PVD Rivestimento sottovuoto di materiale a magnete permanente NdFeB

PVD Rivestimento sottovuoto di materiale a magnete permanente NdFeB

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NdFeB è un materiale magnetico permanente a terre rare sviluppato negli anni '80, che è di piccole dimensioni, leggero nel peso e ha proprietà magnetiche eccellenti. È ampiamente usato in informazioni elettroniche, metallurgia, industria della comunicazione, medicina e altri campi. La scienza moderna e la tecnologia e l'industria dell'informazione è integrata, leggera, direzione intelligente, come la nuova energia, il risparmio energetico e l'industria della protezione ambientale è maggiore e maggiore domanda per le prestazioni dei materiali a magneti permanenti terre rare, come il compressore del condizionatore d'aria di conversione di frequenza, risparmio energetico industriale e veicoli a motore di nuova energia con motore in acciaio magnetico deve avere un'elevata forza coercitiva, alto prodotto di energia magnetica, alta consistenza, elevata resistenza alla corrosione e altre caratteristiche, è una grande sfida per il tradizionale settore di produzione di acciaio magnetico, allo stesso tempo, la resistenza alla corrosione del materiale a magnete permanente ndfeb ha presentato requisiti più elevati.

Allo stato attuale, i metodi per migliorare la resistenza alla corrosione del materiale magnetico permanente NbFeB includono l'aggiunta di elementi di lega e rivestimento protettivo aggiuntivo, ma il metodo principale è quello di aggiungere un rivestimento protettivo (rivestimento metallico, rivestimento organico e rivestimento composito). Il rivestimento protettivo può impedire il contatto tra la fase di corrosione e il substrato e quindi rallentare la corrosione del magnete. Placcatura elettrolitica, elettrodeposizione, deposizione fisica in fase vapore, ecc. La tecnologia di protezione galvanica è ampiamente applicata alla protezione del materiale a magnete permanente NdFeB a causa della sua bassa soglia tecnica, processo maturo e prezzo basso. Il magnete permanente NdFeB è costituito principalmente dall'industria della metallurgia delle polveri sinterizzate, superficie porosa, nel processo di placcatura elettrolitica o elettrolitica, la soluzione acquosa elettrolitica acida o alcalina rimarrà inevitabilmente nel poro della matrice NdFeB, compromettendo seriamente la qualità del rivestimento protettivo, matrice NdFeB può non raggiungere la durata prevista, e lo scarico delle acque reflue di placcatura elettrolitica e chimica.

Inoltre inquina l'ambiente. Pertanto, negli ultimi anni, ricercatori nazionali e stranieri hanno lavorato per sviluppare anziché placcare la tecnologia di protezione delle superfici, la tecnologia di deposizione fisica a vapore (PVD) come una sorta di tecnologia rispettosa dell'ambiente, ha le caratteristiche di ciò che molte altre tecnologie non hanno, controllando i parametri di processo può essere la grana di spessore piccolo, uniforme, l'adesione del film eccellente placcatura; Allo stesso tempo, PVD è una tecnologia di placcatura a secco, che può evitare i difetti del rivestimento fragile a causa di residui di soluzione elettrolitica acida o alcalina nei pori magnetici e assorbimento di idrogeno durante la placcatura. Tuttavia, il trattamento superficiale della PVD Nd-FeB è limitato dal costo di produzione di massa e da alcuni fattori.

In questo documento vengono descritte le varie tecnologie PVD applicate ai materiali a magneti permanenti NdFeB in patria e all'estero e vengono descritti i principi di base, le caratteristiche e lo stato della ricerca di queste tecnologie. Sono stati anche riassunti i processi di pre-trattamento e post-trattamento rilevanti della deposizione di gas fisico applicata al materiale magnetico permanente NdFeB, e sono state condotte analisi corrispondenti per fornire riferimento per i lavoratori interessati.

1. Tecnologia di protezione PVD

Il materiale a magneti permanenti di NdFeB generalmente opera in determinate condizioni di temperatura e medie, ed è necessario per mantenere l'integrità delle sue dimensioni esterne e delle prestazioni magnetiche a lungo termine. Quando il materiale NdFeB si corrode, un'area superficiale parziale causerà il danneggiamento della composizione e della struttura, il che causerà il declino della proprietà magnetica, influenzando così la sua applicazione pratica. La tecnologia PVD può risolvere efficacemente questo problema depositando un rivestimento protettivo sulla superficie NdFeB. Il rivestimento preparato dalla tecnologia PVD ha una buona stabilità, un'elevata forza di adesione e un'alta densità. Inoltre, durante la placcatura PVD, lo spessore del rivestimento interessato dall'angolo laterale del pezzo magnetico è molto inferiore a quello della placcatura elettrolitica e elettrolitica e non vi è alcun inquinamento nel processo di preparazione. Inoltre, la tecnologia PVD può ottenere una vasta gamma di tipi di rivestimento (come Al, Ti / Al, Al / Al2O3, TiN, ecc.), Che è una promettente tecnologia di protezione della superficie NdFeB. Allo stato attuale, le tecniche PVD comunemente usate per il trattamento superficiale di materiali magnetici permanenti NdFeB in patria e all'estero includono principalmente evaporazione, sputtering di magnetron e placcatura ionica. Quanto segue è una panoramica delle tre tecnologie dai principi di base e lo stato della ricerca in patria e all'estero.

1.1 il rivestimento di evaporazione

Il processo di deposizione del vapore consiste nel mettere il pezzo in una camera a vuoto e riscaldarlo in un certo modo. Questa tecnologia ha i vantaggi di una semplice attrezzatura e un facile controllo del processo, ma lo strato di pellicola ottenuto per evaporazione termica generale è relativamente ruvido, con scarsa forza di adesione, ed è facile formare una struttura cristallina colonnata spessa, e il liquido corrosivo può facilmente passare attraverso il film strato per corrodere il materiale di substrato NdFeB. Allo stato attuale, la tecnologia di placcatura di evaporazione nei materiali a magneti permanenti NdFeB per il trattamento protettivo superficiale ha riportato meno, all'estero ha una piccola quantità di evaporazione della deposizione ionizzata (preparazione di deposizione di vapore ionico, IVD) della tecnologia delle membrane in alluminio. La tecnologia IVD si riferisce all'aggiunta di una pressione di polarizzazione negativa sul pezzo in lavorazione al di sopra della sorgente di evaporazione e alla generazione di scarica a bagliore attorno al pezzo. Nel processo di rivestimento di evaporazione, quando gli atomi di vapore di metallo evaporato passano attraverso l'area di bagliore, alcuni atomi di metallo sono ionizzati in ioni metallici e gli ioni o gli atomi di metallo accelerato si spostano sulla superficie del pezzo in lavorazione per formare un film. Il rivestimento metallico preparato con questa tecnica presenta i vantaggi di buona densità, alto grado di legame con il substrato, velocità di deposizione rapida, ecc. Pertanto, questa tecnica può essere applicata alla protezione dalla corrosione del materiale magnetico permanente NdFeB.

1.2 Tecnologia di sputtering magnetron

La tecnologia di sputtering del magnetron è la tecnologia di deposizione del film sul pezzo in lavorazione dopo che gli ioni di argon sono stati generati dalla scarica a incandescenza che sputa gli atomi target. Il rivestimento sputtering del magnetron è caratterizzato da una bassa temperatura di deposizione, una composizione del film uniforme e controllabile, nessun cambiamento nella finitura superficiale del substrato e una buona adesione al substrato. Può essere applicato alla protezione superficiale del materiale magnetico permanente NdFeB.

MaoSD et al. depositato film Al su NdFeB utilizzando la tecnologia di sputtering magnetron dc per ottenere film Al con struttura cristallina colonnare, come mostrato in FIG. 1 (a). I risultati mostrano che la placcatura in alluminio con sputtering del magnetron migliora la resistenza alla corrosione del magnete. Quando i micro pori tra i cristalli colonnari rivestiti di alluminio attraversano la membrana, la soluzione corrosiva raggiungerà la matrice attraverso questi pori quando i materiali con rivestimento protettivo Al corrodono. MaoSD e adottato come metodo di sputtering del magnetron assistito da fasci ionici (ion-beam-assistedeposition, IBAD) di preparazione del film Al nella superficie di NdFeB, come mostrato nella figura 1 (b), si può vedere che la struttura cristallina colonnare , lo strato di membrana è più uniforme e denso, i risultati mostrano che dopo 240 h test neutro nebbia di sale, la superficie del film sputtering Al magnetron puro appare una vasta area di ruggine rossa, ma solo una piccola quantità di preparazione della ruggine rossa superficie film IBAD Al le sue prestazioni resistenti alla corrosione sono migliorate ovviamente, questo è dovuto principalmente allo strato di pellicola IBAD - Al e il film di ossido ne ha di più. MaoSD et al. preparato film multistrato Al / Al2O3 mediante sputtering al plasma a magnetron assistito.

Li jinlong et al. depositato film multistrato AlN / Al sulla superficie di NdFeB utilizzando la tecnologia di sputtering con magnetron in cc. Lo studio ha mostrato che i film AlN / Al depositati sulla superficie di NdFeB erano più densi e avevano la migliore resistenza alla corrosione quando la pressione parziale dell'argon di azoto era 1: 1. La resistenza alla corrosione da nebbia salina dei film multistrato AlN / Al era significativamente migliore di quella dei film monostrato Al, che non solo non distruggevano l'energia magnetica di NbFeB, ma aumentavano anche leggermente la sua energia magnetica. I film multistrato Ti / Al sono stati depositati sulla superficie dei magneti NdFeB sinterizzati da xie tingting et al .. Gli studi dimostrano che i film multistrato Ti / Al hanno una superficie più densa rispetto ai singoli film Al e lo strato Ti interrompe la crescita della struttura cristallina colonnare di Al strato. La sua corrente di auto-corrosione è di quasi 2 ordini di grandezza inferiore a quella del film sottile di Al puro e ha una maggiore resistenza alla corrosione e resistenza distruttiva.

1,3 placcatura ionica

La tecnologia di placcatura ionica si basa sulla placcatura di evaporazione sottovuoto e sull'attivazione del plasma, nel cuore della ionizzazione del vapore a bagliore di gas inerte del materiale di membrana e del bombardamento basale e del rivestimento. Oltre ai vantaggi dell'evaporazione sottovuoto e dello sputtering, la tecnologia di placcatura ionica combina la scarica a bagliore, la tecnologia al plasma e la tecnologia di rivestimento a evaporazione sottovuoto. Inoltre, ha anche i vantaggi di una rapida deposizione, una forte adesione dello strato del film, una buona diffrazione e materiali di rivestimento estesi.

In Giappone, la tecnologia della placcatura dell'alluminio ionico è stata ampiamente utilizzata nel materiale NdFeB di SPM (corpo magnetico superficiale), motore IPM (magnete interno) e veicolo elettrico. Negli anni '90 è stata segnalata la preparazione di membrane Al su superficie NdFeB mediante placcatura ionica in Cina.Xie Fa che utilizza frequentemente la tecnologia di placcatura ionica sul materiale magnetico permanente come il film di rivestimento di alluminio di 8,5 micron di spessore, ha riscontrato un aumento del 5% rispetto alla forza coercitiva, la rimanenza e il massimo di variazione di energia magnetica rispettivamente del 21,8% e 2,1%, e lo strato di membrana e matrice tra il materiale a magnete permanente ha una buona forza di legame, questo è dovuto al bombardamento di ioni ad alta energia sulla superficie di magneti e atomo, ha causato un certo grado di impianto di ioni; tempo del materiale magnetico permanente placcato con 8,5 strato irlandese raggiunto 168h.AAli et al. preparato rivestimento ceramico TiN su NdFeB utilizzando la tecnologia di placcatura ionica ad arco catodico, che può migliorare la resistenza alla corrosione di NdFeB senza influenzare le proprietà magnetiche del magnete stesso.Du jun et al. preparato ZrN / TiN rivestimento sulla superficie del magnete NdFeB con il metodo di placcatura ad arco. La morfologia della sezione trasversale indicava che il rivestimento era relativamente compatto con evidente struttura multistrato, e vi era un evidente strato di transizione tra il rivestimento e il substrato, che era favorevole al miglioramento della forza di legame tra il rivestimento e il substrato. I risultati mostrano che il rivestimento ZrN / TiN può non solo ridurre la velocità di corrosione dei magneti NdFeB di 2 ordini di magnitudo, ma anche migliorare la resistenza all'usura del magnete.Nel campo della stomatologia, il materiale magnetico permanente NdFeB viene utilizzato per il magnete umano trattamento ortodontico a causa della sua alta coercività, elevata rimanenza e alto accumulo di energia magnetica, ma ha scarsa resistenza alla corrosione e non può essere utilizzato a lungo termine nell'ambiente orale, che limita la sua applicazione. La deposizione di rivestimento TiN sulla superficie di NdFeB materiale magnetico permanente mediante placcatura ionica può migliorare la resistenza alla corrosione del materiale magnetico permanente NdFeB nell'ambiente orale.

2. Processo di pretrattamento

NdFeB ha un gran numero di pori sciolti sulla superficie del materiale a magnete permanente, che è influenzato dalle tecniche di elaborazione precoce come la lavorazione meccanica, così come l'olio residuo, la polvere e altre sostanze sulla superficie, causando difficoltà nel trattamento della superficie PVD. La tecnica convenzionale di pretrattamento PVD non è completamente adatta per la pulizia della superficie NdFeB. Questo perché nel processo di utilizzo di una soluzione di acqua elettrolitica come un detergente per metalli per pulire lo sporco superficiale magnetico, se queste soluzioni di trattamento rimangono nei pori, causerà una scarsa adesione dello strato di rivestimento, il rivestimento è facile da scheggiare. Inoltre, il limite di grano del materiale magnetico permanente nd-feb è ricco di fase Nd. Se il precedente processo di trattamento non è appropriato, si verificherà anche la corrosione intercristallina, che accorcerà seriamente la durata del magnete. Pertanto, il processo di pretrattamento è la chiave per migliorare l'adesione del rivestimento e la resistenza alla corrosione.

Allo stato attuale, le ricerche sul trattamento di preparazione dei materiali a magneti permanenti NdFeB sono più frequenti, la maggior parte delle quali è galvanica e placcatura chimica. L'autore ritiene che ciò sia dovuto al fatto che il trattamento superficiale di NdFeB PVD è temporaneamente nella fase iniziale e che la tecnologia di pretrattamento PVD è anche meno studiata. Tuttavia, ci sono molti processi di pretrattamento per placcatura elettrolitica e elettrolitica. Alcuni buoni processi di pretrattamento per placcatura elettrolitica e elettrolitica possono essere utilizzati come riferimento nel pretrattamento di Nd-FeBPVD. I processi comuni di preparazione del materiale a magneti permanenti NdFeB comprendono levigatura, lucidatura, rimozione dell'olio, rimozione della ruggine, sigillatura dei fori, attivazione, ecc.

Il trattamento di levigatura e lucidatura della carta vetrata è un metodo di trattamento di prepa razione convenzionale, che è adatto per il trattamento di materiali NdFeB con regole di piccolo lotto e non adatto per il pretrattamento di materiali NdFeB sfusi. La sigillatura dei fori è un metodo per immergere l'agente di sigillatura dei pori nel micro foro del pezzo e quindi solidificarlo in un solido. Il foro di sigillatura può impedire efficacemente all'acido e agli alcali di infiltrarsi nei pori del materiale NdFeB nel processo di rimozione di olio e ruggine ed evitare la corrosione interna ed esterna causata dal magnete. Allo stato attuale, i principali metodi di sigillatura dei fori sono i seguenti: (1) stearato di zinco in ammollo, riscaldando lo stearato di zinco allo stato fuso, quindi inserendo il campione, eliminando e raffreddando dopo 20 minuti e solidificando il foro nel poro magnetico ; (2) quando i pori vengono sigillati mediante acqua bollente, il campione NdFeB viene messo in acqua deionizzata bollente e fatto bollire per 3-5 minuti. L'acqua viene risucchiata nei pori interni del magnete attraverso l'azione capillare. (3) immergere il campione in un sigillante poroso e metterlo nel bollitore sottovuoto per 10-15 minuti. Dopo aver estratto, lavare il campione a una certa temperatura e solidificare nel mezzo di polimerizzazione. Wang xin et al. trovato che il foro di tenuta può migliorare significativamente l'adesione della base del film e la resistenza alla corrosione del magnete. Xiao xiangding et al. confrontato l'effetto dell'effetto di tenuta magnetica dell'agente di solidificazione rapida dell'infiltrazione organica e dell'agente di sigillatura dei pori di vetro in acqua inorganico sulla resistenza alla corrosione del magnete attraverso gli esperimenti e ha determinato che l'agente di impregnazione organica di solidificazione rapida era l'agente di pori-sigillatura NdFeB appropriato. I magneti NdFeB devono essere asciugati dopo il trattamento sigillante per ridurre i residui di soluzione. Il rivestimento protettivo PVD è stato applicato a NdFeB dopo che il foro di tenuta è stato asciugato. Questo metodo è efficace.

Il materiale a magneti permanenti NdFeB dovrebbe evitare la corrosione da detergenti altamente acidi o alcalini nel processo di rimozione di olio e ruggine. Zhou qi et al. ha dimostrato che il neodimio nei materiali a magneti permanenti Cl- e NdFeB ha reagito con forza, quindi l'acido cloridrico è stato controindicato durante il decapaggio e la rimozione della ruggine. Allo stesso tempo, nella soluzione di derusting e rimozione dell'olio, vengono aggiunte sostanze con capacità complessante e inibitore di corrosione per prevenire l'ossidazione del neodimio e l'eccessiva corrosione della matrice. Rao hou et al. hanno studiato diverse tecniche di rimozione dell'olio prima della nichelatura con NdFeB, ei risultati hanno mostrato che le soluzioni Na3PO4 e Na2CO3 sono state inizialmente utilizzate per la rimozione di olio chimico, e quindi la rimozione dell'olio elettrico era la più efficace, mentre il detergente per metalli era il meno efficace. Nd of NdFeB è un metallo molto attivo. Se si esegue la rimozione di olio anodico, la superficie del substrato è facile da ossidare e sciogliere, con conseguente sovra-corrosione. Pertanto, nel processo di rimozione dell'olio, è meglio utilizzare il catodo per la rimozione dell'olio. JingChen et al. utilizzato l'attacco elettrolitico anodico per rimuovere il film di ossido sulla superficie magnetica quando il rivestimento al-mn elettrodepositato su NdFeB. Questo metodo non solo può rimuovere efficacemente il film di ossido sulla superficie magnetica, ma anche migliorare notevolmente la forza di legame tra il rivestimento e il substrato. Inoltre, la pulizia assistita da ultrasuoni ha un buon effetto sul trattamento di NdFeB prima della placcatura. Li xiaodong ha studiato il processo di pulizia dei materiali magnetici e ha ritenuto che la combinazione di pulizia ad ultrasuoni ad alta frequenza e bassa frequenza possa migliorare significativamente la pulizia dei pezzi di pulizia.

La sabbiatura a secco è un metodo efficace per rimuovere i prodotti di corrosione dalla ruggine e la scala di ossido sulla superficie di lavoro. Con alta efficienza, alto grado meccanico e buona qualità di rimozione della ruggine, è adatto per la rimozione della ruggine superficiale di NdFeB e di altri materiali metallurgici in polvere. La rugosità superficiale della matrice dopo la sabbiatura può migliorare la forza di legame tra il film e la matrice. Han wensheng et al. ha studiato diversi processi di preparazione sulla superficie di NdFeB e ha sostituito la tradizionale rimozione di olio alcalino e la rimozione della ruggine di decapaggio mediante rimozione dell'olio e sabbiatura a secco. Lo studio ha dimostrato che questo pretrattamento prima della placcatura anidra può migliorare l'adesione tra rivestimento e substrato e ottenere un rivestimento cristallino fine, liscio e denso. È importante notare che come risultato dei materiali a magneti permanenti di NdFeB contenenti neodimio attivo di terre rare, sabbia nell'aria dopo aver presto formato uno strato di film di ossido, dopo l'essiccazione del trattamento ulteriormente, se non si rimuove lo strato di film di ossido , può influenzare la qualità del rivestimento, causare una cattiva combinazione tra substrato e rivestimento, l'autore pensa che, quando il rivestimento PVD, può adottare il metodo di bombardamento di ioni ad alta energia nel forno per rimuovere l'ossido sulla superficie del NdFeB.

3. Tecnologia di post-elaborazione

Dopo aver rivestito il PVD con un rivestimento protettivo, un efficace processo di post-trattamento può migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione del rivestimento, soddisfacendo così i requisiti di servizio del materiale magnetico permanente NdFeB in un ambiente rigido con alta temperatura e forte corrosività ed estendendone la durata. Trattamenti post-placcatura comuni includono pallinatura, trattamento termico sotto vuoto, conversione chimica, ecc.

Tang zhihui et al. studiato l'effetto della pallinatura sulla micro-morfologia e resistenza alla corrosione del rivestimento di alluminio ionizzato. Sun bao-yu et al. ha usato la tecnologia di sputtering del magnetron di DC per condurre il trattamento termico sotto vuoto sul materiale magnetico del film Al dopo la placcatura dell'alluminio sulla superficie del magnete NdFeB. I risultati mostrano che il film di placcatura permanente di NdFeB a magnete permanente dopo 650 ℃ , 10 min dopo il trattamento termico, lo strato di film Al e il substrato NdFeB nell'interfaccia metallurgica, migliorano l'adesione del film, mantengono l'integrità del rivestimento, migliorare la resistenza alla corrosione dei materiali a magnete permanente NdFeB. Sun bao-yu et al. preparato un film di lega DyAl sulla superficie del magnete NdFeB sinterizzato, condotto infiltrazione di diffusione del vuoto e trattamento di invecchiamento sui campioni di rivestimento, e lo studio ha mostrato che Dy e Al elemento diffuso nel substrato superficiale, e la coercività intrinseca del magnete aumentato Hcj, resistenza al calore e resistenza alla corrosione. Xie fazhen et al. placcatura in alluminio applicata su materiale magnetico permanente NdFeB e trattamento di conversione del cromato per migliorare la resistenza alla corrosione da spruzzo salina del magnete di una volta.

4. Note finali

Migliorare la resistenza alla corrosione del materiale a magnete permanente NdFeB è un progetto sistematico, che deve essere studiato esaurientemente da diversi aspetti, come il processo di pre-placcatura, il processo di placcatura e il processo di post-placcatura. Sebbene il PVD sia una tecnica di protezione della superficie promettente per NdFeB, sono necessari ulteriori miglioramenti nei seguenti aspetti.

(1) l'adozione di un singolo strato di membrana non è una buona soluzione al problema della scarsa resistenza alla corrosione del materiale magnetico permanente NdFeB, e un metodo di preparazione composito multisecnologico dovrebbe essere sviluppato per ottenere pellicole multistrato. Vale la pena notare che l'energia magnetica della matrice NdFeB non può essere danneggiata dalle pellicole multistrato che migliorano la resistenza alla corrosione del materiale magnetico permanente NdFeB.

(2) poiché la protezione magnetica richiede una placcatura uguale su tutte le superfici del pezzo in lavorazione NdFeB, la rotazione tridimensionale del magnete NdFeB dovrebbe essere risolta nella preparazione del PVD per garantire la coerenza della qualità del film.

(3) quando si utilizza il PVD per preparare il rivestimento protettivo, diverse strutture a barile sono progettate per prodotti NdFeB di forme diverse per aumentare il più possibile il numero di forni, il che è favorevole a ridurre il costo della produzione su larga scala della tecnologia PVD e migliorare la sua competitività sul mercato, in modo da sostituire le attuali tecnologie di elettrodeposizione e placcatura chimica che sono pesanti per ambiente e risorse.

(4) sono stati sviluppati ulteriori processi di pre-trattamento e post-trattamento adatti alla produzione su larga scala di tecnologia PVD per dare pieno gioco alla resistenza alla corrosione del rivestimento protettivo sulla base di assicurare l'integrità del materiale magnetico.