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  2. 杭州電子科技大學(xué)等通過(guò)多維度設(shè)計(jì)的SLIPS涂層實(shí)現(xiàn)釹鐵硼永磁體在極端環(huán)境下的長(zhǎng)效腐蝕防護(hù)
    2025-04-30 16:24:41 作者:腐蝕與防護(hù) 來(lái)源:腐蝕與防護(hù) 分享至:

     

     

    2025年4月14日,題為“Multi-Dimensional Design of Slippery Liquid-Infused Coatings Empowering Long-Term Corrosion Protection for Sintered Nd-Fe-B Magnets in Harsh Environments”的研究論文在線發(fā)表于國(guó)際知名期刊《Small》。該論文由杭州電子科技大學(xué)、山東大學(xué)完成,第一作者為杭州電子科技大學(xué)石振副研究員,通訊作者為杭州電子科技大學(xué)張雪峰教授。論文提出了一種通過(guò)表面、涂層本體和膜基界面的多維度設(shè)計(jì)構(gòu)建出耐久超滑(SLIPS)涂層的策略,顯著提升了燒結(jié)釹鐵硼永磁體在高溫、低溫、腐蝕、力學(xué)磨損等極端環(huán)境中的服役性能。

    燒結(jié)釹鐵硼永磁體現(xiàn)有的防護(hù)涂層體系如金屬和有機(jī)涂層,存在諸多問(wèn)題,例如金屬涂層在惡劣環(huán)境下易失效,有機(jī)涂層易因微孔和裂紋導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)滲透。盡管環(huán)氧樹脂(EP)涂層被廣泛應(yīng)用于釹鐵硼永磁體的防護(hù),但其固有的親水性和低硬度使其在潮濕和機(jī)械磨損條件下易受損。針對(duì)上述難題,研究團(tuán)隊(duì)在前期超疏水耐蝕磁體制備的研究基礎(chǔ)上(Adv. Funct. Mater. 2023, 33 (16), 2213042),提出了一種多維度設(shè)計(jì)的SLIPS涂層策略,通過(guò)疏水化改性二氧化硅顆粒,構(gòu)建致密聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),增強(qiáng)界面粘附并有效鎖定潤(rùn)滑液膜,從而賦予永磁體優(yōu)異的抗腐蝕和防結(jié)冰性能。

    在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,研究人員首先通過(guò)疏水化改性二氧化硅顆粒,將其與環(huán)氧樹脂混合制備成噴涂懸浮液,然后將其噴涂在釹鐵硼永磁體表面,固化后形成超疏水環(huán)氧樹脂(SHS-EP)涂層。隨后,將硅油均勻滴加到涂層表面制備出潤(rùn)滑液浸漬多孔表面超滑(SLIPS-EP)涂層。




    實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,SLIPS-EP涂層在多種惡劣條件下均表現(xiàn)出卓越的性能。在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡136天后,未檢測(cè)到任何腐蝕跡象,其在0.1 Hz處的阻抗模量仍能保持初始值3.31×10?Ω·cm²,遠(yuǎn)優(yōu)于商業(yè)Ni-Cu-Ni、Zn和EP涂層。在-20℃低溫條件下,SLIPS-EP涂層的防結(jié)冰性能也得到了顯著提升,結(jié)冰時(shí)間從69秒延遲至606秒,冰粘附強(qiáng)度從176.6 kPa降低至43.5 kPa,相比未涂層的釹鐵硼永磁體,結(jié)冰時(shí)間延長(zhǎng)了近10倍,冰粘附強(qiáng)度降低了約75%。

    此外,SLIPS-EP涂層還具有自修復(fù)特性,即使在機(jī)械損傷后,表面仍能通過(guò)潤(rùn)滑液的流動(dòng)迅速恢復(fù)其低粘附性能。在化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試中,SLIPS-EP涂層在強(qiáng)酸(pH=1)和強(qiáng)堿(pH=14)溶液中浸泡20分鐘后,其滑動(dòng)角僅略有增加,表明涂層具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。在水吸收測(cè)試中,SLIPS-EP涂層的吸水率僅為1.7%,遠(yuǎn)低于EP涂層的23.99%,這表明SLIPS-EP涂層具有出色的防水性能,能夠有效防止水分滲透,從而延緩?fù)繉咏到狻?/span>

    在硬度測(cè)試中,SLIPS-EP涂層的維氏硬度從EP涂層的223.78 HV提高到343.38 HV,這歸因于交聯(lián)密度的增加和二氧化硅顆粒的加入。在溫度穩(wěn)定性測(cè)試中,SLIPS-EP涂層的溫度系數(shù)從原始釹鐵硼永磁體的-0.615% °C?¹降低到-0.602% °C?¹,表明SLIPS-EP涂層在高溫下具有更好的溫度穩(wěn)定性,能夠有效保護(hù)永磁體免受熱退磁的影響。

    在磁性能測(cè)試中,SLIPS-EP涂層的沉積并未影響釹鐵硼永磁體的本征磁性能,這表明該涂層在提供保護(hù)的同時(shí),不會(huì)對(duì)永磁體的正常使用造成負(fù)面影響。

    綜上,論文提出多維度設(shè)計(jì)SLIPS涂層策略,在燒結(jié)釹鐵硼永磁體表面構(gòu)筑了一種堅(jiān)固、耐用且具有自修復(fù)能力的防護(hù)涂層。該涂層不僅在多種惡劣環(huán)境下表現(xiàn)出卓越的抗腐蝕和防結(jié)冰性能,還具有良好的溫度穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。這些特性使得SLIPS-EP涂層有望在海上風(fēng)電等極端環(huán)境中為燒結(jié)釹鐵硼永磁體提供長(zhǎng)效防護(hù)。

    此外,該研究還通過(guò)密度泛函理論(DFT)模擬進(jìn)一步驗(yàn)證了涂層與永磁體之間的強(qiáng)共價(jià)鍵合,為涂層的優(yōu)異性能提供了理論支持??傊?,這項(xiàng)研究為燒結(jié)釹鐵硼永磁體在極端環(huán)境中的應(yīng)用提供了一種全新的防護(hù)策略。

     

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