Je NdFeb magnet náchylný na koróziu vo vlhkom alebo kyslom prostredí? Do akej miery sa dá odolnosť proti korózii zvýšiť bežnými procesmi povrchovej úpravy (ako je nikelovanie, epoxidový náter)?

1. Náchylnosť NdFeB magnetov na koróziu

Neodýmovo-železo-bórové (NdFeB) magnety sú síce známe svojou výnimočnou magnetickou silou, ale sú vo vlhkom alebo kyslom prostredí inherentne náchylné na koróziu. Táto náchylnosť vyplýva z ich mikroštruktúry a elementárneho zloženia:

• Mikroštrukturálna zraniteľnosť Magnety NdFeB pozostávajú z matrice zŕn Nd₂Fe₁₄B oddelených hranicami zŕn bohatými na neodým (Nd). Tieto hranice zŕn sú termodynamicky nestabilné a náchylné na oxidáciu, najmä v prítomnosti vlhkosti alebo kyslých látok.
• Elektrochemická aktivita Vysoká reaktivita neodýmu (štandardný elektródový potenciál -2,43 V) ho robí náchylným na anodické rozpúšťanie v korozívnom prostredí. Vo vlhkých podmienkach sa molekuly vody adsorbujú na povrch magnetu a vytvárajú vodivý elektrolyt, ktorý uľahčuje elektrochemickú koróziu. Kyslé prostredie tento proces urýchľuje znížením pH a zvýšením koncentrácie vodíkových iónov (H⁺), ktoré napádajú povrch magnetu.
• Galvanická korózia Keď sú magnety NdFeB v kontakte s odlišnými kovmi (napr. oceľovými krytmi v motoroch), môže dôjsť ku galvanickej korózii. Ušľachtilejší kov (napr. oceľ) slúži ako katóda, zatiaľ čo magnet NdFeB slúži ako anóda, čo vedie k zrýchlenej lokalizovanej korózii.

Experimentálne dôkazy :

• Nepotiahnuté magnety NdFeB zlyhajú v priebehu niekoľkých hodín v testoch soľnej hmly (ASTM B117), ktoré simulujú vlhké a slané prostredie. Táto rýchla korózia sa pripisuje tvorbe oxidov a hydroxidov neodýmu, ktoré sa odlupujú a vystavujú čerstvý kov ďalšiemu napadnutiu.
• V kyslých roztokoch (napr. 5% HCl) vykazujú magnety NdFeB rýchlosť korózie až 100 µm/rok, čo je výrazne viac ako pri nehrdzavejúcej oceli (0.1–1 µm/rok). Medzi produkty korózie patria NdCl₃, FeCl₂ a B₂O₃, ktoré sa rozpúšťajú v kyseline a udržiavajú proces degradácie.

2. Procesy povrchovej úpravy na zvýšenie odolnosti proti korózii

Na zmiernenie korózie sa magnety NdFeB podrobujú rôznym povrchovým úpravám, ktoré vytvárajú ochranné bariéry, izolujú magnet od korozívnych médií a zlepšujú dlhodobú životnosť. Medzi najbežnejšie metódy patrí nikelovanie, epoxidové povlakovanie a kompozitné úpravy.

A. Niklovanie (Ni-Cu-Ni viacvrstvový systém)

Niklovanie je najpoužívanejšou povrchovou úpravou magnetov NdFeB vďaka svojej vynikajúcej odolnosti voči korózii, mechanickej trvanlivosti a nákladovej efektívnosti. Typický viacvrstvový systém Ni-Cu-Ni pozostáva z:

1. Niklová podkladová vrstva (4–5 µm) Zaisťuje priľnavosť k povrchu magnetu a pôsobí ako bariéra proti difúzii medi do substrátu.
2. Medená medzivrstva (5–10 µm) Znižuje pórovitosť niklového povlaku vyplnením mikrodefektov, čím zvyšuje odolnosť proti korózii.
3. Niklová vrchná vrstva (8–10 µm) : Poskytuje hustú ochrannú bariéru proti vlhkosti a chemikáliám. Vrchná vrstva je často pololesklý alebo lesklý nikel, ktorý ponúka ďalšie dekoratívne a odolné vlastnosti proti opotrebovaniu.

Zvýšenie odolnosti proti korózii :

• V testoch soľnej hmly vykazujú magnety NdFeB pokovované Ni-Cu-Ni odolnosť voči korózii  500–1 000 hodín  predtým, ako sa objaví červená hrdza, v porovnaní s <24 hodiny  pre nepotiahnuté magnety. Toto predstavuje  20–40-násobné zlepšenie  v trvanlivosti.
• Viacvrstvová štruktúra znižuje pravdepodobnosť vzniku dierkovej korózie, čo je bežný spôsob poruchy v jednovrstvových náteroch. Medená medzivrstva slúži ako obetná anóda, ktorá chráni podkladový nikel v prípade lokálneho poškodenia povlaku.
• Niklovanie tiež zlepšuje odolnosť magnetu voči plynom obsahujúcim síru (napr. H₂S), ktoré môžu spôsobiť zakalenie a degradáciu nepotiahnutých magnetov.

B. Epoxidový náter

Epoxidové nátery sú termosetické polyméry, ktoré poskytujú výnimočnú chemickú odolnosť, tepelnú stabilitu a odolnosť voči vplyvom prostredia. Sú široko používané v námornom, automobilovom a priemyselnom priemysle, kde sú magnety NdFeB vystavené drsným podmienkam.

Kľúčové vlastnosti :

• Chemická odolnosť Epoxidové nátery odolávajú kyselinám (napr. HCl, H₂SO₄), zásadám (napr. NaOH) a organickým rozpúšťadlám (napr. acetón, etanol). Vďaka tomu sú ideálne na použitie v chemických spracovateľských závodoch alebo na ropných a plynových plošinách na mori.
• Tepelná stabilita Vysokoteplotné epoxidové nátery odolávajú nepretržitým prevádzkovým teplotám až  200°C  a maximálne teploty  380°C  bez degradácie. Toto prekračuje maximálnu prevádzkovú teplotu väčšiny magnetických tried NdFeB (napr. triedy N: 80°C, trieda AH: 230°C).
• Odolnosť voči soľnej hmle NdFeB magnety s epoxidovým povlakom vydržia >1 000 hodín  v testoch so slanou hmlou bez korózie, čím prekonáva poniklované magnety v morskom prostredí.
• Mechanické vlastnosti Epoxidové povlaky sú tvrdé, odolné voči oderu a nárazu, čím chránia magnet pred fyzickým poškodením počas manipulácie alebo prevádzky.

Príklad aplikácie :

• V lodných pohonných systémoch sa epoxidom potiahnuté magnety NdFeB používajú v motoroch s permanentnými magnetmi (PMM) pre elektrické lode. Povlaky zabraňujú korózii spôsobenej morskou vodou, čím predlžujú životnosť motora na >20 roky v porovnaní s <5 roky  pre nepotiahnuté magnety.

C. Kompozitné úpravy (Ni-Cu-Ni + epoxid)

Na dosiahnutie synergických výhod sa magnety NdFeB často ošetrujú kombináciou niklovania a epoxidového povlaku. Tento prístup využíva odolnosť niklu voči korózii a chemickú trvanlivosť epoxidu.

Priebeh procesu :

1. Niklovanie Magnet je najprv pokovovaný viacvrstvovým systémom Ni-Cu-Ni, ktorý poskytuje vodivý a korózii odolný podklad.
2. Epoxidový náter Vrstva epoxidovej živice sa nanáša na niklový povlak namáčaním, striekaním alebo elektrostatickým nanášaním. Náter sa potom vytvrdí pri  150–200°C  za vzniku zosieťovanej polymérnej siete.

Výhody výkonu :

• Zvýšená odolnosť proti korózii Kompozitný náter odolá >2 000 hodín  v testoch soľnej hmly, vďaka čomu je vhodný pre extrémne prostredia, ako sú veterné turbíny na mori alebo odsoľovacie zariadenia.
• Zlepšená priľnavosť Niklový povlak poskytuje drsný, pórovitý povrch, ktorý zlepšuje mechanické prepojenie s epoxidovým náterom a znižuje riziko delaminácie.
• Elektrická izolácia Epoxidová vrstva izoluje magnet od vodivých médií, čím zabraňuje galvanickej korózii v zostavách z viacerých kovov.

3. Porovnávacia analýza povrchových úprav

Výber povrchovej úpravy závisí od špecifických požiadaviek aplikácie vrátane závažnosti korózie, prevádzkovej teploty a nákladových obmedzení.

Kľúčové poznatky :

• Niklovanie  ponúka cenovo výhodné riešenie pre prostredia so strednou koróziou (napr. vnútorné priemyselné prostredie).
• Epoxidové nátery  sú uprednostňované pre náročné chemické alebo morské prostredie, kde je dlhodobá trvanlivosť kritická.
• Kompozitné ošetrenia  sú ideálne pre extrémne podmienky, kde je vyžadovaná odolnosť voči korózii aj teplote, aj keď za vyššiu cenu.

4. Budúce smery

Prebieha výskum zameraný na vývoj pokročilých povrchových úprav, ktoré ďalej zvyšujú odolnosť magnetov NdFeB proti korózii a zároveň znižujú náklady. Medzi sľubné prístupy patria:

• Nanokompozitné nátery Začlenenie nanočastíc (napr. SiO₂, TiO₂) do epoxidových alebo niklových povlakov na zlepšenie bariérových vlastností a samoopravných schopností.
• Atómová vrstvová depozícia (ALD) Nanášanie ultratenkých (nanometrových) oxidových vrstiev (napr. Al₂O₃, TiO₂) pre ochranu proti korózii bez dier.
• Biologicky odbúrateľné nátery Vývoj ekologických náterov na báze prírodných polymérov (napr. chitosan, lignín) pre udržateľné aplikácie.

5. Záver

Magnety NdFeB sú kvôli svojej reaktívnej mikroštruktúre veľmi náchylné na koróziu vo vlhkom alebo kyslom prostredí. Povrchové úpravy, ako je nikelovanie, epoxidový náter a kompozitné úpravy, však môžu výrazne zvýšiť ich odolnosť voči korózii a predĺžiť tak ich životnosť.  20–100x  v závislosti od metódy liečby. Výberom vhodnej povrchovej úpravy na základe požiadaviek aplikácie môžu inžinieri zabezpečiť spoľahlivý výkon magnetov NdFeB aj v tých najnáročnejších prostrediach.