被誉为“磁王”的钕铁硼的腐蚀机理

2020-10-22

腐蚀机理

NdFeB永磁体的易腐蚀性一方面是由于Nd是化学活性最高的元素之一（它的标准电势E0（Nd³+/Nd）=-2.431V；另一方面，该合金是一种多相结构，各相间电化学位相差较大，易引起电化学腐蚀。

此外，NdFeB烧结过程中，磁体内部及表面容易出现微孔、结构疏松、表面粗糙等缺陷，而NdFeB永磁材料在应用中的工作环境常为高温、高湿，这些缺陷在高温、高湿环境下为NdFeB腐蚀提供了便利条件。同时，NdFeB制造过程中易含有O、H、Cl等杂质元素及其化合物，对腐蚀性影响最大的是O和Cl元素，磁体与O产生氧化腐蚀，而Cl及其化合物将加速磁体的氧化过程。

NdFeB易腐蚀的原因主要归结为：工作环境、材料结构、制作工艺。研究表明，NdFeB磁体的腐蚀主要发生在以下3种环境中∶暖湿环境、电化学环境、长时间高温环境（>250℃)。

01高温环境

在干燥环境中，当温度低于150℃时，NdFeB磁体氧化速度很慢。但在较高温度下，富Nd区会发生如下反应∶4Nd＋3O2=2Nd2O3。随后，Nd2Fe14B相会分解生成Fe和Nd2C3。进一步氧化，还将出现Fe2O3等产物。

02暖湿环境

在暖湿条件下，NdFeB磁体表层的富敏晶界相首先与环境中的水蒸气按下式发生腐蚀反应：3H2O＋Nd=Nd(OH)3＋3H。反应生成的H渗人晶界中，与富Nd相发生进一步的反应：Nd＋3H→NdH3，造成晶界腐蚀。NdH3的生成将会使晶界体积增大，造成晶界应力，导致晶界破坏，严重时会使晶界断裂造成磁体粉化。

环境湿度对磁体耐蚀性的影响要远比温度的影响大得多，这是因为磁体在干燥的氧化环境下，形成的腐蚀产物薄膜较致密，在一定程度上将磁体与环境分隔开，阻止了磁体的进一步氧化，而在潮湿的环境下生成的氢氧化物和含氢化合物不致密，不能阻止H2O对其的进一步作用。特别是当环境湿度过大时，如果磁体表面有液态水存在时，将会发生电化学腐蚀。

03电化学环境

电化学环境中，NdFeB磁体中各相的电化学电势不同。富钕相和富硼相相对于Nd2Fe14B来说成为阳极，将会优先发生腐蚀，形成局部腐蚀的微电池。这种微电池具有大阴极小阳极的特点，少量的富钕相和富硼相作为阳极承担了很大的腐蚀电流密度，而它们是分布于Nd2Fe14B相的晶界上的，这样就会加速其晶界腐蚀。当磁体表面有金属镀层（如电镀Zn、Ni等）时，一但镀层出现孔洞、裂纹等缺陷，在磁体与金属镀层间也会形成腐蚀电池作用。

一般情况下，磁体作为阳极而优先腐蚀，金属镀层作为阴极，这就是为什么具有镀层的磁体往往出现暴皮现象的原因。另外，在对磁体进行表面处理的工艺过程中要接触各种镀液（如电镀、化学镀等），而烧结NdFeB磁体具有一定的孔洞，这样在这些工艺过程中，酸液或镀液就会进入孔洞，在以后的使用过程中也会造成电化学腐蚀。

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