燒結(jié)釹鐵硼永磁材料腐蝕機理及酸洗工藝對基體的影響

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1、中國嚀波燒結(jié)釹鐵硼永磁材料腐蝕機理及酸洗工藝對基體的影響2007年10月燒結(jié)釹鐵硼永磁材料腐蝕機理及酸洗工藝對基體的影響寧波韻升高科磁業(yè)電鍍事業(yè)部曹立斌曾琦勇摘要：介紹了燒結(jié)NdnB永磁材料在幾種典型環(huán)境中的腐蝕機理，闡述了目前采用的NdnB酸洗工藝對磁體的腐蝕情況關(guān)鍵詞：釹鐵硼永磁材料腐蝕機理；酸洗工藝NdFeB永磁材料是80年代發(fā)展起來的第3代新型功能材料，永磁材料是一種不需要消耗電能就可以持續(xù)提供磁能的物體，它具有能量轉(zhuǎn)換功能。是重要的功能材料。NdFeB永磁體以其極高的“磁能積”轟動于世，成為目前世界上最強的永磁體。它的問世，在永磁材料發(fā)展史上具有重

2、要地位。已在微波通訊、音像、儀器儀表、電機工程、計算機磁分離、磁療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為新技術(shù)應(yīng)用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。由于材料中Nd含量高，材料的化學性質(zhì)極為活潑，所以材料在潮濕的空氣中極易氧化。與酸發(fā)生強烈的反應(yīng)。NdFeB合金的晶界處存在富Nd相，極易產(chǎn)生晶間腐蝕，嚴重時，產(chǎn)生大量Nd的氧化物和氫化物使材料粉化。又因具有選擇性腐蝕，從而導(dǎo)致磁性能下降。另外NdFeB永磁材料是通過粉末冶金燒結(jié)成型的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率高，表面狀況較差，脆性大。如不采取措施，由于鍍層的結(jié)合力及耐蝕性差。將嚴重影響鍍層的防護性能。NdFeB盡管具有優(yōu)異的磁性能，但卻存在耐腐蝕

3、性能差的缺點，限制了它的進一步推廣應(yīng)用。目前該問題已經(jīng)成為NdFeB產(chǎn)業(yè)的一個共性問題。因此，對NdFeB永磁材料的腐蝕機理及表面防護技術(shù)的研究具有十分重要的意義。1腐蝕機理1．1NdFeB永磁體的相組成燒結(jié)釹鐵硼永磁體主要采用粉末冶金法進行生產(chǎn)，它至少同時存在以下4種不同的相：(1)基體相(主相)：Nd2Fel屆相。它是在1200℃左右通過包晶反應(yīng)形成的，是合金中唯一的磁性相。NdFeB磁體的優(yōu)異的磁性能主要歸功于Nd：Fe，4B相的高飽和磁化強度(¨0Ms=1．6T)和各向異性場(7．3T1。(2)富Nd相：(75％～85％)NdFe余(wt％)。其熔點

4、為650一7()occ，是合金中最后凝固的，處于已凝固的晶粒之間，是包覆基體相的薄層相。它雖然是非磁性相，但由于其低熔點特性，在燒結(jié)時彌散分布于主相周圍，不但起到使燒結(jié)體致密化的作用，還使晶粒長大受到抑制，促進矯頑力提高，因此是必不可少的。(3)富B相：Nd。Fe4B。。當合金中硼含量超過Nd：Fe，4B的正常成分時才形成，它對磁性能沒有貢獻，一般數(shù)量極小，對磁性能影響不大。(4)d—Fe：其熔點為1520℃，是合金中熔點最高的相，最先從液態(tài)合金中折出。a—Fe是軟磁相，它的存在導(dǎo)致了主相的減少和富釹相的增加，破壞了主相和富釹相的最佳配比，損害了主相晶粒的磁

5、取向，同時還使燒結(jié)過程中局部區(qū)域的晶粒粗化，不僅使磁性能惡化，也使電鍍層組織變壞，影響防護作用。因此，從制造工藝上采取措施盡量減少或清除d—Fe相的產(chǎn)生，如片鑄工藝和快淬工藝等。196中國嚀波海峽兩岸表面精飾循環(huán)經(jīng)濟研討會論文集：。年。。月1．2NdFeB腐蝕特點與機理NdFeB永磁體的易腐蝕性一方面是由于Nd是化學活性最高的元素之一，它的標準電勢Eo(NdⅦd)一2．431v；另一方面，該合金是一種多相結(jié)構(gòu)，各相間電化學位相差較大，易引起電化學腐蝕。研究表明，NdFeB磁體的腐蝕主要發(fā)生在以下3種環(huán)境中：暖濕環(huán)境、電化學環(huán)境、長時間高溫環(huán)境(>250c

6、c

7、)。1．2．1高溫環(huán)境在干燥環(huán)境中，當溫度低于150℃時，NdFeB磁體氧化速度很慢。但在較高溫度下，富Nd區(qū)會發(fā)生如下反應(yīng)：4Nd+30F2Ndn。隨后，Nd2Fe。4B相會分解生成Fe和Nd203進一步氧化，還將出現(xiàn)F印，等產(chǎn)物。1．2．2暖濕環(huán)境在暖濕條件下，NdFeB磁體表層的富釹晶界相首先與環(huán)境中的水蒸氣按下式發(fā)生腐蝕反應(yīng)：3H20+Nd=Nd(0H)3+3H。反應(yīng)生成的H滲入晶界中，與富Nd相發(fā)生進一步的反應(yīng)：Nd+3H=NdH3造成晶界腐蝕。NdH3的生成將會使晶界體積增大，造成晶界應(yīng)力，導(dǎo)致晶界破壞，嚴重時會使晶界斷裂造成磁體粉化。環(huán)境濕度對

8、磁體耐蝕性的影響要遠比溫度的影響大得多，這是因為磁體在干燥的氧化環(huán)境下，形成的腐蝕產(chǎn)物薄膜較致密，在一定程度上將磁體與環(huán)境分隔開，阻止了磁體的進一步氧化。而在潮濕的環(huán)境下生成的氫氧化物和含氫化合物不致密。不能阻止H：o對其的進一步作用。特別是當環(huán)境濕度過大時，如果磁體表面有液態(tài)水存在時，將會發(fā)生電化學腐蝕。1．2．3電化學環(huán)境在電化學環(huán)境中，NdFeB磁體中各相的電化學電勢不同。富釹相和富硼相相對于Nd：Fe．4B來說成為陽極，將會優(yōu)先發(fā)生腐蝕，形成局部腐蝕的微電池。這種微電池具有大陰極小陽極的特點，少量的富釹相和富硼相作為陽極承擔了很大的腐蝕電流密度，而它

9、們是分布于Nd：Fe，4B相的晶界上的，這樣就會加速