一種釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)層及其制備方法
【專利摘要】一種釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)層及其制備方法。其特征在于所述表面防護(hù)層依次由釹鐵硼基材1；鋁過渡層2和蒸發(fā)鍍鋁層3構(gòu)成。所述的表面防護(hù)層的制備方法，其特征在于依次由下列步驟組成：1）對(duì)釹鐵硼永磁材料鍍前除油、除銹處理；2）工件裝進(jìn)真空室并抽真空后，輝光放電離子清洗；3）磁控濺射鋁靶或陰極電弧鋁靶沉積鋁過渡層；4）高偏壓離子轟擊；5）蒸發(fā)鍍鋁層。本發(fā)明提供一種環(huán)保、防止腐蝕液殘留的釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)層及其膜/基結(jié)合力好、膜層致密、耐腐蝕性能優(yōu)異的釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)層的制備方法。本發(fā)明方法解決了一般氣相沉積法存在的生產(chǎn)效率與耐腐蝕性能相矛盾的技術(shù)瓶頸，適用于快速的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】一種釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于釹鐵硼永磁材料表面耐腐蝕的防護(hù)層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]釹鐵硼(NdFeB)永磁材料是80年代新發(fā)展起來的體積小、重量輕和磁學(xué)性能優(yōu)異的稀土永磁材料，是迄今為止性能價(jià)格比最高的商品化磁性材料，被譽(yù)為“磁王”。釹鐵硼永磁材料自問世以來，因其優(yōu)異的綜合磁學(xué)性能和性價(jià)比，被廣泛應(yīng)用于電子信息、新能源、通信、微特電機(jī)(MEMS)等工業(yè)領(lǐng)域。中國是世界上最大的稀土資源國，稀土資源儲(chǔ)量約占世界儲(chǔ)量的71.1%，依托巨大的資源優(yōu)勢(shì)，我國釹鐵硼產(chǎn)量已躍居世界第一，而且隨著日本和美國的大部分有關(guān)NdFeB方面的專利的到期，以及我國在稀土永磁領(lǐng)域的不斷投入，釹鐵硼永磁的生產(chǎn)和應(yīng)用市場(chǎng)一定會(huì)有一個(gè)空前規(guī)模的發(fā)展。因此，大力開發(fā)釹鐵硼永磁材料相關(guān)的研究，會(huì)具有廣闊的前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0003]釹(Nd)是釹鐵硼永磁體中的主要組成元素，其化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，在環(huán)境中極易被氧化。釹鐵硼又是多相結(jié)構(gòu)，且各組成相的電化學(xué)電位不同，在電化學(xué)環(huán)境或暖濕環(huán)境中，不同相間相互接觸后形成原電池加速腐蝕。NdFeB永磁材料的耐腐蝕性能很差，這一特點(diǎn)已嚴(yán)重阻礙了它在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。因此，提高NdFeB永磁材料在環(huán)境中的耐腐蝕性能的研究就具有很大的意義和價(jià)值。
[0004]提高釹鐵硼永磁體耐腐蝕性能的主要途徑有兩種:添加合金元素和外加防護(hù)性鍍層。添加合金元素雖然可以改變富Nd相的化學(xué)特性及其分布狀態(tài)，但是這種方法不能從根本上解決釹鐵硼耐蝕性差的問題，甚至添加的某些元素還會(huì)損傷磁體的磁學(xué)性能。因此釹鐵硼永磁體的腐蝕防護(hù)還是以外加防護(hù)性鍍層為主。防護(hù)性鍍層可以阻礙腐蝕相與基體之間相互接觸從而減緩磁體的腐 蝕。目前實(shí)現(xiàn)鍍層的主要方法有:電鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積等。
[0005]電鍍防護(hù)層因其技術(shù)門檻低、工藝成熟、價(jià)格低廉而被廣泛地應(yīng)用于釹鐵硼永磁體的防護(hù)。然而，釹鐵硼永磁材料的工業(yè)生產(chǎn)主要是采用粉末冶金工藝燒結(jié)而成，磁體疏松多孔、表面粗糙，在電鍍或化學(xué)鍍的過程中酸性或堿性的電解質(zhì)水溶液會(huì)不可避免地殘留在基體的孔隙中，并在使用過程中慢慢釋出，從而破壞防護(hù)鍍層，使整個(gè)磁體材料達(dá)不到預(yù)期的使用壽命。此外，常規(guī)的電鍍處理不僅對(duì)磁體表層組織造成損傷，降低磁體的磁學(xué)性能，而且電鍍廢液的排放還會(huì)造成很大的環(huán)境污染，因此國內(nèi)外的研究人員多年來一直致力于開發(fā)新的防護(hù)技術(shù)來取代電鍍。
[0006]物理氣相沉積技術(shù)(PVD)作為一種環(huán)境友好技術(shù)，有很多其他工藝所不具備的特點(diǎn)，通過控制其工藝參數(shù)可以得到晶粒細(xì)小、厚度均勻、膜/基結(jié)合力優(yōu)異的涂層；同時(shí)由于PVD是一種干法鍍技術(shù)，可以避免濕法鍍時(shí)酸性或堿性電解質(zhì)溶液殘留在磁體孔隙內(nèi)和電鍍過程中磁體吸氫而導(dǎo)致鍍層脆裂的缺點(diǎn)。中國專利201010119342.7報(bào)道了采用真空蒸發(fā)鍍技術(shù)制備釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)涂層；中國專利200810121903.X報(bào)道了采用磁控濺射技術(shù)制備釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)涂層；中國專利200810049156.3報(bào)道了采用電弧離子鍍技術(shù)制備釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)涂層等等。然而目前實(shí)現(xiàn)釹鐵硼永磁材料表面真空鍍防護(hù)涂層技術(shù)產(chǎn)業(yè)化還相當(dāng)緩慢，這主要是由于技術(shù)的限制。真空蒸發(fā)鍍技術(shù)雖然成膜速度快，但存在膜層質(zhì)量差，致密度不高，耐腐蝕性能欠佳，同時(shí)也存在膜層與基材結(jié)合差的主要技術(shù)問題。磁控濺射和電弧離子鍍技術(shù)雖然能在釹鐵硼永磁材料表面制備出質(zhì)量好、致密且與基材結(jié)合良好的薄膜，然而它們也存在沉積速率緩 慢，造成生產(chǎn)效率低和成本高的問題；同時(shí)，不易實(shí)現(xiàn)工件表面100%覆蓋涂層，不適用于快速的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。以上這些都制約了氣相沉積技術(shù)在釹鐵硼永磁材料防護(hù)中的大面積應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于釹鐵硼永磁材料表面耐腐蝕的防護(hù)層。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠在釹鐵硼永磁材料表面制備出膜/基結(jié)合力好、膜層致密、耐腐蝕性能優(yōu)異的防護(hù)層的方法，以解決傳統(tǒng)濕法鍍法不環(huán)保、腐蝕液殘留在磁體孔隙內(nèi)引起的防護(hù)性能不足，以及一般氣相沉積技術(shù)存在的生產(chǎn)效率與耐腐蝕性能相矛盾的主要技術(shù)瓶頸。
[0009]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:所述的釹鐵硼永磁材料表面耐腐蝕防護(hù)層依次由釹鐵硼基材I ;鋁過渡層2和蒸發(fā)鍍鋁層3構(gòu)成。
[0010]所述的釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)層的制備方法依次由如下步驟組成:
1)對(duì)釹鐵硼永磁材料鍍前除油、除銹處理；
2)工件裝進(jìn)真空室并抽真空至1.0X 10-3Pa后，輝光放電離子清洗；爐內(nèi)壓強(qiáng):1.0~3.0Pa，Ar 氣流量:20(T500sccm，負(fù)偏壓:100(T3000V，時(shí)間:30~60min ；
3)沉積鋁過渡層:爐內(nèi)壓強(qiáng):0.3~0.6Pa，Ar氣流量:10(T200SCCm，磁控濺射鋁靶功率:
5.0~10.0kff或陰極電弧鋁靶電流:50~100A，負(fù)偏壓:10(T200V,時(shí)間:5~20min ；
4)聞偏壓尚子轟擊:爐內(nèi)壓強(qiáng):1.0 2.0Pa, Ar氣流量:200 400sccm,負(fù)偏壓:2000~3000V，時(shí)間:20~40min ；
5)蒸發(fā)鍍鋁層:爐內(nèi)壓強(qiáng):0.005~0.05Pa，Ar氣流量:l(T50SCCm，蒸發(fā)舟功率:20~30kW，負(fù)偏壓:200(T3000V，時(shí)間:6(T300min。
[0011]本發(fā)明采用干式噴砂法對(duì)釹鐵硼永磁材料鍍前除油、除銹處理，采用的噴砂是玻璃珠與棕剛玉或白剛玉的混合物，兩者的重量比為5:廣3:1，噴砂壓力為0.1-0.3MPa。除油和除銹處理為了避免相關(guān)溶液殘留在磁體孔隙內(nèi)導(dǎo)致防護(hù)層性能下降；同時(shí)，為了更好地去除釹鐵硼永磁材料表面的氧化皮，采用100(T3000V的高偏壓進(jìn)行輝光放電離子清洗，使工件露出新鮮的表面，可有效地提高膜/基結(jié)合強(qiáng)度。在防護(hù)層沉積過程中采用滾筒式裝夾，實(shí)現(xiàn)工件表面100%覆蓋。
[0012]同時(shí)，由于釹鐵硼永磁材料采用粉末冶金的制造工藝，在其表面會(huì)形成較多的孔隙，一般的真空鍍膜的膜層材料是很難沉積到孔隙中，因此在膜基界面處存在較多的缺陷，導(dǎo)致膜層與基體結(jié)合不牢。本發(fā)明首先采用磁控濺射或陰極電弧技術(shù)在釹鐵硼永磁材料表面沉積一層較薄的致密鋁層，然后利用高的負(fù)偏壓輝光放電進(jìn)行高能離子轟擊，使鋁原子進(jìn)入并填滿釹鐵硼永磁材料表層的孔隙，在消除表面缺陷的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了機(jī)械咬合；此外，也有部分鋁原子在高能離子轟擊作用下滲入到釹鐵硼永磁材料中實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)所沉積的鋁薄膜與釹鐵硼永磁材料膜/基界面致密，結(jié)合牢固。
[0013]在制備了致密、膜基結(jié)合牢固的鋁過渡層后，采用沉積效率高的蒸發(fā)鍍技術(shù)沉積與過渡層同種材料的鋁耐腐蝕層，不僅層間結(jié)合良好，而且生產(chǎn)效率高，其沉積速率高于5um/h0同時(shí)，為了進(jìn)一步提高層的致密度，在蒸發(fā)鍍鋁過程中，利用200(T3000V的負(fù)偏壓進(jìn)行輝光放電離子輔助沉積，使所沉積的鋁層比常規(guī)的蒸發(fā)鍍更加致密，有利于耐腐蝕性能的改善。 [0014]因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在同一生產(chǎn)裝備中，通過多種真空鍍膜技術(shù)復(fù)合，在釹鐵硼永磁材料表面制備出生產(chǎn)效率高、耐腐蝕性能好和膜/基結(jié)合牢固的耐腐蝕層,有效地解決目前單一真空鍍膜技術(shù)在釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)處理存在的技術(shù)瓶頸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的一種釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)層材料結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:釹鐵硼永磁材料基材1、鋁過渡層2和蒸發(fā)鍍鋁層3。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例f 3分別按表f 3所列工藝流程和參數(shù)操作。采取的性能測(cè)試方法如下: I)膜層厚度通過掃描電鏡截面法觀察來測(cè)量。
[0018]2)鍍層結(jié)合力試驗(yàn):按照GB 5210-85，采用E7膠和E7固化液做粘結(jié)劑，將鍍鋁處理的NdFeB試樣與標(biāo)準(zhǔn)鐵柱粘在一起，固化后，用拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試鍍鋁層的附著力。
[0019]3)耐腐蝕性能按照GB/T10125 — 1997進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量。
[0020]實(shí)施例1
對(duì)釹鐵硼永磁材料工件通過干法噴砂進(jìn)行除油、除銹前處理，具體工藝參數(shù):磨料為玻璃珠和棕剛玉的混合物，磨料大小為80目，兩者的重量比為5:1，噴砂壓力為0.1MPa0工件經(jīng)清潔處理后裝進(jìn)專用滾籠中，送進(jìn)鍍膜機(jī)。
[0021]表1鋁防護(hù)層工藝流程表
【權(quán)利要求】
1.一種釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)層，其特征在于所述表面防護(hù)層依次由釹鐵硼基材I ;鋁過渡層2和蒸發(fā)鍍鋁層3構(gòu)成。
2.權(quán)利要求1所述的表面防護(hù)層的制備方法，其特征在于依次由下列步驟組成: 1)對(duì)釹鐵硼永磁材料鍍前除油、除銹處理； 2)工件裝進(jìn)真空室并抽真空至1.0X 10-3Pa后，輝光放電離子清洗；爐內(nèi)壓強(qiáng):1.0~3.0Pa, Ar 氣流量:200"500sccm,負(fù)偏壓:1000~3000V，時(shí)間:30~60min ； 3)沉積鋁過渡層:爐內(nèi)壓強(qiáng):0.3~0.6Pa，Ar氣流量:10(T200SCCm，磁控濺射鋁靶功率:5.0~10.0kW或陰極電弧鋁靶電流:5(Tl00A，負(fù)偏壓:100~200V，時(shí)間:5~20min ； 4)聞偏壓尚子轟擊:爐內(nèi)壓強(qiáng):1.0 2.0Pa, Ar氣流量:200 400sccm,負(fù)偏壓:2000~3000V，時(shí)間:20~40min ； 5)蒸發(fā)鍍鋁層:爐內(nèi)壓強(qiáng):0.005~0.05Pa, Ar氣流量:l(T50SCCm，蒸發(fā)舟功率:20~30kW，負(fù)偏壓:200(T3000V，時(shí)間:6(T300min。
3.權(quán)利要求2所述的表面防護(hù)層的制備方法，其特征在于所述的鍍前除油、除銹處理采用的噴砂是玻璃珠與棕剛玉或白剛玉的混合物，兩者的重量比為5: f 3:1，噴砂壓力為0.1-0.3MPa。
【文檔編號(hào)】C23C14/24GK103572217SQ201310556568
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】林松盛, 胡芳, 許偉, 代明江, 候惠君, 韋春貝, 石倩 申請(qǐng)人:廣州有色金屬研究院