一种钕铁硼磁体表面防腐涂层的制备方法与流程

本发明涉及一种钕铁硼磁体涂层，具体地说是涉及一种钕铁硼磁体表面防腐涂层的制备方法。
背景技术：
：作为一种重要的稀土应用材料，钕铁硼稀土永磁材料与人们的生活密切相关。它是一种具有极高磁能积和矫顽力的磁性材料，以优异的性能广泛应用于各类电机中。但是，钕铁硼中存在的多相结构以及各相之间的化学特性差异，使得钕铁硼稀土永磁材料表现出固有的耐蚀性不足，一旦晶界富nd相发生腐蚀溶解后，磁体内部主相晶粒之间的结合介质消失，将造成主相晶粒的脱落，严重时，还会造成磁体的粉化失效。因此，如何有效提高钕铁硼耐蚀性成为应用扩展的关键。目前，常规的提高钕铁硼耐蚀性的方法主要有合金化法和在外加防护性涂层法两大类。通过合金法提高磁体本身的耐腐蚀性能，虽然能在一定程度上提高磁体本身的耐腐蚀性能，但是该法增加了磁体的生产成本，且显著降低了磁体的磁性能。因此，工业上通常采用在磁体表面添加防护涂层的方式来彻底解决磁体的耐腐蚀性差的缺点。表面添加防护涂层法指的是在磁体表面涂覆一层致密、无缺陷的涂层，来阻止磁体与环境中的水、氧气以及腐蚀溶液等物质接触，从而提高磁体的耐腐蚀性能。在钕铁硼表面提供保护层可采用的方法有电镀、化学镀、有机涂层和物理气相沉积(pvd)镀膜。其中pvd法又包括真空蒸发镀、磁控溅射镀膜、电弧离子镀等。目前，作为现代表面处理技术之一的物理气相沉积技术(pvd)，逐渐被应用于钕铁硼稀土永磁材料的表面防护处理领域。采用该技术在钕铁硼稀土永磁材料表面沉积的金属薄膜，具有稳定性、镀层/基体结合力强、致密度高等特点，在冷热交变环境下的防腐能力较强。该技术可解决电镀过程中带来的环境污染问题，被认为是钕铁硼稀土永磁体防护开发的新方向。真空热蒸发镀技术是指将待镀工件置于高真空室内，加热真空室底部蒸发舟，使蒸发材料汽化或升华，最后在基件表面冷凝成膜的过程。该技术具有工艺简单、镀膜沉积速率快、效果明显等优点。由于al具有较低电位，且能在合适的温度下生成致密的保护性氧化膜al2o3，加之真空镀al沉积率高，因而al是钕铁硼稀土永磁材料真空镀膜首选的金属防护涂层之一。近年来，已有研究者通过真空热蒸发的方式在烧结钕铁硼磁体表面制备al薄膜。张鹏杰等[中国表面工程，2016，29(4)：p49～58.]研究了在烧结钕铁硼表面真空蒸发al薄膜，但获得的al膜与基体间的结合力较低，形成的柱状晶结构易成为腐蚀介质渗透通道，且工艺具有一定的环境污染问题。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提出了一种钕铁硼磁体表面防腐涂层的制备方法。本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种钕铁硼磁体表面防腐涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)表面预处理：清洗半成品钕铁硼磁体表面，去除污染物后烘干；2)表面清洗：抽真空，升温至100℃，通入氩气，腔体加负偏压，对样品进行等离子清洗；3)表面蒸镀：抽真空，升温至200～300℃，通入辅助气体，控制真空度为1×10-2～10×10-2pa，辉光放电产生等离子体，轰击金属靶材，真空蒸镀10～60分钟，在钕铁硼磁体表面蒸镀上复合涂层；所述的复合涂层为无机纳米颗粒-金属涂层；所述辅助气体包括第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为硅烷，所述第二组分为氧气、一氧化二氮中的一种或两种，所述第三组分为氩气、氦气；4)蒸镀结束后，继续抽真空至真空室温度降至100℃以下，关闭设备。进一步地，所述辅助气体中，第一组分与第二组分的加和与第三组分的体积比为1∶9～1∶1。进一步地，所述复合涂层中的金属为铝、铬、钛、镍、锌、铜、锡中的一种或几种的组合。进一步地，所述复合涂层中的无机纳米颗粒为二氧化硅，所述二氧化硅为辅助气体中的第一组分与第二组分的反应产物。进一步地，所述的硅烷通式是sinh2n+2，其中n＝1～6。进一步地，所述硅烷优选为甲硅烷。进一步地，所述复合涂层的厚度为0.1～20μm。化学气相沉积(chemicalvapordeposition简称cvd)是利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上发生反应生成固态沉积物的过程。在等离子体中，物质由气态变为等离子态，富集了电子、离子、激发态原子、分子及自由基，它们非常活泼，许多难以进行的反应体系在等离子条件下变得易于进行。等离子体增强化学气相沉积是：在化学气相沉积中，激发气体，使其产生低温等离子体，增强反应物质的化学活性，从而进行外延的一种方法。在沉积室利用辉光放电使其电离后在衬底上进行化学反应沉积的半导体薄膜材料制备和其他材料薄膜的制备方法。含硅气体、含氧气体进行等离子体增强制备氧化硅纳米粒子，沉积后得到氧化硅无机薄膜。在氧化硅沉积工艺中，惰性气体会加入到含硅气体、含氧气体放电中来改善沉积薄膜的物理或者化学性能。惰性气体参与放电会形成大量的激发态和亚稳态原子，这些原子发射紫外光促使生长中的薄膜发生脱水反应，形成更致密的薄膜。离子镀是在真空蒸发镀的基础上，在设备中加入使惰性气体产生辉光放电从而产生等离子体的装置，在等离子体的气氛中，在电场中的等离子体使蒸发出来的原子离子化，等离子体化的蒸发材料与惰性气体离子对基底进行轰击和镀膜。离子镀把辉光放电、等离子体技术与真空蒸发镀膜技术结合在一起，具有沉积速度快、膜层附着力强、绕射性好、可镀材料广泛等优点。因此，在钕铁硼磁体表面涂层制备过程中，惰性气体的加入一方面可以改善无机沉积薄膜的物理化学性质，另一方面可以起到离子镀的作用，使得二氧化硅纳米颗粒，与金属共沉积在钕铁硼表面，形成无机-金属复合薄膜，提高耐腐蚀性能。本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明中提供的汝铁硼磁体表面防腐涂层具有以下优点：(1)采用等离子体辅助所沉积薄膜的致密性及平整度得到显著提高，且pvd-al薄膜的柱状晶结构被抑制，防腐性能更好；(2)真空热蒸镀生成的纳米级二氧化硅颗粒，可与金属共沉积在钕铁硼表面，形成无机纳米颗粒-金属复合薄膜，这种无机纳米颗粒-金属复合薄膜有比纯金属镀膜更好的耐腐蚀性能，这是因为二氧化硅无机纳米颗粒可以镶嵌在作为惰性物质障碍的缺陷腐蚀基质金属上，改善金属镀层的微观结构，从而提高涂层的耐腐蚀性。同时，无机纳米颗粒的共沉积也阻止了界面上腐蚀点的产生，加速了基体金属的钝化过程，使得钕铁硼磁体的耐腐蚀性能得到显著提高。附图说明图1为实施例1得到的产品的表面形貌sem图。图2为实施例1得到的产品的截面形貌sem图。图3为对比例1得到的产品的表面形貌sem图。图4为对比例1得到的产品的截面形貌sem图。具体实施方式下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。一种钕铁硼磁体表面防腐涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)表面预处理：清洗半成品钕铁硼磁体表面，具体为，使用80目玻璃珠和棕刚玉以重量比3∶1均匀混合后作为喷砂磨料，使用0.3mpa的压缩空气压力喷砂，直至表面光亮为止；经喷砂的样品放入酒精中进行超声清洗20min，烘干备用；2)表面清洗：抽真空，升温至100℃，通入氩气，腔体加负偏压，采用真空下氩气等离子体对样品进行表面清洗和活化处理；在本步骤中，采用离子源对钕铁硼永磁体的表面进行活化处理，能够使钕铁硼永磁体表面的势能提高1个量级，降低了后续镀层与钕铁硼永磁体表面结合所需的能垒，有利于后续镀层的结合，提高了镀层的牢固性，同时去除表面杂质和氧化物，提高涂层与基体结合力；3)表面蒸镀：抽真空，升温至200～300℃，通入辅助气体，控制真空度为1×10-2～10×10-2pa，辉光放电产生等离子体，轰击金属靶材，真空蒸镀10～60分钟，在钕铁硼磁体表面蒸镀上复合涂层；所述的复合涂层为无机纳米颗粒-金属涂层；所述辅助气体包括第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为硅烷，所述第二组分为氧气、一氧化二氮中的一种或两种，所述第三组分为氩气、氦气。表面真空蒸镀步骤中，蒸发气压为1×10-2pa时，铝防护涂层的耐蚀性能最好；而在加入辅助气体离子轰击后，钕铁硼表面铝防护涂层的耐蚀性能会得到进一步的提高。但是，在1×10-2pa的气压下，炉内的气体分子太少，导致难以发生辉光放电，无法使得金属原子离化，不能达到离子辅助轰击的效果。气压太高(高于10×10-2pa)，蒸镀效率低，效果差。因此，使用1×10-2～10×10-2pa的蒸发气压，离子源的功率为3kw～20kw。4)蒸镀结束后，继续抽真空至真空室温度降至100℃以下，关闭设备。所述辅助气体中，第一组分与第二组分的加和与第三组分的体积比为1∶9～1∶1。所述复合涂层中的金属为铝、铬、钛、镍、锌、铜、锡中的一种或几种的组合。所述复合涂层中的无机纳米颗粒为二氧化硅，所述二氧化硅为辅助气体中的第一组分与第二组分的反应产物。所述的硅烷通式是sinh2n+2，其中n＝1～6。所述硅烷优选为甲硅烷。所述复合涂层的厚度为0.1～20μm。实施例1一种钕铁硼磁体表面防腐涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：步骤1)，表面预处理：使用80目玻璃珠和棕刚玉以重量比3∶1均匀混合后作为喷砂磨料，使用0.3mpa的压缩空气压力喷砂，直至表面光亮为止。经喷砂的样品放入酒精中进行超声清洗20min，烘干备用。步骤2)，表面清洗：抽真空至真空度为10-1pa，升温至100℃，通入氩气至真空度为1pa，腔体加负偏压800v，对样品进行等离子清洗，时间为3分钟；步骤3)，表面蒸镀：抽真空，升温至200℃，通入辅助气体甲硅烷/氧气/氩气＝1/2/7(体积比)，控制真空度为5×10-2pa，辉光放电产生等离子体，轰击铝金属靶材，真空蒸镀金属铝，30分钟，在钕铁硼磁体表面蒸镀上复合涂层；步骤4)，蒸镀结束后，继续抽真空至真空室温度降至100℃以下，关闭设备。实施例2步骤3)中，采用的辅助气体为甲硅烷/一氧化二氮/氩气＝2/2/6(体积比)，真空度为6×10-2pa。其余条件与实施例1相同。实施例3步骤3)中，采用的辅助气体为乙基硅烷/氧气/氩气＝2/3/5(体积比)，升温至为300℃，真空度为10×10-2pa，真空蒸镀金属镍，60分钟。其余条件与实施例1相同。实施例4步骤3)中，采用的辅助气体为甲硅烷/氧气/氦气＝0.5/0.5/9(体积比)，升温至为200℃，真空度为8×10-2pa，真空蒸镀金属铝，40分钟。其余条件与实施例1相同。对比例1与实施例1相比，步骤3)中不进行辅助气体等离子体化，直接抽真空蒸镀金属铝。对比例2与实施例1相比，步骤3)中通入氩气进行等离子化，真空辅助蒸镀铝金属。上述实施例1-4和对比例1-2中，采用的半成品钕铁硼磁体均为机械加工完毕后经倒角抛光的牌号为45h、规格为20mm×5mm×1.5mm。此外，对获得的钕铁硼永磁体分别进行了盐雾试验，并分别测试了盐雾试验前后钕铁硼永磁体的绝缘性和磁性能变化以检测镀层的破坏情况。其中，盐雾试验标准采用gb6458-86标准。耐盐雾时间(h)镀层结合力(mpa)实施例1102042.3实施例297041.2实施例361039.9实施例482041.0对比例15630.1对比例212032.5基体10-以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关
技术领域：
的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。当前第1页12