卢桃丽等：FeSiAl电磁屏蔽涂层的腐蚀行为对吸波性能的影响 ·1329. 而到了第8周，含质量分数50%FeSiAl涂层的匹配 9.5p 一自然环境下固化 频率反而高于含质量分数30%FeSiAl涂层的匹配 9.0 电磁场下固化 频率. 8.5 2.4结果讨论 g以 2.4.1固化方式对FeSiAl吸波涂层保护性能的影响 图7为不同条件下固化完全的FeSiAl涂层 7.0 0.01Hz时的阻抗模值随电化学测试浸泡时间延长 6.5 的变化规律.对比两种固化方式，发现自然固化所 6.0 得的吸波涂层保护性能远优于磁场中固化的吸波涂 5.5 0123456789 层，其与自然固化的吸波涂层低频阻抗模值相差大 时间序号 约两个数量级以上.从图2所示的涂层微观形貌可 10h:2:2h:3:5h:48h:5:ld:62d:7:3d:84d 知，磁场固化使得磁颗粒在磁场作用下定向移动重 图7不同条件下固化完全的FeSiAl涂层阻抗模值(0.O1Hz)随 电化学测试浸泡时间延长的变化规律 新排列分布，与此同时颗粒被磁化，磁化的磁颗粒之 Fig.7 Relationship between low-frequency impedance moduli and 间产生相互作用力从而相互吸引发生团聚[20-1】，磁 electrochemical test immersion times of the FeSiAl coatings in different 团聚使薄片状的FeSiAl吸波剂细粒矿石变为“磁 curing environments 团”或“磁链”，分布不均连接不紧密，磁团或磁链之 间产生有空隙，为腐蚀介质的渗入和扩散提供了更 105 ·-30%FSA -50%FSA 10.0 多的途径，严重损害了涂层的保护性能.也正是这 -9 9.5 个原因，使得电磁场固化制备的涂层低频阻抗模值 -10 9.0 在浸泡2h内就出现显著下降，且在相同浸泡时间 按 -114 8.5 内下降的幅度更大. 8.0 -12 FeSiAl磁性颗粒在磁场中团聚成链及块状，导 瑶 7.5 -13 致涂层保护性能降低，可以归因于： 4 7.0 6.5 (1)FeSiAl磁性较强，在电磁场磁通量为0.1T 0 2 4 6 8 的情况下产生的磁化力仍然能将颗粒成功拖动[]. 盐雾周期/周 图8 FeSiAl涂层的最小反射损耗与低颜阻抗模值之间的关系 (2)实验中所用的FeSiAl尺寸过大，此时已经 Fig.8 Relationship between minimum reflectivity and low-frequency 不能把磁颗粒简单地看作一个磁偶分子，磁颗粒之 impedance moduli of the FeSiAl coatings and nickel-based coatings 间存在强偶极-偶极相互吸引作用2-2] 增大，与自由空间的特征阻抗匹配变差，能够进入吸 (3)基体介质的黏度小，不同黏度的介质可以 波涂层的电磁波减少，磁损耗发挥不了作用，因此涂 控制链状簇形成的速度，高黏度介质可以导致链状 层的吸波性能下降 簇行进延迟，从而减轻团聚现象[] 另外，已知吸波涂层的匹配频率满足关系 2.4.2不同质量分数的FeSiAl吸波涂层吸波性能 式： 与腐蚀行为的关系 图8表示不同周期盐雾加速实验后涂层的最小 fn=4dmE平 反射损耗与低频阻抗模值之间的变化关系.一般认 其中：f。为匹配频率，c为光速，d为涂层厚度，8 为，反射损耗小于-10dB,表明材料吸收了电磁能 和4，分别为吸收剂的相对介电常数和相对磁导率 90%的能量，称为有效吸收：反射损耗小于-10dB 匹配频率为反射损耗曲线的谷值（峰值），代表吸波 的频率范围称为有效吸收带宽：吸波材料的反射损 涂层的最佳匹配与吸收频率：涂层厚度不变的情况 耗越小、有效吸收带宽跨度越大，表明材料吸波性能 下，随着FeSiAl含量的增加，其相对介电常数和磁 越好26].由图8及表2看出，含质量分数30%Fe- 导率随之增加，所以盐雾仅0周和4周时质量分数 SiA1的吸波涂层在高频段(13~18GHz)具有较好的 50%FeSiAl吸波涂层的匹配频率更低，而到了盐雾 有效吸收，相比之下，含质量分数50%FeSiAl吸波 第8周，FeSiAl含量更高的涂层中由于吸波剂填料 涂层的最小反射损耗不到-10%，因此吸波性能较 颗粒与涂层结合性差，颗粒间缺陷大，腐蚀介质更容 差.有研究表明]，FeSiAl涂层对微波衰减损耗类 易渗入，填料/树脂界面发生电化学反应，从而导致 型以磁衰减为主，填料的增加导致材料表面的阻抗 填料氧化变质、其介电常数和磁导率下降明显，所以卢桃丽等: FeSiAl 电磁屏蔽涂层的腐蚀行为对吸波性能的影响 而到了第 8 周,含质量分数 50% FeSiAl 涂层的匹配 频率反而高于含质量分数 30% FeSiAl 涂层的匹配 频率. 2郾 4 结果讨论 2郾 4郾 1 固化方式对 FeSiAl 吸波涂层保护性能的影响 图 7 为不同条件下固化完全的 FeSiAl 涂层 0郾 01 Hz 时的阻抗模值随电化学测试浸泡时间延长 的变化规律. 对比两种固化方式,发现自然固化所 得的吸波涂层保护性能远优于磁场中固化的吸波涂 层,其与自然固化的吸波涂层低频阻抗模值相差大 约两个数量级以上. 从图 2 所示的涂层微观形貌可 知,磁场固化使得磁颗粒在磁场作用下定向移动重 新排列分布,与此同时颗粒被磁化,磁化的磁颗粒之 间产生相互作用力从而相互吸引发生团聚[20鄄鄄21] ,磁 团聚使薄片状的 FeSiAl 吸波剂细粒矿石变为“磁 团冶或“磁链冶,分布不均连接不紧密,磁团或磁链之 间产生有空隙,为腐蚀介质的渗入和扩散提供了更 多的途径,严重损害了涂层的保护性能. 也正是这 个原因,使得电磁场固化制备的涂层低频阻抗模值 在浸泡 2 h 内就出现显著下降,且在相同浸泡时间 内下降的幅度更大. FeSiAl 磁性颗粒在磁场中团聚成链及块状,导 致涂层保护性能降低,可以归因于: (1)FeSiAl 磁性较强,在电磁场磁通量为 0郾 1 T 的情况下产生的磁化力仍然能将颗粒成功拖动[22] . (2)实验中所用的 FeSiAl 尺寸过大,此时已经 不能把磁颗粒简单地看作一个磁偶分子,磁颗粒之 间存在强偶极鄄鄄偶极相互吸引作用[22鄄鄄24] . (3)基体介质的黏度小,不同黏度的介质可以 控制链状簇形成的速度,高黏度介质可以导致链状 簇行进延迟,从而减轻团聚现象[25] . 2郾 4郾 2 不同质量分数的 FeSiAl 吸波涂层吸波性能 与腐蚀行为的关系 图 8 表示不同周期盐雾加速实验后涂层的最小 反射损耗与低频阻抗模值之间的变化关系. 一般认 为,反射损耗小于 - 10 dB,表明材料吸收了电磁能 90% 的能量,称为有效吸收;反射损耗小于 - 10 dB 的频率范围称为有效吸收带宽;吸波材料的反射损 耗越小、有效吸收带宽跨度越大,表明材料吸波性能 越好[26] . 由图 8 及表 2 看出,含质量分数 30% Fe鄄 SiAl 的吸波涂层在高频段(13 ~ 18 GHz)具有较好的 有效吸收,相比之下,含质量分数 50% FeSiAl 吸波 涂层的最小反射损耗不到 - 10% ,因此吸波性能较 差. 有研究表明[13] ,FeSiAl 涂层对微波衰减损耗类 型以磁衰减为主,填料的增加导致材料表面的阻抗 图 7 不同条件下固化完全的 FeSiAl 涂层阻抗模值(0郾 01 Hz)随 电化学测试浸泡时间延长的变化规律 Fig. 7 Relationship between low鄄frequency impedance moduli and electrochemical test immersion times of the FeSiAl coatings in different curing environments 图 8 FeSiAl 涂层的最小反射损耗与低频阻抗模值之间的关系 Fig. 8 Relationship between minimum reflectivity and low鄄frequency impedance moduli of the FeSiAl coatings and nickel鄄based coatings 增大,与自由空间的特征阻抗匹配变差,能够进入吸 波涂层的电磁波减少,磁损耗发挥不了作用,因此涂 层的吸波性能下降. 另外, 已 知 吸 波 涂 层 的 匹 配 频 率 满 足 关 系 式[27] : fm = c 4dm 着r 滋r 其中:fm 为匹配频率,c 为光速,dm 为涂层厚度,着r 和 滋r 分别为吸收剂的相对介电常数和相对磁导率. 匹配频率为反射损耗曲线的谷值(峰值),代表吸波 涂层的最佳匹配与吸收频率;涂层厚度不变的情况 下,随着 FeSiAl 含量的增加,其相对介电常数和磁 导率随之增加,所以盐雾仅 0 周和 4 周时质量分数 50% FeSiAl 吸波涂层的匹配频率更低,而到了盐雾 第 8 周,FeSiAl 含量更高的涂层中由于吸波剂填料 颗粒与涂层结合性差,颗粒间缺陷大,腐蚀介质更容 易渗入,填料/ 树脂界面发生电化学反应,从而导致 填料氧化变质、其介电常数和磁导率下降明显,所以 ·1329·