山东理工大学:对旋转横向磁场辅助电火花铣削加工烧结钕铁硼表面的耐腐蚀性研究

文摘   科学   2024-07-15 09:01   北京  

6月28日,由山东理工大学研究团队(通讯作者:白雪讲师)完成的关于烧结钕铁硼表面腐蚀抗力的研究成果发表于《CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology》(IF 4.6)。研究发现RTMEDM-M工艺在提高烧结钕铁硼表面耐腐蚀性方面具有突出的效果。

烧结钕铁硼因其卓越的磁性能被广泛应用于各个领域,然而其易腐蚀的特性限制了其应用。先前的研究包括通过在烧结过程中添加添加剂或表面涂层的方法来提高烧结钕铁硼的耐腐蚀性,但是这些方法存在涂层脱落或在高温环境下涂层稳定性的问题。因此,研究者提出了一种新的思路,即在加工过程中通过物理和化学反应形成具有抗腐蚀特性的薄层。实验设计包括了自制的RTMEDM-M实验平台和加工条件,以及电化学腐蚀测试和化学腐蚀测试的详细步骤。

研究人员将旋转横向磁场(Rotating Transverse Magnetic field, RTM)技术应用于电火花铣削(Electrical Discharge Machining Milling, EDM-M)工艺中。通过对比实验,结果表明,使用旋转横向磁场辅助的EDM-M (RTMEDM-M)工艺能够显著减少表面裂纹、"洞穴",并形成最均匀、最连续的再铸层。电化学阻抗谱(EIS)测试显示,RTMEDM-M处理的样品具有最高的阻抗值、最大的自腐蚀电位和最低的自腐蚀电流密度。此外,其单位面积质量损失最小,表明工件表面化学反应腐蚀的最新和最弱。

实验结果显示,RTMEDM-M处理的烧结钕铁硼在电化学腐蚀测试中表现出更好的耐腐蚀性,其Tafel极化曲线和EIS结果均优于FTMEDM-M和EDM-M处理的样品。再铸层的观察也表明RTMEDM-M处理的样品具有更均匀的再铸层。此外,通过化学腐蚀测试的定量和定性分析,进一步证实了RTMEDM-M处理的烧结钕铁硼具有更强的表面耐腐蚀性。

经过FTMEDM-M和RTMEDM-M处理的烧结钕铁硼表面磁场密度有所增加,这可能是由于加工过程中的磁化效应。但是,由于RTMEDM-M处理可能导致更高的加工温度,这可能会使加工表面部分磁性丧失,因此在RTMEDM-M处理的样品表面找到的磁场密度低于FTMEDM-M处理的样品。

文章结论如下,通过对EDM-M、FTMEDM-M和RTMEDM-M加工的烧结NdFeB的表面形貌和再铸层进行比较,以及进行电化学腐蚀、化学腐蚀及其分析的对比实验,得出以下结论:

(1) 对表面形貌和再铸层的比较分析表明,RTMEDM-M加工的烧结NdFeB表面裂纹和"洞穴"最少,其次是FTMEDM-M,然后是EDM-M。RTMEDM-M的再铸层连续且均匀。FTMEDM-M的再铸层连续但不均匀。EDM-M的再铸层既不连续也不均匀。

(2) 电化学腐蚀测试得到的Tafel极化曲线和EIS显示,RTMEDM-M加工的工件表面表现出最高的自腐蚀电位、最低的自腐蚀电流密度和最大的电容弧半径。其次是FTMEDM-M加工的工件表面,然后是EDM-M。

(3) 化学腐蚀测试的观察和定量分析结果表明,EDM-M加工的工件表面最早发生严重反应并表现出最大的质量损失。其次是FTMEDM-M。然而,RTMEDM-M最晚发生严重反应,质量损失最小。

(4) 化学腐蚀后,通过SEM观察和EDS分析表面发现,腐蚀始于暴露的"洞穴"。严重腐蚀区域的硫元素含量高于未严重腐蚀区域。在同一腐蚀时刻,EDM-M得到的表面腐蚀最严重,S元素含量最高,其次是FTMEDM-M,然后是RTMEDM-M。

(5) RTMEDM-M加工的烧结NdFeB的表面耐腐蚀性最优,其次是FTMEDM-M。相比之下,EDM-M加工的烧结NdFeB表面耐腐蚀性最差。这归因于横向磁场及其旋转的引入改善了烧结NdFeB表面的裂纹、"洞穴"和再铸层的分布。



通讯作者介绍

http://47.95.210.13/jiaoshiminglu/jsml.aspx


附录信息

  • 论文的发表日期:2024年7月3日

  • 发表的期刊名称:Journal of Magnetism and Magnetic Materials

  • 论文标题:Enhanced thermal stability of nanocrystalline melt-spun Nd-Pr-Fe-B alloys by Gd substitution

  • 论文作者:Junwei Zheng, Weiwei Zeng, Caihai Xiao, Yongming Tao, Qiyun Lu, Cheng Qin, Cifu Lu, Renheng Tang, Zhaoguo Qiu, Xuefeng Liao, Qing Zhou

  • 论文的DOI链接:https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172316


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