CC BY
13
УДК 544.032.53
Алисултанов М.Э., Абдурахмонов О.Э., Вертаева Д.А., Мурадова А.Г.
НАНЕСЕНИЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА НАНОКОМПОЗИТНЫЙ ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ Nd-Fe-B
Алисултанов Марат Эхсанович - магистрант 1-го года обучения, кафедры наноматериалов и нанотехнологии; e-mail: [email protected].
Абдурахмонов Одилжон Эшмухаммад угли - аспирант 4-го года обучения кафедры наноматериалов и нанотехнологии
Вертаева Дарья Алексеевна - магистрант 1 -го года обучения, кафедры наноматериалов и нанотехнологии; Мурадова Айтан Галандаровна - к.х.н., доцент кафедры наноматериалов и нанотехнологии. ФГБОУ ВО ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье представлены способы нанесения защитных покрытий, для повышения коррозионной стойкости ориентированно склеенных постоянных магнитов на основе сплава Nd-Fe-B. Были нанесены покрытия, Ц6хр (цинк 6 мкм-хроматирование), Ц6 (цинк 6 мкм), Н9М10 (никель 9 мкм - медь 10 мкм), Н9О-Ви6 (99,9%) (никель 9 мкм -олово-висмут 6 мкм), Н9М10Н9 (никель 9 мкм - медь 10 мкм -никель 9 мкм, НПЭС (ненасыщенная полиэфирная смола - полимерное). Испытание на коррозионную стойкость проводили по международному стандарту ISO 9227:2017 в соляном нейтральном тумане.
Ключевые слова: неодимовые магниты, Nd-Fe-B, коррозионностойкое покрытие постоянных магнитов, покрытие NdFeiB, Nd-Fe-B, композитные, магнитные наночастицы.
DEPOSITION OF A CORROSION-RESISTANT COATING ON A NANOCOMPOSITE Nd-Fe-B PERMANENT MAGNET
Alisultanov M.E., Abdurakhmonov O.E., Vertaeva D.A., Muradova A.G. Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russian Federation
The article presents methods for applying protective coatings to improve the corrosion resistance of oriented-bonded permanent magnets based on a nanostructuredNd-Fe-B alloy. Coatings were applied, Zn6hr (zinc 6 iim -chromating), Zn 6 (zinc 6 im), Ni9Cul0 (nickel 9 iim - copper 10 im), Ni9Sn-Bi6 (99.9%) (nickel 9 iim - tin-bismuth 6 im), Ni9Cul0Ni9 (nickel 9 im - copper 10 im - nickel 9 im, NPES (unsaturated polyester resin - polymeric). The corrosion resistance test was carried out according to the international standard ISO 9227: 2017 in salt neutral fog.
Keywords: neodymium magnets, Nd-Fe-B, corrosion-resistant coating of permanent magnets, NdFeiB, Nd-Fe-B coating, composite, magnetic nanoparticles.
Введение
Новая энергетическая тенденция, заключающаяся в большем освоении возобновляемых источников энергии и усилении внимания к энергоэффективности, ускорила исследования в области технологий, связанных с энергетикой [1-3]. Магнитные материалы играют важную роль в повышении эффективности и производительности многих устройств. Увеличение рынка редкоземельных постоянных магнитов, связано с технологиями производства и преобразования энергии [4-7].
Постоянные неодимовые магниты сильно подвержены коррозии, когда магнит подвергается коррозии, он теряет большую часть своей энергии. Для защиты от коррозии используют в основном полимерные и гальванические покрытия [8-9]. Для исследования покрытия проводят испытание в солевом тумане согласно ISO 9227:2017. Экспериментальная часть
Для получения нанокомпозитного постоянного магнита Nd-Fe-B, порошок сплава Nd-Fe-B перемешивали с ненасыщенной полиэфирной смолой (НПЭС) и прессовали в магнитном поле. Далее проводили термическую обработку при 150°С в течение 2 часов для отверждения НПЭС.
Прямое нанесение гальванических покрытий на
нанокомпозитные неодимовые магниты осложнено высокой реакционной способностью с растворами электролитов, это связано с содержанием в электролитах кислот и щелочей. И попытки гальванического осаждения металлов сопровождались растворением неодимовых магнитов. Так же содержание, в качестве связующего вещества, диэлектрика (НПЭС) ухудшает проводимость. Для решения данной проблемы использовалось аэрозольное нанесение токопроводящего графитового подслоя толщиной 1 -2 мкм, на всю поверхность образца. Графит инертен к кислотам и щелочам, и он так же в свою очередь позволяет создать тонкий сплошной токопроводящий слой, для дальнейшего нанесения гальванических покрытий. К недостаткам графита можно отнести хрупкость и стираемость, что не позволяет использовать его в качестве самостоятельного покрытия.
Для нанесения полимерного покрытия использовалась та же ненасыщенная полиэфирная смола ПН-609-21М (ГОСТ 27952-88), что выступала в качестве связующего вещества композита. Данная смола обладает хорошей адгезией к металлам. Кроме того, обладает стойкостью к механическим нагрузкам и перепадам температур. Покрытие проводилось погружением образца в смолу на подвесе с
последующим термическим отверждением при температуре 150°С в течение 2 ч (графитовый подслой не использовался). Покрытый НПЭС образец представлен на рисунке 1а №6.
Для нанесения гальванических покрытий на нанокомпозит использовался графитовый подслой. Образцы были смонтированы на медную подвеску и были осаждены такие покрытия как:
1. Цинк толщиной 6 мкм с последующим хроматированием (Ц6хр, рисунок 1а №1);
2. Цинк 6 мкм (Ц6, рисунок 1а №2);
3. Никель 9 мкм - Медь 10 мкм (Н9М10, рисунок 1а №3);
4. Никель 9 мкм - Олово-Висмут 6 мкм (99,9%) (Н9О-Ви6 (99,9 1а%), рисунок 1а №4);
5. Никель 9 мкм - Медь 10 мкм - Никель 9 мкм (Н9М10Н9, рисунок 1а №5);
Образец без покрытия представлен на рисунке 1а №7.
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5 Ъ Т^ 1
336 часов
3 4 5 6 ^^НВ
д 744 часов
- ^ ф г" '' в ф
2 3 4 5 6
Рисунок 1. Наномпозитные постоянные магниты Гв-Б с различными покрытиями, а - образцы до испытания на коррозионную стойкость, №1 -Ц6хр, №2 - Ц6, №3 - Н9М10, №4 - Н9О-Ви6 (99,9%), №5 -Н9М10Н9, №6 - НПЭС, №7- нанокомпозит Ш^в-В без покрытия. Образцы подвергались испытанию на коррозионную стойкость в камере соляного тумана в течение а - 0, б - 48, в -168, г - 336 и д - 744 часов. Обсуждение результатов
Все исходные образцы, до испытания в камере соляного тумана, представлены на рисунке 1а. Образцы № 1, № 3 и № 7 после испытания в течение 48 часов -имеют точечных дефекты (рисунок 1б). Их наличие способствует дальнейшему протеканию коррозии и разрушению покрытия и самого композита.
На образцах под №1 и № 7 после испытания в течение 168 часов наблюдалось разрушение покрытия, нанокомпозит Nd-Fe-B начал коррозировать (разрушение образца № 1 связано с дефектами на
поверхности, после покрытия цинк-хроматирование оставались на поверхности не покрытые части). Количество пятен на образце № 3 увеличилось (рисунок 1в).
После испытания в течение 336 часов объем образца № 1 увеличился, это свидельствует о коррозии самого нанокомпозита Nd-Fe-B. Образец № 7 полностью рассыпался с увеличением объема, это связано с окислением сплава Nd-Fe-B кислородом воздуха (рисунок 1г). Также на поверхности образца № 3 увеличилось количество пятен. Образцы № 1 и № 7 удалили при дальнейшем испытании. После испытания в течение 744 часов образец №3 коррозировал по всей поверхности. Образцы № 2, 4, 5 и 6 успешно прошли испытание (рисунок 1д). Заключение
Разработанный метод покрытия нанокомпозитных постоянных магнитов на основе сплава Nd-Fe-B, позволяет наносить различные виды гальванических покрытий что значительно повышает коррозионную стойкость нанокомпозита. Список литературы
1. Abdurakhmonov O.E., Yurtov E.V., Savchenko E.S., Savchenko A.G. Chemical synthesis and research nanopowder of magnetic hard alloy NdisFeysB? // Journal of Physics Conference Series. 2020. Т. 1688. № 1. С. 012001-1-0120016.
2. Coey J.M.D. Magnetism and magnetic materials. Cambridge University Press, 2009, P. 633.
3. Абдурахмонов О.Э., Алисултанов М.Э., Вертаева Д.А., Мурадова А.Г. Исследование влияния температуры отжига на кристаллизацию наночастиц Nd2O3, синтезированных методом осаждения// Журнал неорганической химии. 2022. Т. 67, № 7, С. 1032-1038.
4. Абдурахмонов О.Э., Алисултанов М.Э., Вертаева Д.А., Шарапаев А.И., Мурадова А.Г. Химический метод синтеза нанопорошков Nd2Fe14B // Химическая промышленность сегодня. 2022. Т. 1. С. 14-25.
5. Алисултанов М.Э., Абдурахмонов О.Э. Метод химического синтеза наноструктурированных постоянных магнитов Nd2Fe14B // Сборник тезисов XII ежегодной конференции Нанотехнологического общества России. Москва, 2021. С. 52.
6. Алисултанов М.Э., Вертаева Д.А., Абдурахмонов О.Э. Мурадова А. Г. Разработка химического метода синтеза наноструктурированного сплава Nd2Fe14B // ХХШ Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке». Томск, 2022. С. 345-346.
7. Zhang H., Song Y.W., Song Z.L. Electrodeposited nickel/alumina composite coating on NdFeB permanent magnets // Materials and Corrosion. 2008. Vol. 59, № 4. P. 324-328.
8. Cheng C.W., Man H.C., Cheng F.T. Magnetic and corrosion characteristics of Nd-Fe-B magnet with various surface coatings // IEEE Trans. Magn. 1997. Vol. 33, № 5. P. 3910-3912.
9. Pigliaru L. et al. Poly-ether-ether-ketone -Neodymium-iron-boron bonded permanent magnets via fused filament fabrication // Synthetic Metals. 2021. Vol. 279. P. 116857.
