芬兰Kibron专注表面张力仪测量技术,快速精准测量动静态表面张力

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如何提高钕铁硼磁体表面硅钛系纳米涂层表面张力

来源:电镀与涂饰 浏览 161 次 发布时间:2023-10-31

随着晶界扩散技术及表面防腐技术的发展,各种高牌号且高耐蚀钕铁硼磁体逐步被开发出来,并广泛应用于电机、新能源汽车、磁悬浮等领域。而在各种永磁电机的生产中均采用了粘接工艺,以保证转子在高速旋转(12 000 r/min)下的机械可靠性。


近些年,随着钕铁硼应用领域的扩大,尤其是海洋风电的迅速发展,对镀(涂)层的耐蚀性要求不断提高。硅钛系纳米涂层[2]具有优异的耐高压加速老化(PCT)和耐盐雾性能,可以作为高抗蚀表面防护材料,用于海洋领域或者条件较为苛刻的环境。然而,这类涂层含有有机硅疏水官能团,表面张力较低(一般为28~30 mN/m),在粘接时容易出现不牢固甚至脱胶现象,存在较大的安全隐患。因此,需对涂层进行表面处理来提高其表面张力


性能检测


纳米涂层等离子处理的合格标准是:表面张力在等离子处理后≥60 mN/m,室温放置3个月≥50 mN/m。表面张力测试方法:把芬兰Kibron生产的测试墨水(表面张力测试范围28~72 mN/m)涂到涂层表面,如果液体润湿表面(即液体在表面连续铺展),则被测试涂层的表面张力高于该测试墨水标称的表面张力,继续选用更高牌号的测试墨水重复上述过程,直到液体不再润湿表面(即液体在表面收缩)为止,最后一个在表面润湿并保持2 s不收缩的测试墨水包装上标称的表面张力就是所测涂层的表面张力。


结果与讨论


等离子处理对涂层表面张力的影响


图1a为典型的等离子处理4次后的样品表面涂上60 mN/m的表面张力测试墨水并保持2 s不收缩时的照片。从图1b可以看出,等离子处理前涂层的表面张力为28 mN/m,处理1~5次后的表面张力都比处理前大。由于该系列表面测试墨水最大只能测到72 mN/m,因此等离子处理5次后样品的表面张力可能大于72 mN/m。随着处理次数的增加,表面张力逐步增大,处理3次后增幅更大,处理4次即可达到60 mN/m的要求。

图1典型的表面张力测试照片(a)及等离子处理次数与涂层表面张力的关系(b)


等离子处理后涂层表面张力的耐久性


将纳米涂层放置在室温条件下自然老化12个月,每隔一个月测试一次表面张力。由图2可知,老化前涂层的表面张力均为60 mN/m,其中,空气条件下等离子处理的涂层的表面张力在前3个月内无变化,4个月后降为56 mN/m且保持了1个月左右,6个月后降为50 mN/m,7个月后降为45 mN/m,8个月后降幅最大,降至仅有32 mN/m,之后的4个月基本保持在这一水平。对于以氮气为气源等离子处理的涂层,其表面张力在1个月后降为56 mN/m,2个月后降为50 mN/m且保持了1个月左右,4个月后降幅最大,降至38 mN/m,5个月后再降至32 mN/m,之后的7个月基本保持在这一水平。纳米涂层以空气等离子处理后的表面张力在前8个月的下降幅度明显小于氮气等离子处理的涂层。根据行业经验,涂层要满足粘接性能的话,其表面张力一般需要≥34 mN/m,≥38 mN/m则几乎可以满足所有粘接需求。以空气作为气源等离子处理后的7个月内涂层的表面张力仍大于40 mN/m,因此可以满足实际应用需求,而且优于以氮气作为气源的处理效果。

图2等离子处理后涂层的表面张力随自然老化时间的变化


结论


等离子处理后涂层的表面张力增大主要是由于涂层中引入了大量的O元素和少量的N元素,产生大量的—OH和少量的α-氨基酸结构。钕铁硼磁体表面硅钛系纳米涂层在以空气为气源的条件下等离子处理后可以明显提高其表面张力,且在室温自然老化6个月后表面张力仍有50 mN/m,可以满足实际应用需求。