хром (Cr⁶⁺) е токсичен и неговата употреба е ограничена во многу региони.
• Поцинкување : Цинкот обезбедува жртвена заштита на основниот метал, но е помалку издржлив од никелот или хромот и обично се користи за внатрешна употреба.
• Позлата : Златото нуди одлична отпорност на корозија и се користи за висококвалитетни апликации каде што се важни и заштитата и естетиката. Сепак, е скапо и не се користи често за AlNiCo магнети.

2.3.4 Предности

• Одлична отпорност на корозија : Електрогалваните премази (особено никел и хром) обезбедуваат супериорна заштита од корозија, дури и во сурови средини.
• Декоративна завршница : Галванизацијата може да обезбеди светла, рефлективна површина, подобрувајќи го изгледот на AlNiCo магнетите.
• Прилагодлива дебелина : Дебелината на електрогалванизираниот слој може да се контролира (обично 5–50 μm) за да се задоволат специфичните барања.

2.3.5 Ограничувања

• Еколошки проблеми : Некои процеси на галванизација (на пр., позлата со шестовалентен хром) вклучуваат опасни хемикалии и бараат строг третман на отпадот.
• Висока цена : Галванизацијата може да биде скапа поради цената на металните соли, потрошувачката на енергија и третманот на отпадот.
• Кршливост со водород : Галванизацијата може да внесе водород во металот, што доведува до кршливост и намалени механички својства. Ова е особено загрижувачко за магнетите со висока цврстина.

3. Споредба на отпорноста на корозија на различни површински третмани

Отпорноста на корозија на AlNiCo магнетите зависи од видот на применетата површинска обработка. Следната табела ја сумира отпорноста на корозија на пасивација, електрофореза и галванизација во различни средини:

3.1 Влажна средина

• Пасивација : Тенкиот оксиден слој обезбедува ограничена заштита во влажни средини. Со текот на времето, влагата може да навлезе во слојот и да предизвика корозија, особено ако околината содржи загадувачи (на пр., сулфур диоксид).
• Електрофореза : Облогата од епоксидна или акрилна смола обезбедува добра заштита од влага, спречувајќи корозија подолг период.
• Галванизација : Премазите од никел и хром нудат одлична заштита во влажни средини поради нивната густа, непорозна структура.

3.2 Средина за прскање со сол

• Пасивација : Пасивираните AlNiCo магнети не се погодни за долготрајна изложеност на солена вода, бидејќи хлоридните јони можат брзо да навлезат во тенкиот оксиден слој и да предизвикаат корозија.
• Електрофореза : Електрофоретските премази се многу отпорни на солено прскање и можат да го заштитат магнетот илјадници часови во тестовите со солено прскање (на пр., ASTM B117).
• Галванизација : Облогите од никел и хром обезбедуваат супериорна заштита од солено прскање, при што некои премази траат повеќе од 10.000 часа при тестови со солено прскање без знаци на корозија.

3.3 Хемиска средина

• Пасивација : Слојот за пасивација не е отпорен на силни киселини или бази и може лесно да се раствори, што доведува до корозија на основниот метал.
• Електрофореза : Електрофоретските премази се отпорни на благи хемикалии (на пр., масла, растворувачи), но може да се деградираат во силни киселини или бази.
• Галванизација : Премазите од никел и хром нудат одлична отпорност на повеќето хемикалии, вклучувајќи киселини, бази и растворувачи, што ги прави идеални за сурови индустриски средини.

3.4 Издржливост

• Пасивација : Слојот за пасивација е склонен кон абење и може лесно да се изгребе или отстрани, со што се намалува неговиот заштитен ефект.
• Електрофореза : Електрофоретските премази се потрајни од пасивацијата, но сепак можат да се изгребат или оштетат, изложувајќи го основниот метал на корозија.
• Галванизација : Галванизираните премази се многу издржливи и отпорни на абење, абразија и удар, обезбедувајќи долготрајна заштита.

3.5 Цена

• Пасивација : Пасивацијата е најевтиниот метод на површинска обработка, што го прави погоден за апликации чувствителни на трошоци каде што е прифатлива умерена отпорност на корозија.
• Електрофореза : Електрофорезата има умерена цена, нудејќи добра рамнотежа помеѓу цената и перформансите за многу индустриски апликации.
• Галванизација : Галванизацијата е најскапиот метод за површинска обработка поради цената на металните соли, потрошувачката на енергија и третманот на отпадот. Сепак, таа обезбедува највисоко ниво на заштита и издржливост.

4. Препораки за избор на површински третман

Изборот на површинска обработка за AlNiCo магнети зависи од специфичните барања за примена, вклучувајќи ја работната средина, посакуваниот животен век и буџетските ограничувања. Следните препораки можат да помогнат во процесот на избор:

4.1 За внатрешна или блага надворешна средина

• Пасивација : Погодно за апликации каде што барањата за отпорност на корозија се умерени, а цената е примарна грижа. Примери за тоа се потрошувачка електроника, сензори и магнетни сепаратори кои работат во суви средини.
• Електрофореза : Преферирана за апликации кои бараат подобра отпорност на корозија и декоративна завршница. Примери за тоа се автомобилски компоненти, канцелариска опрема и индустриски машини.

4.2 За сурови надворешни или морски средини

• Галванизација (никел/хром) : Препорачано за апликации изложени на солена вода, висока влажност или агресивни хемикалии. Примери за тоа се морска опрема, офшор платформи и опрема за хемиска обработка.
• Електрофореза со завршен слој : Алтернатива на галванизацијата, каде што завршен слој (на пр., полиуретан) се нанесува врз електрофоретскиот слој за да се зголеми отпорноста на корозија и издржливоста.

4.3 За апликации со високи перформанси или критични апликации

• Галванизација (никел/хром) : Најдобар избор за апликации што бараат највисоко ниво на отпорност на корозија, издржливост и изглед. Примери за тоа се воздухопловни компоненти, медицински уреди и прецизни инструменти.
• Повеќеслојни премази : За екстремни средини, може да се користи комбинација од површински третмани (на пр., пасивација + електрофореза + галванизација) за да се обезбеди синергистичка заштита.

5. Заклучок

Површинската обработка е од суштинско значење за подобрување на отпорноста на корозија на AlNiCo магнетите и обезбедување на нивните долгорочни перформанси во различни средини. Пасивацијата, електрофорезата и галванизацијата се три широко користени методи за површинска обработка, секој со свои предности и ограничувања. Пасивацијата е економична опција за благи средини, но нуди ограничена заштита во агресивни услови. Електрофорезата обезбедува добра рамнотежа помеѓу цената и перформансите, нудејќи униформна отпорност на корозија и декоративна завршница. Галванизацијата, особено со никел или хром, нуди највисоко ниво на заштита и издржливост, што го прави идеален за сурови средини и критични апликации.

При избор на метод за површинска обработка, клучно е да се земат предвид специфичните работни услови, посакуваниот животен век и буџетските ограничувања. Со избор на соодветен површински третман, производителите можат значително да ја подобрат отпорноста на корозија на AlNiCo магнетите, обезбедувајќи ја нивната сигурност и перформанси во различни апликации.