Natriumnitratpassivierung als neuartige Isolationstechnologie

Kürzlich Ingenieurwesenveröffentlichte die Forschung Arbeiten zur Natriumnitrat-Passivierung als neuartige Isolationstechnologie für weichmagnetische Verbundwerkstoffe, entwickelt vom Team von Professor Mi Yan und Dr. Chen Wu. Weichmagnetische Verbundwerkstoffe, die auf Basis von metallischen Magnetpulvern durch Isolierbeschichtung, Bindung, Verdichtung und Glühen hergestellt werden, dienen als wichtiges Grundmaterial in verschiedenen Bereichen, darunter Energie, Transport, Luft- und Raumfahrt und Landesverteidigung. Aufgrund des niedrigen elektrischen Widerstands der weichmagnetischen Legierungen ist es schwierig, den Wirbelstromverlust zu kontrollieren, der bei Hochfrequenzanwendungen zu einem Engpassproblem geworden ist. In der wissenschaftlichen Forschung und industriellen Produktion wird die Phosphorisierungstechnologie üblicherweise zur Erzeugung von Isolierbeschichtungen eingesetzt. Die resultierende Phosphatbeschichtung neigt jedoch dazu, sich oberhalb von 600 °C zu zersetzen. und verlieren bei erhöhten Temperaturen die Isolationswirkung. Es ist von großer Bedeutung, neue Isolationstechnologien zu entwickeln, um Beschichtungsschichten mit starker Haftung sowie zufriedenstellender thermischer Stabilität und elektrischem Widerstand für Hochfrequenzanwendungen weichmagnetischer Verbundwerkstoffe zu bilden.

In dieser Arbeit hat das Team von Yan und Wu die Natriumnitrat-Passivierung als neuartige Isolationstechnologie für weichmagnetische Verbundwerkstoffe vorgeschlagen. Die Entwicklung der Beschichtung unter verschiedenen pH-Bedingungen wurde auf der Grundlage systematischer Zusammensetzungs- und Mikrostrukturuntersuchungen aufgedeckt, wobei die Wachstumsmechanismen der Beschichtungen durch kinetische und thermodynamische Analysen aufgedeckt wurden. Die Studie zeigt, dass die mit einer sauren NaNO3-Passivierungslösung mit pH = 2 erhaltene Isolationsbeschichtung aus Fe2O3, SiO2, Al2O3 und AlO(OH) besteht. Aufgrund der starken Oxidationsfähigkeit von NO3− unter sauren Bedingungen ergibt sich eine große Wachstumsrate der Beschichtungsschicht, während die Auflösungsrate der Passivierungsschicht aufgrund der hohen H+-Konzentration ebenfalls hoch ist, was zu einer geringen Dicke der Passivschicht führt pH = 2. Bei einem erhöhten pH-Wert auf 5 wandelt sich Fe2O3 in Fe3O4 mit geschwächter Oxidationsfähigkeit von NO3− um. Trotz der leicht verringerten Wachstumsrate der Passivierungsschicht wird durch die Verringerung der H+-Konzentration auch deren Auflösung stark gehemmt, was zu einer maximalen Dicke der Isolierbeschichtung für einen deutlich verbesserten elektrischen Widerstand und eine optimale magnetische Leistung bei Wechselstrom (μe = 97,2) führt. Pcv = 296,4 mW/cm3 unter 50 kHz und 100 mT). Eine weitere Erhöhung des pH-Werts auf 8 schwächt die Oxidationsfähigkeit des NO3− erheblich, was dazu führt, dass in der Passivierungsschicht nur noch Al2O3, AlO(OH) und SiO2 mit langsamem Wachstum und deutlich verringerter Dicke vorhanden sind. Darüber hinaus kommt es in einigen Bereichen der Magnetpulveroberfläche zu Korrosion, was zu einer Verschlechterung der Leistung führt.

Die in dieser Arbeit entwickelte NaNO3-Passivierungstechnologie ist nicht nur auf andere magnetische Legierungssysteme erweiterbar, sondern legt auch eine solide Grundlage für die Entwicklung neuartiger und fortschrittlicher Isolationsbeschichtungen unter Verwendung von Oxidationsmitteln wie Nitrit, Superoxid und Permanganat.

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