烧结NdFeB磁体表面脉冲电沉积Ni基-纳米颗粒复合镀层耐腐蚀性能及其机理研究

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烧结NdFeB磁体的发展极大地推动了生产装备集成化、轻量化和小型化发展。但是由于其独特的相结构和制备工艺导致其耐腐蚀性能较差,腐蚀现象会造成磁体的磁性能急剧恶化从而导致其失效,使其服役稳定性降低、使用成本增加。本文采用脉冲电沉积技术在磁体表面制备耐腐蚀防护层,脉冲电沉积能够显著提升镀层表面质量,利用其回路特性在磁体表面制备金属镀层,通过脉冲参数的调控来优化镀层表面质量,提升磁体的耐腐蚀性能。其次,研究了纳米颗粒种类和浓度对镀层耐腐蚀性能的变化规律,该技术对镀层的性能提升著,且高性能复合镀层制备及其腐蚀机理也具有很大的研究和应用价值。(1)本文在磁体表面脉冲电沉积Ni镀层,电沉积过程中对脉冲占空比、频率和电流密度进行调控,研究脉冲参数与Ni镀层耐腐蚀性能之间的变化规律。结合微观形貌和结构表征,分析其参数变化对Ni镀层的表面质量和耐腐蚀性能的影响机理。研究发现,当占空比为60%、频率为1000 Hz、电流密度为6 A·dm-2时,Ni镀层的表面质量和耐腐蚀性能最佳。(2)利用优化后的脉冲参数在磁体表面电沉积Ni镀层,通过控制电沉积时间来调整镀层的厚度,分析了镀层厚度对其耐腐蚀性能的影响。随着镀层厚度的增加,镀层的耐腐蚀性能提升微弱,但磁体的磁性能有所下降,这主要由于Ni镀层的磁屏蔽效应导致其磁矩损耗。综合考虑上述两方面的影响来确定合理的电沉积时间,在保证Ni镀层耐腐蚀性能稳定的同时使其磁性能损耗较小。(3)将常规直流参数下Ni镀层与脉冲电沉积Ni镀层进行对比研究,采用电化学性能测试、微观结构表征与理论计算相结合的方式分析脉冲Ni镀层耐腐蚀性能强化机理。研究发现脉冲电沉积能够促使镀层沿(111)密排面择优生长,镀层的致密度增加。另外,采用第一性原理计算模拟不同晶面对O的扩散能垒,发现O在(111)晶面扩散更容易导致该晶面氧浓度较高,因此在微观电化学腐蚀过程中(111)和(100)晶面分别作为阴极和阳极。脉冲Ni镀层中(100)阳极数量减少,镀层表面微观电化学腐蚀位点减少,令脉冲Ni镀层具有更好的耐腐蚀性能。(4)本文成功制备了Ni-Y2O3、Ni-石墨烯复合镀层,对复合镀层中纳米颗粒的分布和微观结构进行研究,分析纳米颗粒掺杂对复合镀层质量的影响和强化机理。当nano-Y2O3/石墨烯的浓度分别为0.60 g/L和0.05 g/L时,Ni-Y2O3、Ni-石墨烯复合镀层的耐腐蚀性能最佳。但是纳米颗粒浓度过高纳米颗粒发生团聚,导致复合镀层表面晶粒异常长大,镀层的耐腐蚀性能变差。
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