烧结NdFeB磁体的腐蚀与防护(上)

2009/10/29/09:27 来源：中国涂装网

尽管烧结NdFeB磁体具有高的磁性能，但是它的耐腐蚀性能较差，这一缺点大大限制了NdFeB磁体的进一步应用。烧结NdFeB磁体耐腐蚀性能差主要有以下三个原因：

(l)材料自身的结构。烧结NdFeB永磁合金具有多相组织，且各相的氧化能力不同，分布在晶界处的富Nd相和富B相易于优先发生氧化，形成晶间腐蚀。另外磁体的致密度不高，加上氧化物较疏松，孔隙率大，磁体的表面很难形成氧化物保护膜，一旦氧化就造成连锁反应，加速氧化。而且由于磁体主相Nd2Fe14B相的体积分数一般都在90%以上，当形成电化学局部腐蚀电池时，具有小阳极大阴极的特点，晶界处富Nd相和富B相的腐蚀电流密度较大，加速了晶间腐蚀和破坏。

(2)合金中存在的杂质。烧结NdFeB永磁合金中可能存在的污染杂质主要有O、H、N、C、Si、Cl及氯化物等[12]，其中危害最严重的是氧、氯和氯化物。磁体的腐蚀主要表现为氧化过程，而氯及氯化物的污染将加速磁体的氧化过程。氯及其化合物可能来自稀土金属的氯化稀土还原工艺或利用氟利昂介质等磨粉过程。总之，磁体可能的污染源有：①合金本身含有的；②制粉过程带入或粉末吸附的；③磁体应用的外部环境赋予的。

(3)工作的环境。NdFeB系永磁体很少在真空和室温的条件下工作，因此温度环境、介质条件以及湿度和压力等对磁体的腐蚀行为有较大的影响。钕铁硼磁体是由主相Nd2Fe14B、富硼相Nd1+ξFe4B4和富钱相组成的多相粉末合金，富钕相作为晶界相包围着主相，而富硼相绝大多数也存在于晶界中。烧结NdFeB磁体容易发生腐蚀，一方面是由于元素Nd是化学活性最高的金属元素之一[13]，其标准电势E0(Nd3+/Nd)=-2.431V；另一方面与磁体的多相结构以及各相间电化学位的差异有关[14]。研究结果表明[15]，NdFeB磁体的腐蚀主要发生在以下三种环境中：

①高温环境。在干燥的环境下，当温度低于150℃时，NdFeB磁体的氧化速度很慢，但在较高的温度下，富Nd区会发生如下反应[16-17]：

4Nd+3O2→2Nd2O3(式1.1)

随后，Nd2Fel4B相会分解生成Fe和Nd2O3。进一步氧化，还将出现Fe2O3等产物，使其磁性能下降。

随后，Nd2Fe14B相会分解生成Fe和Nd2O3。进一步氧化，还将出现Fe2O3等产物，使其磁性能下降。

②湿热环境。在湿热的条件下[18-20]，NdFeB永磁体表层的富Nd晶界相首先与水蒸气按下式发生腐蚀反应：

3H2O+Nd→Nd(0H)3+3H(式1.2)

反应生成的原子H渗入到晶界中，与富Nd相发生进一步的反应，造成晶界的腐蚀，其反应式如下：

Nd+3H→NdH3(式1.3)

NdH3相的生成会使晶界相的体积发生膨胀，造成晶界应力，导致晶界破坏和Nd2Fe14B主相的迁移，严重时会使晶界发生断裂而造成磁体的粉化失效。