烧结钕铁硼表面防护涂层的制备与腐蚀行为研究

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由于拥有优异的磁性能,近年来,烧结钕铁硼材料已成为时下最热门的稀土永磁材料,被广泛应用于电子、医疗、航空航天等领域,但是其耐蚀性较差,很大程度上限制了其应用范围,因此提高钕铁硼耐蚀性能是现阶段钕铁硼运用中亟待解决的问题。本论文分别进行阴极电化学沉积(电镀)Ce O2薄膜与磁控溅射Al/Cr双层膜,系统研究了薄膜制备工艺参数与薄膜整体性能之间的关系,主要研究工作如下:(1)电镀方面,通过电化学工作站的恒电流模式(Chronopotentiometry Parameters)制备Ce O2薄膜。首先通过电流大小、电解质Ce(NO3)3溶液浓度、电解质溶液与添加剂CH3COONH4溶液体积比、沉积时间等4种沉积参数进行工艺调试,在钕铁硼基底上制备出一块完整的Ce O2薄膜。然后对整个电镀环境进行升温处理,并设计温度对比实验,在钕铁硼基底表面制备出不同温度条件下的Ce O2薄膜。经接触角测试与电化学极化腐蚀测试,结果表明:电镀温度为75℃时,薄膜具有超疏水性能,其接触角为163.9°;电镀温度为60℃时,样品具有最佳抗腐蚀性,腐蚀电流密度为4.01×10-7 A/cm~2,较纯钕铁硼下降约2个数量级,电化学阻抗峰值为1200Ω,较钕铁硼磁体提高了700Ω。结合浸渍实验分析了镀膜样品的腐蚀生长机理,随着腐蚀反应的进行,基底表面发生析氢反应,释放出的H2将薄膜表面的缺陷扩大,致使基底发生腐蚀。最后,在温度恒定为60℃的情况下,探究电解质溶液浓度、电解质溶液与添加剂体积比对电镀实验的影响。经SEM、XRD表征与电化学腐蚀测试,结果表明:当电解质Ce(NO3)3溶液浓度为0.025 M、电解质溶液与添加剂体积比为100:1的情况下,在钕铁硼表面制备的Ce O2薄膜的致密性与耐蚀性相对最优。(2)磁控溅射方面,利用直流磁控溅射在烧结钕铁硼表面制备了Al/Cr双层薄膜,其中,Al膜作为中间层加强基底与Cr层之间的结合力,表层Cr膜对整体腐蚀防护起着主导作用。本实验通过调控Cr膜溅射功率,制备出耐蚀性能较优的Al/Cr双层膜。实验结果表明:Cr膜溅射功率为40 W时,样品薄膜的耐蚀性能达到最优,腐蚀电流密度6.17×10-8A/cm~2,较纯钕铁硼下降约3个数量级,电化学阻抗峰值为1300Ω,较纯钕铁硼提高800Ω;结合原位浸渍腐蚀实验分析了镀膜样品的腐蚀生长机理,随着腐蚀反应的进行,基底表面首先发生钝化反应,然后基底表面发生析氢反应,薄膜表面的缺陷扩大,致使基底发生腐蚀;经纳米压痕测试与磁性能测试,镀膜样品的硬度和弹性模量较纯钕铁硼分别提高了2.1 GPa和39.5 GPa,且矫顽力上升了约2.5 k Oe;XPS测试表明,暴露在空气中的最外层Cr膜易氧化成Cr2O3,为钕铁硼基底提供良好的腐蚀防护效果。
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