Коррозионная стойкость магнитов из сплава Alnico: характеристики во влажной, кислотно-щелочной среде и в солевом тумане, а также риск разрушения.

1. Введение в магниты Alnico

Магниты Alnico — это тип постоянных магнитов, состоящих в основном из алюминия (Al), никеля (Ni), кобальта (Co) и железа (Fe) с небольшими добавками меди (Cu), титана (Ti) и других элементов. Они известны своей превосходной термической стабильностью, с максимальной рабочей температурой до 550 °C , и высокой коэрцитивной силой при повышенных температурах. Магниты Alnico производятся двумя основными способами: спеканием и литьем , причем литье является более распространенным методом для получения сложных форм.

Благодаря своим уникальным свойствам магниты Alnico широко используются в аэрокосмической, военной, автомобильной и промышленной отраслях , где критически важны высокотемпературная стабильность и коррозионная стойкость.

2. Коррозионная стойкость магнитов из сплава Alnico.

Магниты Alnico обладают хорошей внутренней коррозионной стойкостью , главным образом благодаря образованию стабильного пассивного оксидного слоя на их поверхности. Этот оксидный слой действует как защитный барьер, предотвращая дальнейшую коррозию. Коррозионная стойкость Alnico обусловлена ​​следующими факторами:

• Содержание никеля (Ni) : Никель способствует образованию пассивной оксидной пленки, повышая коррозионную стойкость во многих средах.
• Содержание кобальта (Co) : Кобальт способствует стабильности матрицы сплава, снижая восприимчивость к локальной коррозии.
• Состав без хрома : В отличие от некоторых других магнитных материалов (например, NdFeB), Alnico не содержит хрома, который может быть подвержен точечной коррозии в средах с высоким содержанием хлоридов.

Однако коррозионная стойкость сплава Alnico неодинакова во всех средах. Такие факторы, как влажность, температура, pH и наличие агрессивных ионов (например, Cl⁻), могут существенно влиять на его характеристики.

3. Коррозионное поведение в конкретных условиях окружающей среды

3.1 Влажная среда

В условиях повышенной влажности магниты из сплава Alnico, как правило, устойчивы к коррозии благодаря образованию тонкого, прочно прилегающего оксидного слоя. Однако длительное воздействие высокой влажности (например, >85% относительной влажности ) может привести к следующим последствиям:

• Изменение цвета поверхности : Возможно незначительное потемнение или потускнение поверхности, но это обычно не влияет на магнитные свойства.
• Локализованная коррозия : В присутствии загрязнений (например, пыли, солей) на дефектах поверхности или включениях может начинаться точечная или щелевая коррозия.

Скорость коррозии :
В условиях 85°C/85% относительной влажности скорость коррозии Alnico обычно составляет <0,1 мкм/год , что аналогично скорости коррозии никелированных материалов в идеальных условиях. Однако, если пассивный слой поврежден (например, царапинами или механическим истиранием), скорость коррозии может немного увеличиться.

3.2 Кислотные среды

Магниты из сплава Alnico менее устойчивы к воздействию кислых сред по сравнению с нейтральными или щелочными условиями. Коррозионное поведение зависит от типа и концентрации кислоты:

• Разбавленная серная кислота (H₂SO₄) : При низких концентрациях (<10%) сплав Alnico может проявлять умеренную стойкость, но при более высоких концентрациях коррозия ускоряется из-за растворения оксидного слоя и воздействия на матрицу сплава.
• Соляная кислота (HCl) : Даже разбавленная HCl может вызвать быструю коррозию из-за агрессивной природы хлорид-ионов, которые разрушают пассивную пленку и способствуют образованию точечных повреждений.
• Органические кислоты (например, уксусная кислота) : Алнико демонстрирует лучшую устойчивость к слабым органическим кислотам по сравнению с сильными неорганическими кислотами, но длительное воздействие все же может привести к деградации поверхности.

Скорость коррозии :
В 1 М растворе HCl при комнатной температуре скорость коррозии сплава Alnico может достигать нескольких микрометров в час , что делает его непригодным для длительного воздействия сильнокислых сред без защитных покрытий.

3.3 Щелочные среды

Алнико обладает хорошей устойчивостью к слабощелочным средам (например, pH 8–10 ), но его характеристики ухудшаются в сильнощелочных условиях (например, pH > 12).):

• Слабая щелочность : пассивный оксидный слой остается стабильным, а скорость коррозии низкая (<0,1 мкм/год).
• Сильная щелочность : Высокий уровень pH может растворять оксидный слой и разрушать матрицу сплава, что приводит к увеличению скорости коррозии.

Скорость коррозии :
В 1 М растворе NaOH при комнатной температуре скорость коррозии Alnico может превышать 1 мкм/час , что подчеркивает его уязвимость к сильнощелочным растворам.

3.4. Среда воздействия солевого тумана

Испытание солевым туманом (например)ASTM B117 Это стандартный метод оценки коррозионной стойкости материалов в морской или хлоридсодержащей среде. Магниты из сплава Alnico, как правило, хорошо показывают себя в испытаниях на солевое распыление благодаря пассивному оксидному слою, но длительное воздействие может привести к:

• Точечная коррозия : ионы хлорида проникают в пассивный слой, вызывая локальные ямки, которые со временем могут увеличиваться в размерах.
• Образование белой ржавчины : В некоторых случаях может образовываться рыхлый порошкообразный продукт коррозии (подобный продуктам коррозии цинка), но это встречается реже для Alnico по сравнению с материалами на основе цинка.

Скорость коррозии :
В солевом тумане с концентрацией 5% NaCl при температуре 35°C магниты из сплава Alnico обычно демонстрируют коррозию менее 0,5 мкм/год после 1000 часов воздействия. Однако, если поверхность повреждена или плохо отполирована, скорость коррозии может значительно возрасти.

4. Риск измельчения

Измельчение — это разрушение материала в мелкий порошок в результате коррозии или механической деградации. Для магнитов Alnico риск измельчения низок в нормальных условиях , но некоторые факторы могут повысить вероятность его возникновения:

• Сильная коррозия : В высокоагрессивных средах (например, в сильных кислотах или щелочах) сильная коррозия может ослабить структуру материала, приводя к отслаиванию или шелушению поверхностного слоя. Однако истинное измельчение (полное разрушение в порошок) для сплава Alnico встречается редко.
• Термоциклирование : Многократный нагрев и охлаждение могут вызывать термические напряжения, потенциально приводящие к микротрещинам или расслоению поверхностного слоя. Это особенно актуально в условиях высоких температур с быстрыми перепадами температуры.
• Механическое истирание : Постоянное трение или удары могут изнашивать поверхность, но это обычно не называют измельчением.

Вывод по теме измельчения :
Магниты из сплава Alnico не склонны к измельчению в обычных условиях коррозии. Однако в экстремальных средах (например, в сильных кислотах при повышенных температурах) может происходить деградация поверхности, но полное разрушение до состояния порошка маловероятно.

5. Сравнение с другими магнитными материалами

Для сравнения, коррозионная стойкость сплава Alnico может быть сопоставлена ​​с другими распространенными материалами для постоянных магнитов:

6. Повышение коррозионной стойкости

Несмотря на хорошую коррозионную стойкость сплава Alnico, его характеристики можно дополнительно улучшить за счет:

• Защитные покрытия : Нанесение покрытий, таких как никель (Ni), эпоксидная смола или парилен, может повысить коррозионную стойкость, особенно в агрессивных средах.
• Полировка поверхности : Гладкая, отполированная поверхность снижает вероятность щелевой коррозии и улучшает сцепление пассивного оксидного слоя.
• Предотвращение загрязнений : Поддержание поверхности в чистоте и без пыли, солей и других загрязнений сводит к минимуму риск локальной коррозии.

7. Краткое изложение основных выводов

1. Коррозионная стойкость : Магниты из сплава Alnico обладают хорошей внутренней коррозионной стойкостью благодаря стабильному пассивному оксидному слою, что делает их пригодными для многих промышленных применений.
2. Влажная среда : низкая скорость коррозии (<0,1 мкм/год) при высокой влажности (85°C/85% относительной влажности).
3. Кислотные среды : уязвимы для сильных кислот (например, HCl, H₂SO₄), скорость коррозии превышает 1 мкм/час.
4. Щелочные среды : Устойчив к слабой щелочности, но разлагается в сильных щелочах (pH > 12).
5. Солевой туман : скорость коррозии <0,5 мкм/год в 5%-ном солевом тумане NaCl после 1000 часов.
6. Риск разрушения : Низкий в нормальных условиях; экстремальные условия могут вызвать деградацию поверхности, но не полное разрушение.
7. Сравнение : Более коррозионностойкий, чем NdFeB, но менее дорогой, чем SmCo; по химической стабильности похож на феррит, но обладает превосходными магнитными свойствами.

8. Рекомендации

• В условиях умеренной нагрузки (например, в помещениях промышленных предприятий) магниты Alnico можно использовать без дополнительной защиты.
• Для работы в агрессивных средах (например, в морской среде, на химических предприятиях) следует рассмотреть возможность нанесения защитных покрытий или выбора альтернативных материалов, таких как SmCo.
• Избегайте воздействия на Alnico сильных кислот или щелочей без надлежащих мер предосторожности.
• Регулярный осмотр и техническое обслуживание помогают выявлять ранние признаки коррозии и предотвращать дальнейшее разрушение.

9. Заключение

Магниты Alnico — это надежный и коррозионностойкий материал для применений, требующих высокой термостойкости и долговечности. Хотя они не застрахованы от всех видов коррозии, их работа во влажных, кислых, щелочных средах и солевом тумане в целом приемлема для многих промышленных применений. Понимая их ограничения и внедряя соответствующие защитные меры, магниты Alnico могут обеспечить надежную работу в широком диапазоне сложных условий.