Да ли ће феритни магнети бити кородирани?

Феритни магнети, широко коришћена врста сталног магнета, познати су по својој исплативости и релативно стабилним магнетним својствима. Међутим, као и многи други материјали, нису потпуно имуни на корозију. Овај чланак детаљно истражује понашање феритних магнета у случају корозије, укључујући факторе који утичу на корозију, врсте корозије којима могу бити подвргнути, последице корозије, методе за спречавање корозије и примене у стварном свету где је отпорност на корозију кључна. Разумевањем ових аспеката, можемо боље користити феритне магнете у различитим окружењима и продужити њихов век трајања.

1. Увод

Феритни магнети, познати и као керамички магнети, састоје се углавном од гвожђе оксида (Fe₂O₃) и једног или више других металних оксида, као што су стронцијум оксид (SrO) или баријум оксид (BaO). Популарни су у многим применама због ниске цене, високе коерцитивности и добре отпорности на демагнетизацију на високим температурама. Ипак, корозија остаје проблем јер може значајно утицати на магнетне перформансе, механички интегритет и укупну функционалност ових магнета. Овај чланак има за циљ да пружи свеобухватну анализу корозије феритних магнета.

2. Састав и структура феритних магнета

2.1 Хемијски састав

Основна хемијска формула за стронцијум феритне магнете је SrO·6Fe₂O₃, а за баријум феритне магнете је BaO·6Fe₂O₃. Компонента гвожђе оксида обезбеђује магнетна својства, док стронцијум или баријум оксид делује као стабилизатор, утичући на кристалну структуру и магнетне карактеристике. Присуство ових елемената и њихови односи играју кључну улогу у одређивању корозивног понашања феритних магнета.

2.2 Кристална структура

Феритни магнети имају хексагоналну кристалну структуру, тачније магнетоплумбитну структуру. Ова структура се састоји од слојева јона кисеоника са металним јонима (гвожђе, стронцијум или баријум) који заузимају специфична међупросторна места. Јединствена кристална структура даје феритним магнетима њихова карактеристична магнетна својства, али такође утиче на њихову интеракцију са околном средином и подложност корозији.

3. Фактори који утичу на корозију феритних магнета

3.1 Фактори животне средине

• Влажност : Висок ниво влажности може убрзати корозију феритних магнета. Влага у ваздуху може реаговати са површином магнета, посебно ако на површини постоје нечистоће или дефекти. Вода може деловати као електролит, олакшавајући електрохемијске реакције корозије. На пример, у влажном индустријском окружењу, феритни магнети који се користе у моторима или сензорима могу бити изложени воденој пари, што доводи до стварања производа корозије на њиховим површинама.
• Температура : Температура може имати значајан утицај на брзину корозије. Генерално, више температуре повећавају кинетичку енергију молекула, подстичући хемијске реакције укључене у корозију. Поред тога, промене температуре могу изазвати термички стрес у магнету, што може довести до стварања микропукотина. Ове пукотине могу пружити путеве за продирање корозивних супстанци у магнет, убрзавајући процес корозије. На пример, феритни магнети који се користе у аутомобилској индустрији могу искусити велике температурне варијације, од хладног старта зими до рада на високим температурама испод хаубе, што може утицати на њихову отпорност на корозију.
• Корозивни гасови : Присуство корозивних гасова у окружењу, као што су сумпор-диоксид (SO₂), водоник-сулфид (H₂S) и хлор (Cl₂), такође може изазвати корозију феритних магнета. Ови гасови се могу растворити у влази на површини магнета и формирати киселе или алкалне растворе, који могу напасти металне оксиде у магнету. На пример, у хемијском постројењу где се SO₂ емитује током производног процеса, феритни магнети који се користе у опреми могу бити кородирани киселим раствором који настаје реакцијом SO₂ са водом.

3.2 Материјални фактори

• Чистоћа сировина : Чистоћа гвожђе оксида, стронцијум оксида или баријум оксида који се користе у производњи феритних магнета може утицати на њихову отпорност на корозију. Нечистоће у сировинама могу деловати као места за почетак корозије. На пример, ако постоје трагови других металних јона или неметалних елемената у гвожђе оксиду, они могу формирати галванске ћелије са јонима гвожђа, убрзавајући процес електрохемијске корозије.
• Микроструктура : Микроструктура феритног магнета, укључујући величину зрна, границе зрна и присуство пора или дефеката, може утицати на његово понашање у корозији. Ситнозрни магнети генерално имају бољу отпорност на корозију од крупнозрних, јер границе зрна могу деловати као баријере за ширење корозије. Поре и дефекти на површини или унутар магнета могу пружити подручја за акумулацију корозивних супстанци и покренути корозију.

4. Врсте корозије код феритних магнета

4.1 Електрохемијска корозија

Електрохемијска корозија је најчешћи тип корозије код феритних магнета. До ње долази када су две различите металне фазе или региони са различитим електрохемијским потенцијалима у контакту у присуству електролита. Код феритних магнета, јони гвожђа и јони стронцијума или баријума могу формирати галванску ћелију под одређеним условима. Гвожђе, будући да је реактивније, делује као анода и подлеже оксидацији, док јони стронцијума или баријума делују као катода. Укупна реакција се може представити на следећи начин:

Анодна реакција: Fe→Fe2++2e−

Катодна реакција: 2H2​O+O2​+4e−→4OH−

Јони Fe2+ могу даље реаговати са OH− јонима и формирати хидроксиде гвожђа, који се затим могу оксидовати и формирати оксиде гвожђа (продукте корозије). Ова врста корозије се често примећује код феритних магнета изложених влажним срединама или воденим растворима.

4.2 Хемијска корозија

Хемијска корозија настаје када површина феритног магнета директно реагује са корозивним супстанцама у околини без учешћа електричне струје. На пример, феритни магнети могу реаговати са јаким киселинама или алкалијама. Када су изложени јакој киселини, као што је хлороводонична киселина (HCl), гвоздени оксид у магнету може реаговати на следећи начин:

Фе2​О3​+6ХЦл→2ФеЦл3​+3Х2​О

Ова реакција доводи до растварања материјала магнета и стварања растворљивих соли гвожђа, што резултира погоршањем физичких и магнетних својстава магнета.

4.3 Напон - Пуцање од корозије

Пуцање услед корозије под напоном (SCC) је врста корозије која настаје када је материјал под затезним напоном у корозивном окружењу. Код феритних магнета, напон се може увести током производног процеса, као што је током пресовања, синтеровања или машинске обраде. Када је магнет изложен корозивном окружењу, пукотине могу настати и ширити се дуж граница зрна или кроз зрна, што доводи до квара магнета. На пример, феритни магнети који се користе у применама са високим напрезањем, као што су неке ваздухопловне компоненте, могу бити подложни SCC-у ако окружење садржи корозивне супстанце.

5. Последице корозије на феритним магнетима

5.1 Деградација магнетних својстава

Корозија може значајно деградирати магнетна својства феритних магнета. Формирање продуката корозије на површини магнета може променити расподелу магнетног поља и смањити густину магнетног флукса. Како корозија напредује, запремина магнета се може променити због формирања продуката корозије, што такође може утицати на његове магнетне перформансе. На пример, у магнетном сепаратору који користи феритне магнете, корозија може смањити ефикасност сепарације смањењем магнетне силе која делује на магнетне честице.

5.2 Губитак механичког интегритета

Корозија може ослабити механичку структуру феритних магнета. Формирање пукотина услед пуцања услед напонске корозије или растварања материјала хемијском корозијом може смањити чврстоћу и жилавост магнета. То може довести до лома магнета под механичким напрезањем, као што су вибрације или удар. У применама где је магнет изложен великим механичким оптерећењима, као што је случај код неких индустријских машина, механички квар изазван корозијом може имати озбиљне последице.

5.3 Естетска оштећења

У применама где је изглед феритног магнета важан, као што је случај са потрошачком електроником или декоративним предметима, корозија може проузроковати естетска оштећења. Формирање производа корозије сличних рђи на површини магнета може учинити да изгледа ружно и смањити његову тржишну вредност.

6. Методе за спречавање корозије феритних магнета

6.1 Површински премази

• Епоксидни премази : Епоксидни премази се широко користе за заштиту феритних магнета од корозије. Епоксидне смоле имају добру адхезију на површину магнета и могу формирати континуирани, непропусни слој који спречава контакт корозивних супстанци са магнетом. Такође имају добру хемијску отпорност и могу издржати широк спектар услова околине. На пример, феритни магнети који се користе у спољашњој примени, као што су магнетне кваке на вратима, могу бити премазани епоксидом како би се заштитили од кише и влаге.
• Никловање : Никловање је још једна ефикасна метода заштите од корозије. Никл формира густ, корозију отпоран слој на површини магнета. Такође има добру електричну проводљивост, што може бити корисно у неким применама где магнет треба да проводи електрицитет. Никловани феритни магнети се често користе у електронским компонентама, као што су звучници и мотори.
• Париленски премази : Парилен је полимерни премаз који се може нанети на феритне магнете поступком наношења из паре. Формира танак, уједначен и конформан премаз који пружа одличну заштиту од влаге, хемикалија и прашине. Феритни магнети обложени париленом су погодни за високопрецизне примене, као што су медицински уређаји и ваздухопловне компоненте.

6.2 Контрола животне средине

• Контрола влажности : Контрола нивоа влажности у окружењу где се феритни магнети складиште или користе може значајно смањити ризик од корозије. То се може постићи употребом одвлаживача ваздуха у складишним просторима или затварањем магнета у амбалажу отпорну на влагу. У индустријским условима, правилна вентилација такође може помоћи у смањењу нивоа влажности.
• Контрола температуре : Одржавање стабилне температуре може минимизирати термичко напрезање феритних магнета и смањити брзину корозије. Избегавање екстремних температурних варијација може спречити стварање микропукотина и убрзање реакција корозије. На пример, у аутомобилској индустрији, одговарајући системи за управљање температуром могу помоћи у заштити феритних магнета од ефеката температурних промена.
• Уклањање корозивних гасова : У окружењима где су присутни корозивни гасови, могу се предузети мере за уклањање или смањење њихове концентрације. То може укључивати употребу система за филтрацију ваздуха, пречишћивача или избор материјала који су мање осетљиви на специфичне корозивне гасове. На пример, у хемијским постројењима могу се инсталирати системи за пречишћавање ваздуха како би се уклонили SO₂ и други корозивни гасови из ваздуха пре него што дође у контакт са феритним магнетима.

6.3 Избор материјала и оптимизација дизајна

• Избор сировина високе чистоће : Употреба високочистог гвожђе оксида, стронцијум оксида или баријум оксида у производњи феритних магнета може смањити број нечистоћа које могу деловати као места за почетак корозије. Ово може побољшати укупну отпорност магнета на корозију.
• Оптимизација микроструктуре : Правилним производним процесима, као што је контрола температуре и времена синтеровања, микроструктура феритног магнета може се оптимизовати како би се побољшала његова отпорност на корозију. Могу се произвести ситнозрнасти магнети са мање дефеката и пора, који су отпорнији на корозију.
• Разматрања дизајна : Приликом дизајнирања производа који користе феритне магнете, треба узети у обзир факторе као што су изложеност магнета околини и примена механичког напрезања. На пример, пројектовање магнета са заштитним кућиштем или заштитом може смањити њихову изложеност корозивним супстанцама и механичким оштећењима.

7. Примене у стварном свету и захтеви за отпорност на корозију

7.1 Аутомобилске примене

У аутомобилској индустрији, феритни магнети се користе у разним компонентама, као што су мотори, сензори и актуатори. Ове компоненте су често изложене тешким условима окружења, укључујући високу влажност, температурне промене и присуство корозивних супстанци као што је со за посипање путева. Стога, феритни магнети који се користе у аутомобилској индустрији морају имати високу отпорност на корозију. Површински премази, као што су епоксидна смола или никловање, се обично користе за заштиту ових магнета. Поред тога, примењују се и одговарајуће мере дизајна и контроле животне средине како би се осигурала дугорочна поузданост магнетних компоненти.

7.2 Потрошачка електроника

Феритни магнети се широко користе у потрошачкој електроници, као што су звучници, слушалице и хард дискови. У овим применама, магнети су обично затворени унутар уређаја, али и даље могу бити изложени влази током времена. Корозија може утицати на магнетне перформансе магнета, што доводи до смањеног квалитета звука у звучницима или грешака у подацима у хард дисковима. Да би спречили корозију, произвођачи често користе површинске премазе и обезбеђују правилно заптивање електронских уређаја.

7.3 Индустријске примене

У индустријским условима, феритни магнети се користе у магнетним сепараторима, транспортним системима и уређајима за дизање. Ове примене често укључују излагање корозивним хемикалијама, абразивним материјалима и окружењима са високом влажношћу. Корозија не само да може деградирати магнетна својства магнета, већ и изазвати механичке кварове, што доводи до застоја у производњи и безбедносних опасности. Стога су неопходне строге мере за спречавање корозије, као што су вишеслојни површински премази и редовно одржавање, како би се осигурао поуздан рад индустријске магнетне опреме.

8. Закључак

Феритни магнети, иако имају многе предности, подложни су корозији под одређеним условима околине и материјала. Фактори који утичу на корозију, укључујући факторе околине као што су влажност, температура и корозивни гасови, и факторе материјала као што су чистоћа и микроструктура, играју кључну улогу у одређивању понашања ових магнета у корозивном раду. Различите врсте корозије, као што су електрохемијска, хемијска и корозија под напоном, могу имати значајне последице на магнетна својства, механички интегритет и естетику феритних магнета. Међутим, кроз различите методе спречавања корозије, укључујући површинске премазе, контролу животне средине и избор материјала и оптимизацију дизајна, отпорност феритних магнета на корозију може се ефикасно побољшати. Разумевање понашања корозије и метода спречавања феритних магнета је неопходно за њихову успешну примену у широком спектру индустрија, од аутомобилске и потрошачке електронике до индустријских услова. Применом одговарајућих мера заштите од корозије можемо продужити век трајања феритних магнета и осигурати њихов поуздан рад у различитим окружењима.