Rezistența la coroziune a magneților Alnico: performanța în medii umede, acido-bazice și cu pulverizare salină și riscul de pulverizare

1. Introducere în magneții Alnico

Magneții Alnico sunt un tip de magnet permanent compus în principal din aluminiu (Al), nichel (Ni), cobalt (Co) și fier (Fe), cu adaosuri minore de cupru (Cu), titan (Ti) și alte elemente. Sunt cunoscuți pentru stabilitatea lor termică excelentă, cu o temperatură maximă de funcționare de până la 550°C și coercitivitate ridicată la temperaturi ridicate. Magneții Alnico sunt fabricați prin două procese principale: sinterizare și turnare , turnarea fiind metoda cea mai comună pentru producerea de forme complexe.

Datorită proprietăților lor unice, magneții Alnico sunt utilizați pe scară largă în aplicații aerospațiale, militare, auto și industriale , unde stabilitatea la temperaturi ridicate și rezistența la coroziune sunt esențiale.

2. Rezistența la coroziune a magneților Alnico

Magneții Alnico prezintă o rezistență inerentă bună la coroziune , în principal datorită formării unui strat stabil de oxid pasiv pe suprafața lor. Acest strat de oxid acționează ca o barieră protectoare, prevenind coroziunea ulterioară. Rezistența la coroziune a magneților Alnico poate fi atribuită următorilor factori:

• Conținut de nichel (Ni) : Nichelul îmbunătățește formarea unei pelicule de oxid pasiv, îmbunătățind rezistența la coroziune în multe medii.
• Conținut de cobalt (Co) : Cobaltul contribuie la stabilitatea matricei aliajului, reducând susceptibilitatea la coroziune localizată.
• Compoziție fără crom : Spre deosebire de alte materiale magnetice (de exemplu, NdFeB), Alnico nu conține crom, care poate fi predispus la coroziune prin pitting în medii bogate în cloruri.

Cu toate acestea, rezistența la coroziune a Alnico nu este uniformă în toate mediile. Factori precum umiditatea, temperatura, pH-ul și prezența ionilor agresivi (de exemplu, Cl⁻) pot influența semnificativ performanța sa.

3. Comportamentul la coroziune în medii specifice

3.1 Medii umede

În medii umede , magneții Alnico sunt în general rezistenți la coroziune datorită formării unui strat subțire de oxid aderent. Cu toate acestea, expunerea prelungită la umiditate ridicată (de exemplu, >85% RH ) poate duce la:

• Decolorarea suprafeței : Poate apărea o ușoară înnegrire sau pătare a suprafeței, dar acest lucru nu afectează de obicei proprietățile magnetice.
• Coroziune localizată : În prezența contaminanților (de exemplu, praf, săruri), coroziunea prin pitting sau crevice se poate iniția la defectele sau incluziunile de suprafață.

Rata de coroziune :
În condiții de 85°C/85% umiditate relativă , rata de coroziune a Alnico este de obicei <0,1 μm/an , similară cu cea a materialelor nichelate în condiții ideale. Cu toate acestea, dacă stratul pasiv este deteriorat (de exemplu, prin zgârieturi sau abraziune mecanică), rata de coroziune poate crește ușor.

3.2 Medii acide

Magneții Alnico sunt mai puțin rezistenți la medii acide în comparație cu mediile neutre sau alcaline. Comportamentul la coroziune depinde de tipul și concentrația acidului:

• Acid sulfuric diluat (H₂SO₄) : La concentrații scăzute (<10%), Alnico poate prezenta o rezistență moderată, dar la concentrații mai mari, coroziunea se accelerează din cauza dizolvării stratului de oxid și a atacului asupra matricei aliajului.
• Acid clorhidric (HCl) : Chiar și HCl diluat poate provoca coroziune rapidă din cauza naturii agresive a ionilor de clorură, care perturbă pelicula pasivă și promovează coroziunea.
• Acizi organici (de exemplu, acid acetic) : Alnico prezintă o rezistență mai bună la acizii organici slabi în comparație cu acizii anorganici puternici, dar expunerea prelungită poate duce totuși la degradarea suprafeței.

Rata de coroziune :
În HCl 1 M la temperatura camerei , viteza de coroziune a Alnico poate atinge câțiva micrometri pe oră , ceea ce îl face nepotrivit pentru expunerea pe termen lung la medii puternic acide fără acoperiri protectoare.

3.3 Medii alcaline

Alnico prezintă o bună rezistență la medii ușor alcaline (de exemplu, pH 8-10 ), dar performanța sa se degradează în condiții puternic alcaline (de exemplu, pH >12).):

• Alcalinitate ușoară : Stratul de oxid pasiv rămâne stabil, iar ratele de coroziune sunt scăzute (<0,1 μm/an).
• Alcalinitate puternică : Un pH ridicat poate dizolva stratul de oxid și ataca matricea aliajului, ducând la creșterea ratelor de coroziune.

Rata de coroziune :
În NaOH 1 M la temperatura camerei , viteza de coroziune a Alnico poate depăși 1 μm/oră , evidențiind vulnerabilitatea sa la soluții puternic alcaline.

3.4 Medii cu pulverizare salină

Testarea cu pulverizare cu sare (de exemplu,ASTM B117 ) este o metodă standard pentru evaluarea rezistenței la coroziune a materialelor în medii marine sau bogate în cloruri. Magneții Alnico au, în general, performanțe bune în testele de pulverizare cu sare datorită stratului lor de oxid pasiv, dar expunerea prelungită poate duce la:

• Coroziune prin pitting : Ionii de clorură pătrund în stratul pasiv, provocând gropi localizate care pot crește în timp.
• Formarea ruginii albe : În unele cazuri, se poate forma un produs de coroziune liber, sub formă de pulbere (similar cu produsele de coroziune ale zincului), dar acest lucru este mai puțin frecvent pentru Alnico în comparație cu materialele pe bază de zinc.

Rata de coroziune :
În pulverizare cu sare NaCl 5% la 35°C , magneții Alnico prezintă de obicei o coroziune <0,5 μm/an după 1000 de ore de expunere. Cu toate acestea, dacă suprafața este deteriorată sau slab lustruită, rata de coroziune poate crește semnificativ.

4. Risc de pulverizare

Pulverizarea se referă la descompunerea unui material în pulbere fină din cauza coroziunii sau degradării mecanice. Pentru magneții Alnico, riscul de pulverizare este scăzut în condiții normale , dar anumiți factori pot crește probabilitatea:

• Coroziune severă : În medii extrem de agresive (de exemplu, acizi sau alcali puternici), coroziunea extinsă poate slăbi structura materialului, ducând la exfolierea sau descuamarea stratului superficial. Cu toate acestea, pulverizarea reală (dezintegrarea completă în pulbere) este rară pentru Alnico.
• Cicluri termice : Încălzirea și răcirea repetate pot induce solicitări termice, putând cauza microfisurări sau delaminarea stratului superficial. Acest lucru este mai relevant în aplicațiile la temperaturi ridicate cu schimbări rapide de temperatură.
• Abraziune mecanică : Frecarea sau impactul continuu pot uza suprafața, dar acest lucru nu este denumit de obicei pulverizare.

Concluzie privind pulverizarea :
Magneții Alnico nu sunt predispuși la pulverizare în condiții normale de coroziune. Cu toate acestea, în medii extreme (de exemplu, acizi puternici la temperaturi ridicate), poate apărea degradarea suprafeței, dar dezintegrarea completă în pulbere este puțin probabilă.

5. Comparație cu alte materiale magnetice

Pentru a oferi context, rezistența la coroziune a magneților permanenți Alnico poate fi comparată cu alte materiale comune pentru magneți permanenți:

6. Îmbunătățirea rezistenței la coroziune

Deși Alnico are o rezistență intrinsecă bună la coroziune, performanța sa poate fi îmbunătățită în continuare prin:

• Acoperiri de protecție : Aplicarea de acoperiri precum nichel (Ni), rășină epoxidică sau partilenă poate spori rezistența la coroziune, în special în medii dure.
• Lustruirea suprafeței : O suprafață netedă și lustruită reduce probabilitatea coroziunii în fisuri și îmbunătățește aderența stratului de oxid pasiv.
• Evitarea contaminanților : Menținerea suprafeței curate și fără praf, săruri sau alți contaminanți reduce la minimum riscul de coroziune localizată.

7. Rezumatul principalelor constatări

1. Rezistență la coroziune : Magneții Alnico prezintă o rezistență inerentă bună la coroziune datorită unui strat de oxid pasiv stabil, ceea ce îi face potriviți pentru multe aplicații industriale.
2. Medii umede : Rate scăzute de coroziune (<0,1 μm/an) în condiții de umiditate ridicată (85°C/85% RH).
3. Medii acide : Vulnerabile la acizi tari (de exemplu, HCl, H₂SO₄), cu rate de coroziune care depășesc 1 μm/oră.
4. Medii alcaline : Rezistent la alcalinitate ușoară, dar se degradează în alcali puternici (pH > 12).
5. Pulverizare salină : Rate de coroziune <0,5 μm/an în pulverizare salină 5% NaCl după 1000 de ore.
6. Risc de pulverizare : Scăzut în condiții normale; mediile extreme pot provoca degradarea suprafeței, dar nu pulverizarea completă.
7. Comparație : Mai rezistent la coroziune decât NdFeB, dar mai puțin costisitor decât SmCo; similar feritei ca stabilitate chimică, dar cu proprietăți magnetice superioare.

8. Recomandări

• Pentru medii moderate (de exemplu, spații industriale în interior), magneții Alnico pot fi utilizați fără protecție suplimentară.
• Pentru medii dure (de exemplu, medii marine, procese chimice), luați în considerare aplicarea de acoperiri protectoare sau selectarea de materiale alternative, cum ar fi SmCo.
• Evitați expunerea Alnico la acizi sau baze puternice fără măsuri de siguranță adecvate.
• Inspecția și întreținerea regulată pot ajuta la identificarea semnelor timpurii de coroziune și la prevenirea degradării.

9. Concluzie

Magneții Alnico sunt o alegere robustă și rezistentă la coroziune pentru aplicațiile care necesită stabilitate și durabilitate la temperaturi ridicate. Deși nu sunt imuni la toate formele de coroziune, performanța lor în medii umede, acide, alcaline și cu pulverizare salină este în general acceptabilă pentru multe utilizări industriale. Prin înțelegerea limitelor lor și implementarea măsurilor de protecție adecvate, magneții Alnico pot oferi servicii fiabile într-o gamă largă de condiții dificile.