Процеси површинске обраде за AlNiCo магнете: пасивација, електрофореза и галванизација, и њихове разлике у отпорности на корозију

1. Увод

Алуминијум-никл-кобалт (AlNiCo) магнети су перманентни магнети са одличним магнетним својствима, укључујући високу Киријеву температуру, добру термичку стабилност и високу коерцитивност. Широко се користе у сензорима, моторима, магнетним сепараторима и прецизним инструментима. Међутим, због свог металног састава, AlNiCo магнети су подложни корозији, посебно у влажним или агресивним срединама, што може деградирати њихове магнетне перформансе и механички интегритет. Процеси површинске обраде су неопходни за побољшање њихове отпорности на корозију, побољшање издржљивости и одржавање њихових магнетних својстава. Овај чланак разматра три основне методе површинске обраде за AlNiCo магнете - пасивацију, електрофорезу и галванизацију - и упоређује њихове разлике у отпорности на корозију.

2. Процеси површинске обраде за AlNiCo магнете

2.1 Пасивација

2.1.1 Дефиниција и механизам

Пасивација је хемијски или електрохемијски процес који формира танак, заштитни оксидни слој на површини метала, значајно смањујући његову брзину корозије. За AlNiCo магнете, пасивација обично подразумева третирање површине оксидационим средством (нпр. азотном киселином, хромном киселином или лимунском киселином) како би се формирао стабилан оксидни филм. Пасивациони слој делује као баријера, спречавајући корозивне супстанце (нпр. воду, кисеоник, хлориде) да доспеју до метала испод.

2.1.2 Кораци процеса

1. Чишћење : Површина AlNiCo магнета се чисти алкалним или киселим средствима за чишћење како би се уклонила уља, масти и други загађивачи.
2. Испирање : Очишћена површина се испира дејонизованом водом како би се уклонили остаци средстава за чишћење.
3. Пасивациони третман : Магнет се урања у раствор за пасивацију (нпр. 10–20% азотна киселина) на контролисаној температури (обично 20–60°C) током одређеног времена (5–30 минута).
4. Завршно испирање : Пасивирана површина се поново испире како би се уклонио преостали раствор за пасивацију.
5. Сушење : Магнет се суши врућим ваздухом или у рерни како би се осигурало потпуно уклањање влаге.

2.1.3 Предности

• Једноставан процес : Пасивација је релативно лака за извођење и не захтева сложену опрему.
• Исплативо : То је јефтинија метода површинске обраде у поређењу са галванизацијом или електрофорезом.
• Еколошки прихватљиво : Модерни раствори за пасивацију (нпр. на бази лимунске киселине) су мање опасни од традиционалних раствора на бази хромне киселине.

2.1.4 Ограничења

• Танки заштитни слој : Пасивациони слој је обично дебео само неколико нанометара, што пружа ограничену заштиту у веома корозивним срединама.
• Ограничене опције боја : Пасивација не пружа никакву декоративну завршну обраду; површина остаје метална.
• Није погодно за сва окружења : У агресивним окружењима (нпр. висока влажност, слани спреј), пасивација можда неће пружити довољну заштиту и могу бити потребни додатни премази.

2.2 Електрофореза (електрофоретско таложење, EPD)

2.2.1 Дефиниција и механизам

Електрофореза је процес површинског премазивања који користи електрично поље за наношење наелектрисаних честица (нпр. боје, смоле или керамике) на проводљиву подлогу. За AlNiCo магнете, електрофореза обично укључује премазивање површине епоксидном или акрилном смолом како би се формирао једнообразни, заштитни филм. Процес укључује урањање магнета у купку која садржи наелектрисане честице и примену напона једносмерне струје (DC), што узрокује да честице мигрирају ка магнету и таложе се на његовој површини.

2.2.2 Кораци процеса

1. Претходна обрада : Површина AlNiCo магнета се чисти и припрема (нпр. одмашћује, нагриза или пасивизира) како би се осигурало добро пријањање електрофоретског премаза.
2. Електрофоретски премаз : Магнет је уроњен у електрофоретску купку која садржи наелектрисане честице смоле. Једносмерни напон (обично 50–300 V) се примењује између магнета (катоде) и аноде, што узрокује миграцију честица смоле и њихово таложење на површини магнета.
3. Испирање : Обложени магнет се испире дејонизованом водом како би се уклониле све невезане честице смоле.
4. Стврдњавање : Премазани магнет се пече у рерни на одређеној температури (обично 150–200°C) током одређеног времена (20–60 минута) да би се смола стврднула и формирао тврд, заштитни филм.

2.2.3 Предности

• Равномерно наношење премаза : Електрофореза обезбеђује равномерну дебљину премаза, чак и на деловима сложеног облика.
• Одлична отпорност на корозију : Стврднути филм од смоле пружа добру заштиту од влаге, хемикалија и слане прскалице.
• Декоративна завршна обрада : Електрофоретски премази су доступни у различитим бојама, пружајући и заштиту и естетику.
• Еколошки прихватљиво : Модерни електрофоретски премази имају мало испарљивих органских једињења (ВОЦ) и испуњавају еколошке прописе.

2.2.4 Ограничења

• Трошкови опреме : Електрофореза захтева специјализовану опрему, укључујући напајање, каду за премазивање и пећ за сушење, што може бити скупо.
• Сложеност процеса : Процес обухвата више корака (претходна обрада, премазивање, испирање, сушење), што захтева пажљиву контролу параметара (напон, температура, време).
• Ограничена дебљина : Електрофоретски премази су обично дебљине 20–50 μm, што можда није довољно за изузетно тешке услове окружења.

2.3 Галванизација

2.3.1 Дефиниција и механизам

Галванизација је процес којим се танак слој метала (нпр. никл, хром, цинк или злато) наноси на површину проводљиве подлоге коришћењем електролитичког раствора. За AlNiCo магнете, галванизација се обично користи за побољшање отпорности на корозију, отпорности на хабање и изгледа. Процес укључује урањање магнета у електролитну купку која садржи металне јоне и примену једносмерне струје, што узрокује редукцију металних јона и њихово таложење на површину магнета.

2.3.2 Кораци процеса

1. Претходна обрада : Површина AlNiCo магнета се чисти (нпр. одмашћује, нагриза киселином или полира) како би се уклонили загађивачи и осигурало добро пријањање позлаћеног слоја.
2. Галванизација : Магнет се урања у електролитну купку која садржи металне јоне (нпр. никл сулфат за никловање). Примењује се једносмерна струја, што узрокује таложење металних јона на површини магнета.
3. Испирање : Позлаћени магнет се испире дејонизованом водом како би се уклонио преостали електролит.
4. Накнадна обрада : Позлаћена површина може бити подвргнута додатним третманима (нпр. пасивацији, полирању или заптивању) како би се побољшала отпорност на корозију или изглед.

2.3.3 Уобичајени електроплатирани премази за AlNiCo магнете

• Никловање : Никл пружа добру отпорност на корозију и широко се користи за AlNiCo магнете. Може се додатно побољшати хромираним завршним премазом за побољшану отпорност на хабање и корозију.
• Хромирање : Хром нуди одличну отпорност на корозију и сјајан, декоративан финиш. Међутим, шестовалентни хром (Cr⁶⁺) је токсичан и његова употреба је ограничена у многим регионима.
• Цинкање : Цинк пружа жртвену заштиту основном металу, али је мање издржљив од никла или хрома и обично се користи за унутрашњу употребу.
• Позлаћивање : Злато нуди одличну отпорност на корозију и користи се за висококвалитетне примене где су важни и заштита и естетика. Међутим, скупо је и не користи се често за AlNiCo магнете.

2.3.4 Предности

• Одлична отпорност на корозију : Електроплатирани премази (посебно никл и хром) пружају врхунску заштиту од корозије, чак и у тешким условима.
• Декоративна завршна обрада : Галванизација може пружити светлу, рефлектујућу површину, побољшавајући изглед AlNiCo магнета.
• Прилагодљива дебљина : Дебљина галванизованог слоја може се контролисати (обично 5–50 μм) како би се задовољили специфични захтеви.

2.3.5 Ограничења

• Еколошке забринутости : Неки процеси галванизације (нпр. хексавалентно хромирање) укључују опасне хемикалије и захтевају строг третман отпада.
• Висока цена : Галванизација може бити скупа због трошкова металних соли, потрошње енергије и третмана отпада.
• Водонична кртост : Галванизација може унети водоник у метал, што доводи до кртости и смањења механичких својстава. Ово је посебно забрињавајуће за магнете велике чврстоће.

3. Поређење отпорности на корозију различитих површинских третмана

Отпорност AlNiCo магнета на корозију зависи од врсте примењене површинске обраде. Следећа табела сумира отпорност на корозију пасивације, електрофорезе и галванизације у различитим окружењима:

3.1 Влажна средина

• Пасивација : Танки оксидни слој пружа ограничену заштиту у влажним срединама. Временом, влага може продрети у слој и изазвати корозију, посебно ако околина садржи загађиваче (нпр. сумпор-диоксид).
• Електрофореза : Премаз од епоксидне или акрилне смоле пружа добру заштиту од влаге, спречавајући корозију током дужег периода.
• Галванизација : Никл и хром премази пружају одличну заштиту у влажним срединама због своје густе, непорозне структуре.

3.2 Окружење са сланом прскалицом

• Пасивација : Пасивирани AlNiCo магнети нису погодни за дуготрајно излагање сланој прскалици, јер хлоридни јони могу брзо продрети у танки оксидни слој и изазвати корозију.
• Електрофореза : Електрофоретски премази су веома отпорни на слани спреј и могу заштитити магнет хиљадама сати у тестовима сланог спреја (нпр. ASTM B117).
• Галванизација : Никл и хром премази пружају врхунску заштиту од слане прскалице, при чему неки премази трају преко 10.000 сати у тестовима слане прскалице без знакова корозије.

3.3 Хемијска средина

• Пасивација : Пасивациони слој није отпоран на јаке киселине или базе и може се лако растворити, што доводи до корозије основног метала.
• Електрофореза : Електрофоретски премази су отпорни на благе хемикалије (нпр. уља, раствараче), али се могу разградити у јаким киселинама или базама.
• Галванизација : Никл и хром премази пружају одличну отпорност на већину хемикалија, укључујући киселине, базе и раствараче, што их чини идеалним за тешка индустријска окружења.

3.4 Издржљивост

• Пасивација : Пасивациони слој је склонан хабању и може се лако изгребати или уклонити, смањујући његов заштитни ефекат.
• Електрофореза : Електрофоретски премази су трајнији од пасивације, али се и даље могу огребати или крњити, излажући основни метал корозији.
• Галванизација : Електроплатирани премази су веома издржљиви и отпорни на хабање, абразију и ударце, пружајући дуготрајну заштиту.

3.5 Цена

• Пасивација : Пасивација је најјефтинија метода површинске обраде, што је чини погодном за примене осетљиве на трошкове где је прихватљива умерена отпорност на корозију.
• Електрофореза : Електрофореза има умерену цену, нудећи добар баланс између цене и перформанси за многе индустријске примене.
• Галванизација : Галванизација је најскупља метода површинске обраде због трошкова металних соли, потрошње енергије и третмана отпада. Међутим, пружа највиши ниво заштите и издржљивости.

4. Препоруке за избор површинске обраде

Избор површинске обраде за AlNiCo магнете зависи од специфичних захтева примене, укључујући радно окружење, жељени век трајања и буџетска ограничења. Следеће препоруке могу помоћи у процесу избора:

4.1 За затворено или благо отворено окружење

• Пасивација : Погодно за примене где су захтеви за отпорност на корозију умерени, а цена је примарна брига. Примери укључују потрошачку електронику, сензоре и магнетне сепараторе који раде у сувим срединама.
• Електрофореза : Пожељна је за примене које захтевају бољу отпорност на корозију и декоративну завршну обраду. Примери укључују аутомобилске компоненте, канцеларијску опрему и индустријске машине.

4.2 За тешке услове на отвореном или у морском окружењу

• Галванизација (никл/хром) : Препоручује се за примене изложене сланој прскалици, високој влажности или агресивним хемикалијама. Примери укључују поморску опрему, офшор платформе и опрему за хемијску прераду.
• Електрофореза са завршним премазом : Алтернатива галванизацији, где се завршни премаз (нпр. полиуретан) наноси преко електрофоретског премаза ради побољшања отпорности на корозију и издржљивости.

4.3 За високоперформансне или критичне апликације

• Галванизација (никл/хром) : Најбољи избор за примене које захтевају највиши ниво отпорности на корозију, издржљивости и изгледа. Примери укључују ваздухопловне компоненте, медицинске уређаје и прецизне инструменте.
• Вишеслојни премази : За екстремне услове окружења, може се користити комбинација површинских третмана (нпр. пасивација + електрофореза + галванизација) како би се обезбедила синергистичка заштита.

5. Закључак

Површинска обрада је неопходна за побољшање отпорности AlNiCo магнета на корозију и осигуравање њихових дугорочних перформанси у различитим окружењима. Пасивација, електрофореза и галванизација су три широко коришћене методе површинске обраде, свака са својим предностима и ограничењима. Пасивација је исплатива опција за благе услове, али нуди ограничену заштиту у агресивним условима. Електрофореза пружа добру равнотежу између цене и перформанси, нудећи уједначену отпорност на корозију и декоративну завршну обраду. Галванизација, посебно никлом или хромом, нуди највиши ниво заштите и издржљивости, што је чини идеалном за тешка окружења и критичне примене.

Приликом избора методе површинске обраде, кључно је узети у обзир специфичне услове рада, жељени век трајања и буџетска ограничења. Избором одговарајуће површинске обраде, произвођачи могу значајно побољшати отпорност AlNiCo магнета на корозију, осигуравајући њихову поузданост и перформансе у различитим применама.