Corrosiebestendigheid van Alnico-magneten: prestaties in vochtige, zure en basische omgevingen, en zoutnevel, en het risico op verpulvering.

1. Inleiding tot Alnico-magneten

Alnicomagneten zijn een type permanente magneet dat voornamelijk bestaat uit aluminium (Al), nikkel (Ni), kobalt (Co) en ijzer (Fe), met kleine toevoegingen van koper (Cu), titanium (Ti) en andere elementen. Ze staan ​​bekend om hun uitstekende thermische stabiliteit, met een maximale bedrijfstemperatuur tot 550 °C , en een hoge coërciviteit bij hoge temperaturen. Alnicomagneten worden geproduceerd via twee hoofdprocessen: sinteren en gieten , waarbij gieten de meest gebruikte methode is voor het produceren van complexe vormen.

Door hun unieke eigenschappen worden Alnico-magneten veelvuldig gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, het leger, de automobielindustrie en andere industriële toepassingen , waar hoge temperatuurstabiliteit en corrosiebestendigheid cruciaal zijn.

2. Corrosiebestendigheid van Alnico-magneten

Alnico-magneten vertonen een goede inherente corrosiebestendigheid , voornamelijk dankzij de vorming van een stabiele passieve oxidelaag op hun oppervlak. Deze oxidelaag fungeert als een beschermende barrière en voorkomt verdere corrosie. De corrosiebestendigheid van Alnico kan worden toegeschreven aan de volgende factoren:

• Nikkelgehalte (Ni) : Nikkel bevordert de vorming van een passieve oxidefilm, waardoor de corrosiebestendigheid in veel omgevingen verbetert.
• Kobaltgehalte (Co) : Kobalt draagt ​​bij aan de stabiliteit van de legeringsmatrix en vermindert de gevoeligheid voor plaatselijke corrosie.
• Chroomvrije samenstelling : In tegenstelling tot sommige andere magnetische materialen (bijv. NdFeB), bevat Alnico geen chroom, dat in chloride-rijke omgevingen gevoelig kan zijn voor putcorrosie.

De corrosiebestendigheid van Alnico is echter niet uniform in alle omgevingen. Factoren zoals luchtvochtigheid, temperatuur, pH-waarde en de aanwezigheid van agressieve ionen (bijv. Cl⁻) kunnen de prestaties aanzienlijk beïnvloeden.

3. Corrosiegedrag in specifieke omgevingen

3.1 Vochtige omgevingen

In vochtige omgevingen zijn Alnico-magneten over het algemeen bestand tegen corrosie dankzij de vorming van een dunne, hechtende oxidelaag. Langdurige blootstelling aan een hoge luchtvochtigheid (bijv. >85% RH ) kan echter leiden tot:

• Oppervlakteverkleuring : Er kan een lichte verdonkering of aanslag op het oppervlak optreden, maar dit heeft doorgaans geen invloed op de magnetische eigenschappen.
• Plaatselijke corrosie : In aanwezigheid van verontreinigingen (bijv. stof, zouten) kan putcorrosie of spleetcorrosie ontstaan ​​bij oppervlaktedefecten of insluitingen.

Corrosiesnelheid :
Bij een temperatuur van 85 °C en een relatieve luchtvochtigheid van 85% is de corrosiesnelheid van Alnico doorgaans <0,1 μm/jaar , vergelijkbaar met die van vernikkelde materialen onder ideale omstandigheden. Als de passieve laag echter beschadigd raakt (bijvoorbeeld door krassen of mechanische slijtage), kan de corrosiesnelheid iets toenemen.

3.2 Zure omgevingen

Alnico-magneten zijn minder bestand tegen zure omgevingen dan tegen neutrale of alkalische omstandigheden. Het corrosiegedrag hangt af van het type en de concentratie van het zuur:

• Verdund zwavelzuur (H₂SO₄) : Bij lage concentraties (<10%) kan Alnico een matige weerstand bieden, maar bij hogere concentraties versnelt de corrosie door de oplossing van de oxidelaag en de aantasting van de legeringsmatrix.
• Zoutzuur (HCl) : Zelfs verdund HCl kan snelle corrosie veroorzaken door de agressieve aard van chloride-ionen, die de passiveringslaag verstoren en putcorrosie bevorderen.
• Organische zuren (bijv. azijnzuur) : Alnico is beter bestand tegen zwakke organische zuren dan tegen sterke anorganische zuren, maar langdurige blootstelling kan nog steeds leiden tot aantasting van het oppervlak.

Corrosiesnelheid :
In 1 M HCl bij kamertemperatuur kan de corrosiesnelheid van Alnico enkele micrometers per uur bedragen, waardoor het ongeschikt is voor langdurige blootstelling aan sterk zure omgevingen zonder beschermende coatings.

3.3 Alkalische omgevingen

Alnico is goed bestand tegen licht alkalische omgevingen (bijv. pH 8–10 ), maar de prestaties nemen af ​​in sterk alkalische omstandigheden (bijv. pH >12).):

• Milde alkaliteit : De passieve oxidelaag blijft stabiel en de corrosiesnelheid is laag (<0,1 μm/jaar).
• Sterke alkaliteit : Een hoge pH-waarde kan de oxidelaag oplossen en de legeringsmatrix aantasten, wat leidt tot een verhoogde corrosiesnelheid.

Corrosiesnelheid :
In een 1 M NaOH-oplossing bij kamertemperatuur kan de corrosiesnelheid van Alnico meer dan 1 μm/uur bedragen, wat de kwetsbaarheid ervan voor sterk alkalische oplossingen aantoont.

3.4 Omgevingen met zoutnevel

Zoutsproeitesten (bijv.ASTM B117 De zoutneveltest is een standaardmethode voor het evalueren van de corrosiebestendigheid van materialen in maritieme of chloride-rijke omgevingen. Alnico-magneten presteren over het algemeen goed in zoutneveltests dankzij hun passieve oxidelaag, maar langdurige blootstelling kan leiden tot:

• Pittingcorrosie : Chloride-ionen dringen door de passieve laag heen en veroorzaken plaatselijke putjes die in de loop der tijd groter kunnen worden.
• Vorming van witte roest : In sommige gevallen kan een los, poederachtig corrosieproduct (vergelijkbaar met zinkcorrosieproducten) ontstaan, maar dit komt minder vaak voor bij Alnico dan bij materialen op zinkbasis.

Corrosiesnelheid :
Bij een zoutnevel van 5% NaCl bij 35 °C vertonen Alnico-magneten doorgaans een corrosie van minder dan 0,5 μm/jaar na 1000 uur blootstelling. Als het oppervlak echter beschadigd of slecht gepolijst is, kan de corrosiesnelheid aanzienlijk toenemen.

4. Risico op verpulvering

Verpulvering verwijst naar het uiteenvallen van een materiaal tot fijn poeder als gevolg van corrosie of mechanische slijtage. Voor Alnico-magneten is het risico op verpulvering onder normale omstandigheden laag , maar bepaalde factoren kunnen de kans hierop vergroten:

• Ernstige corrosie : In zeer agressieve omgevingen (bijv. sterke zuren of basen) kan uitgebreide corrosie de materiaalstructuur verzwakken, wat leidt tot afbrokkeling of schilfering van de oppervlaktelaag. Echte verpulvering (volledige desintegratie tot poeder) komt echter zelden voor bij Alnico.
• Thermische cycli : Herhaaldelijk verwarmen en afkoelen kan thermische spanningen veroorzaken, wat mogelijk kan leiden tot microscheurtjes of delaminatie van de oppervlaktelaag. Dit is met name relevant bij toepassingen met hoge temperaturen en snelle temperatuurschommelingen.
• Mechanische slijtage : Continue wrijving of impact kan het oppervlak afslijten, maar dit wordt doorgaans niet aangeduid als verpulvering.

Conclusie over verpulvering :
Alnico-magneten zijn onder normale corrosieomstandigheden niet gevoelig voor verpulvering . In extreme omstandigheden (bijvoorbeeld sterke zuren bij hoge temperaturen) kan echter oppervlakteafbraak optreden, maar volledige desintegratie tot poeder is onwaarschijnlijk.

5. Vergelijking met andere magnetische materialen

Ter vergelijking: de corrosiebestendigheid van Alnico kan worden vergeleken met die van andere veelgebruikte materialen voor permanente magneten.

6. Verbetering van de corrosiebestendigheid

Hoewel Alnico van nature een goede corrosiebestendigheid heeft, kunnen de prestaties ervan verder worden verbeterd door:

• Beschermende coatings : Het aanbrengen van coatings zoals nikkel (Ni), epoxy of Parylene kan de corrosiebestendigheid verbeteren, vooral in agressieve omgevingen.
• Oppervlaktepolijsten : Een glad, gepolijst oppervlak vermindert de kans op spleetcorrosie en verbetert de hechting van de passieve oxidelaag.
• Het vermijden van verontreinigingen : Door het oppervlak schoon en vrij van stof, zouten of andere verontreinigingen te houden, wordt het risico op plaatselijke corrosie geminimaliseerd.

7. Samenvatting van de belangrijkste bevindingen

1. Corrosiebestendigheid : Alnico-magneten vertonen een goede inherente corrosiebestendigheid dankzij een stabiele passieve oxidelaag, waardoor ze geschikt zijn voor vele industriële toepassingen.
2. Vochtige omgevingen : Lage corrosiesnelheden (<0,1 μm/jaar) bij hoge luchtvochtigheid (85°C/85% RH).
3. Zure omgevingen : Kwetsbaar voor sterke zuren (bijv. HCl, H₂SO₄), met corrosiesnelheden van meer dan 1 μm/uur.
4. Alkalische omgevingen : Bestand tegen milde alkaliteit, maar degradeert in sterke alkalische omgevingen (pH > 12).
5. Zoutneveltest : Corrosiesnelheden <0,5 μm/jaar in een 5% NaCl-zoutnevel na 1000 uur.
6. Verpulveringsrisico : Laag onder normale omstandigheden; extreme omstandigheden kunnen leiden tot oppervlaktebeschadiging, maar niet tot volledige verpulvering.
7. Vergelijking : Corrosiebestendiger dan NdFeB, maar goedkoper dan SmCo; vergelijkbaar met ferriet qua chemische stabiliteit, maar met superieure magnetische eigenschappen.

8. Aanbevelingen

• In gematigde omgevingen (bijvoorbeeld industriële binnenruimtes) kunnen Alnico-magneten zonder extra bescherming worden gebruikt.
• Voor veeleisende omgevingen (bijv. maritieme omgevingen, chemische processen) kunt u overwegen beschermende coatings aan te brengen of alternatieve materialen zoals SmCo te kiezen.
• Vermijd blootstelling van Alnico aan sterke zuren of basen zonder de juiste voorzorgsmaatregelen.
• Regelmatige inspectie en onderhoud kunnen helpen om corrosie in een vroeg stadium te herkennen en aantasting te voorkomen.

9. Conclusie

Alnico-magneten zijn een robuuste en corrosiebestendige keuze voor toepassingen die hoge temperatuurstabiliteit en duurzaamheid vereisen. Hoewel ze niet immuun zijn voor alle vormen van corrosie, zijn hun prestaties in vochtige, zure, alkalische en zoutnevelomgevingen over het algemeen acceptabel voor veel industriële toepassingen. Door hun beperkingen te begrijpen en passende beschermingsmaatregelen te treffen, kunnen Alnico-magneten betrouwbare diensten leveren onder uiteenlopende uitdagende omstandigheden.