硝酸钠钝化作为软磁复合材料的一种新型绝缘技术

近日，《工程》杂志发表了颜宓教授和吴晨博士团队关于硝酸钠钝化作为软磁复合材料的新型绝缘技术的研究工作。软磁复合材料是在金属磁粉的基础上通过绝缘涂层、结合、压实和退火等工艺制造出来的，是能源、交通、航天等各个领域的关键基础材料。由于软磁合金的低电阻率特性，控制涡流损耗是一个挑战，这已成为高频应用的瓶颈问题。对于科学研究和工业生产，通常使用磷化技术来产生绝缘涂层。然而，所产生的磷化涂层在600℃以上往往会分解，在高温下失去绝缘效果。开发新的绝缘技术以形成具有强附着力的涂层，同时具有令人满意的热稳定性和电阻率，对软磁复合材料的高频应用具有重要意义。

在这项工作中，颜教授和吴博士的团队提出了硝酸钠钝化作为软磁复合材料的一种新型绝缘技术。基于系统的成分和微观结构研究，揭示了不同pH条件下涂层的演变，并通过动力学和热力学分析揭示了涂层的生长机制。研究表明，使用pH=2的酸性NaNO3钝化溶液得到的绝缘涂层由Fe2O3、SiO2、Al2O3和AlO(OH)组成。由于酸性条件下NO3-的强氧化能力，涂层的增长速度很大，而钝化层的溶解速度也很高，因为H+的浓度很大，导致pH=2时被动层的厚度很小。随着pH值增加到5，Fe2O3转化为Fe3O4，对NO3-的氧化能力减弱。尽管钝化层的生长速度略有下降，但H+浓度的降低也大大抑制了它的溶解，从而使绝缘涂层的厚度达到最大，大大增强了电阻率和最佳的交流磁性能(μe=97.2，Pcv=296.4 mW/cm3，50 kHz和100 mT下)。进一步将pH值提高到8，大大削弱了NO3-的可氧化性，导致钝化层中只有Al2O3、AlO(OH)和SiO2生长缓慢，厚度明显减少。此外，磁粉表面的一些区域发生腐蚀，导致性能下降。

本工作中开发的NaNO3钝化技术不仅可以扩展到其他磁性合金系统，而且还为开发使用亚硝酸盐、超氧化物和高锰酸盐等氧化剂的新型高级绝缘涂层奠定了坚实的基础。