PVD Vakuumcoating af permanent magnetmateriale fra NdFeB

PVD Vakuumcoating af permanent magnetmateriale fra NdFeB

IKS PVD tilpassede den egnede PVD vakuumcoating maskine til dig, kontakt os nu, iks.pvd@foxmail.com

NdFeB er et magnetisk materiale af sjældne jordarter, der blev udviklet i 1980'erne, som er lille i størrelse, let i vægt og har fremragende magnetiske egenskaber. Det er meget udbredt inden for elektronisk information, metallurgi, kommunikationsindustrien, medicin og andre områder. Moderne videnskab og teknologi og informationsbranche er integreret, letvægts, intelligent retning, såsom ny energi, energibesparelse og miljøbeskyttelse industri er højere og højere efterspørgsel efter udførelsen af de sjældne jordarters permanente magnet materialer, såsom frekvensomformning aircondition kompressor, industriel energibesparelse og ny energikøretøj drevet motor med magnetisk stål skal have en høj tvangskraft, højt magnetisk energiprodukt, høj konsistens, høj korrosionsbestandighed og andre egenskaber, det er en stor udfordring for den traditionelle magnetiske stålindustri på samme måde tid, korrosionsbestandigheden af ndfeb permanentmagnetmateriale fremsatte højere krav.

På nuværende tidspunkt omfatter metoderne til forbedring af korrosionsbestandigheden af permanent magnetisk materiale NbFeB tilsætning af legeringselementer og yderligere beskyttende belægning, men den vigtigste metode er at tilføje beskyttende belægning (metalcoating, organisk belægning og kompositbelægning). Den beskyttende belægning kan forhindre kontakten mellem korrosionsfasen og substratet og dermed nedsætte magnetens korrosion. Elektroplettering, galvanisering, fysisk dampaflejring osv. Elektropletterende beskyttelsesteknologi anvendes bredt til beskyttelse af NdFeB permanentmagnetmateriale på grund af den lave tekniske tærskel, modne proces og lave pris. NdFeB permanentmagnet er hovedsagelig fremstillet af sintret pulvermetallurgiindustri, porøs overflade, der er i færd med elektroplettering eller elektrofri plating, sur eller alkalisk elektrolytvandig opløsning vil uundgåeligt forblive i NdFeB-matrixpore, der alvorligt påvirker kvaliteten af den beskyttende belægning, NdFeB matrix kan ikke nå det forventede levetid, og galvanisering og kemisk plating spildevand udledning.

Det forurener også miljøet. Derfor har indenlandske og udenlandske forskere i de senere år arbejdet på at udvikle i stedet for at platte overfladebeskyttelsesteknologiforskning, fysisk dampaflejring (PVD) -teknologi som en slags miljøvenlig teknologi, har egenskaberne for, hvad mange andre teknologier ikke har, ved at styre procesparametrene kan være korn af lille, ensartet tykkelse, filmhæftning fremragende plating; Samtidig er PVD en tørpletteringsteknologi, som kan undgå defekterne ved belægning sprød på grund af syre eller alkaliske elektrolytopløsningsrester i de magnetiske porer og hydrogenabsorption under plettering. Overfladebehandling af Nd-FeB PVD er dog begrænset af masseproduktionsomkostninger og nogle faktorer.

I dette papir opsummeres forskellige PVD teknologier til NdFeB permanentmagnetmateriale i ind-og udland, og de grundlæggende principper, egenskaber og forskningsstatus for disse teknologier beskrives. Relevante forbehandlings- og efterbehandlingsprocesser af fysisk gasafsætning anvendt på NdFeB permanent magnetisk materiale blev også opsummeret, og tilsvarende analyse blev udført for at tilvejebringe reference for relevante arbejdstagere.

1. PVD-beskyttelsesteknologi

NdFeB permanentmagnetmateriale opererer generelt under bestemte temperatur- og mellemforhold, og det er påkrævet at opretholde integriteten af dets ydre størrelse og magnetiske ydeevne på lang sigt. Når NdFeB-materialet korroderer, vil det delvise overfladeareal forårsage beskadigelse af sammensætning og struktur, hvilket vil medføre, at den magnetiske egenskab falder og dermed påvirker dens praktiske anvendelse. PVD teknologien kan effektivt løse dette problem ved at deponere beskyttende belægning på NdFeB overflade. Belægningen fremstillet ved PVD-teknologi har god stabilitet, høj bindingskraft og høj densitet. Derudover er tykkelsen af belægningen, der påvirkes af sidevinklen af det magnetiske emne, under PVD-belægningen meget lavere end for elektroplettering og elektrofri plettering, og der er ingen forurening i fremstillingsprocessen. Desuden kan PVD-teknologien opnå en bred vifte af belægningstyper (såsom Al, Ti / Al, Al / Al2O3, TiN osv.), Som er en lovende NdFeB overfladebeskyttelsesteknologi. På nuværende tidspunkt omfatter de PVD teknikker, der almindeligvis anvendes til overfladebehandling af NdFeB permanent magnetiske materialer i ind-og udland, primært fordampning, magnetronforstøvning og ionplating. Nedenstående er et overblik over de tre teknologier fra de grundlæggende principper og forskningsstatus i ind-og udland.

1.1 fordampningsplettering

Dampaflejringsprocessen er at sætte emnet i et vakuumkammer og opvarme det på en bestemt måde. Denne teknologi har fordelene ved simpelt udstyr og nem styring af processen, men filmlaget opnået ved generel termisk fordampning er forholdsvis groft, med dårlig vedhæftningsstyrke, og det er let at danne tykk kolonneformet krystalstruktur, og korrosionsvæsken kan let passere gennem filmlaget for at korrodere NdFeB substratmaterialet. På nuværende tidspunkt rapporterede fordampningspletteringsteknologien i NdFeB permanentmagnetmaterialer til overfladebehandlingsbehandling mindre, i udlandet en lille fordampning af ionbaseret aflejring (iondampaflejring, IVD) forberedelse af aluminium membran teknologi. IVD-teknologi henviser til at tilføje negativt forspændingstryk på emnet over fordampningskilden og generere glødudladning omkring emnet. I fordampningsbelægningsprocessen ioniseres nogle metalatomer i metalioner, når de fordampede metaldampatomer passerer gennem glødningsområdet, og de accelererede metalioner eller atomer bevæger sig til arbejdsstykkefladen for at danne en film. Metalcoatingen fremstillet ved denne teknik har fordelene ved god densitet, højbindingsgrad med substrat, hurtig aflejringshastighed osv. Derfor kan denne teknik påføres korrosionsbeskyttelse af NdFeB permanent magnetisk materiale.

1,2 magnetron sputtering teknologi

Magnetron sputtering teknologi er teknologien for aflejring af film på emnet efter at argonionerne er dannet af glødudladning, der sputterer målatomer. Magnetron sputtering belægning er karakteriseret ved lav aflejringstemperatur, ensartet og styrbar film sammensætning, ingen ændring i overfladen finish af substratet og god vedhæftning til substratet. Det kan påføres overfladebeskyttelsen af NdFeB permanent magnetisk materiale.

MaoSD et al. afsatte Al-film på NdFeB ved anvendelse af DC magnetron sputtering teknologi til opnåelse af Al-film med kolonneformet krystalstruktur, som vist i fig. 1 (a). Resultaterne viser, at magnetronforstøvningens aluminiumplade forbedrer magnetens korrosionsbestandighed. Da mikroporerne mellem de aluminiumbelagte kolonner krystaller løber gennem membranen, vil korrosionsopløsningen nå matricen gennem disse porer, når materialerne med Al-beskyttende belægning korroderer. MaoSD og vedtaget som Ion beam assisted magnetron sputtering (Ion-beam-assisteddeposition, IBAD) fremgangsmåde til fremstilling af Al-film i overfladen af NdFeB som vist i figur 1 (b) kan det ses, at den kolonneformede krystalstruktur membranlaget er mere ensartet og tæt, viser resultaterne, at efter 240 h neutralt saltdamptest vises den rene Al magnetron sputtering filmoverflade et stort område af rød rust, men kun en lille mængde forberedelse af Al-film IBAD-overfladen rød rust , dets korrosionsbestandige ydeevne forbedres tydeligvis, dette skyldes hovedsageligt IBAD-Al filmlaget, og oxidfilmen har mere. MaoSD et al. fremstillede Al / Al2O3 multilag film ved hjælp af plasmaassisteret magnetron-sputtering.

Li jinlong et al. aflejrede AlN / Al flerlagsfilm på overfladen af NdFeB ved anvendelse af DC magnetron sputtering teknologi. Undersøgelsen viste, at AlN / Al-filmene, der blev deponeret på overfladen af NdFeB, var tættere og havde den bedste korrosionsbestandighed, når nitrogen argonpartialtrykket var 1: 1. Sprøjtekorrosionsbestandigheden af AlN / Al multilagfilm var signifikant bedre end den for enkeltlags Al-film, som ikke alene ødelagde den magnetiske energi af NbFeB, men øgede også sin magnetiske energi lidt. Ti / Al multilayerfilm blev aflejret på overfladen af sintrede NdFeB-magneter ved hjælp af xie tingting et al. Undersøgelser viser, at Ti / Al multilagfilm har en tættere overflade end single Al-film, og Ti-lag afbryder væksten af den kolonneformede krystalstruktur af Al lag. Dens selvkorrosionsstrøm er næsten 2 størrelsesordener mindre end den rene Al-tyndfilm, og den har højere korrosionsbestandighed og destruktiv styrke.

1,3 ionplating

Ionplatingsteknologi er baseret på vakuumfordampningsplettering og plasmaaktivering i hjertet af den inerte gas glødudladning dampionisering af membranmateriale og basal bombardement og coating. Ud over fordelene ved vakuumfordampning og forstøvning kombinerer ionplating teknologi glødudladning, plasmateknologi og vakuumfordampningsteknologi. Desuden har den også fordelene ved hurtig afsætning, stærk adhæsion af filmlag, god diffraktion og omfattende belægningsmaterialer.

I Japan er ionenaluminiumplatingsteknologi blevet anvendt i stor udstrækning i NdFeB-materialet i SPM (overflademagnetisk krop), IPM (intern magnet) motor og elektrisk køretøj. I 1990'erne blev der rapporteret om fremstilling af Al membraner på NdFeB overflade ved ionplating i Kina. Xie Fa bruger ofte ionplatingsteknologi på det permanente magnetmateriale, såsom 8,5 mikrometer tyk aluminiumplatingfilm, en stigning på 5% over tvangskraften, remanensen og det maksimale magnetiske energiprodukt ændres med henholdsvis 21,8% og 2,1% og membranlaget og matrixen mellem permanentmagnetmaterialet har en god bindingsstyrke, dette skyldes høj energi-ionbombardementet på overfladen af magneter og atom, forårsaget en vis grad af ionimplantation; Salttågetesten viste, at salttågebestandigheden tidspunktet for det permanente magnetiske materiale udpladet med 8,5 irsklag nåede 168h.A.Ali et al. forberedt TiN keramisk belægning på NdFeB ved hjælp af katodebueplating teknologi, som kan forbedre korrosionsbestandigheden af NdFeB uden at påvirke magnetens egenskaber. Du jun et al. fremstillet ZrN / TiN belægning på overfladen af NdFeB magnet ved hjælp af arc ion plating metode. Tværsnittsmorfologien viste, at belægningen var forholdsvis kompakt med åbenbar flerlagsstruktur, og der var et tydeligt overgangslag mellem belægningen og substratet, som var befordrende for forbedringen af bindekraften mellem belægningen og substratet. Resultaterne viser, at ZrN / TiN-belægningen ikke kun kan reducere korrosionshastigheden af NdFeB-magneter med 2 størrelsesordener, men også forbedre slidstyrken af magneten. Inden for stomatologi anvendes NdFeB permanent magnetisk materiale til menneskelig magnetisk ortodontisk behandling på grund af dens høje koercivitet, høj remanens og høj magnetisk energi akkumulering, men den har ringe korrosionsbestandighed og kan ikke bruges på lang sigt i det orale miljø, hvilket begrænser dets anvendelse. Aflejringen af TiN-belægning på overfladen af NdFeB permanent magnetisk materiale ved ionplating kan forbedre korrosionsbestandigheden af NdFeB permanent magnetisk materiale i det orale miljø.

2. Forbehandling proces

NdFeB har et stort antal løse porer på overfladen af permanentmagnetmateriale, som påvirkes af de tidlige behandlingsteknikker som mekanisk forarbejdning samt resterende olie, støv og andre stoffer på overfladen, hvilket medfører problemer med PVD-overfladebehandling. Den konventionelle PVD-forbehandlingsteknik er ikke fuldstændig egnet til NdFeB-overfladerensning. Dette skyldes, at der i processen med at anvende elektrolytvandsløsning såsom metalrengøringsmiddel til at rengøre det magnetiske overflade snavs, hvis disse behandlingsopløsninger forbliver i porerne, vil medføre dårlig vedhæftning af overtrækslaget, belægningen er let at spalte. Endvidere er korngrænsen for nd-feb permanent magnetisk materiale rig på Nd-fase. Hvis den tidligere behandlingsproces ikke er hensigtsmæssig, vil der også forekomme krystallinsk korrosion, hvilket vil forkorte magnetens levetid alvorligt. Derfor er forbehandlingsprocessen nøglen til at forbedre belægningsadhæsionen og korrosionsbestandigheden.

I øjeblikket er undersøgelser af præplateringsbehandling af permanente magnetmaterialer fra NdFeB hyppigere, hvoraf de fleste er galvaniserende og kemisk plettering. Forfatteren mener, at dette skyldes, at overfladebehandling af NdFeB PVD er midlertidigt i indledende fase, og relevant PVD-forbehandlingsteknologi er også mindre undersøgt. Der er imidlertid mange forbehandlingsprocesser til elektroplating og elektrofri plating. Nogle gode forbehandlingsprocesser til elektroplettering og elektrofri plettering kan anvendes som reference i forbehandling af Nd-FeBPVD. Fælles processer af NdFeB permanentmagnetmateriale præplatering omfatter slibning, polering, oliefjernelse, rustfjernelse, hulforsegling, aktivering mv.

Sandpapirslibning og polering er en konventionel præplateringsmetode, som er egnet til behandling af NdFeB-materialer med små batchformregler og ikke egnet til forbehandlingen af bulk NdFeB-materialer. Hulforsegling er en metode til at suge porforseglingsmidlet ind i mikrohullet på emnet og størkne det derefter i et fast stof. Forseglingshullet kan effektivt forhindre syre og alkali i at infiltrere ind i porerne i NdFeB-materialet i processen med olie- og rustfjernelse og undgå den indre og ydre korrosion forårsaget af magneten. På nuværende tidspunkt er de vigtigste metoder til hulforsegling som følger: (1) gennemblødning af zinkstearat, opvarmning af zinkstearat til smeltet tilstand, sætning af prøven i det, udtagning og afkøling efter 20 minutter og størkning af hullet i den magnetiske por ; (2) Når porerne forsegles med kogende vand, sættes NdFeB-prøven i kogende deioniseret vand og koges i 3-5 minutter. Vand suges ind i magnetens indre porer gennem kapillarvirkning. (3) dypp prøven i poreforseglingsmiddel og sæt den i vakuumkedlen i 10-15 min. Efter udtagning vaskes prøven ved en bestemt temperatur og størkner i hærdningsmediet. Wang xin et al. fandt ud af, at tætningshullet kan forbedre adhesionen af filmbasen og magnetens korrosionsbestandighed betydeligt. Xiao xiangding et al. sammenlignet effekten af magnetisk tætningsvirkning af organisk infiltrationshastigt størkningsmiddel og uorganisk vandglasporeforseglingsmiddel på magnetens korrosionsbestandighed gennem eksperimenter og fastslog, at det organiske imprægneringsmiddel med hurtig størkning var det egnede NdFeB-poreforseglingsmiddel. NdFeB magneter skal tørres efter forseglingsbehandling for at reducere opløsningsrester. PVD-beskyttende belægning blev påført til NdFeB efter forseglingshullet blev tørret. Denne metode er effektiv.

NdFeB permanentmagnetmateriale bør undgå korrosion ved stærkt sure eller alkaliske rengøringsmidler i processen med olie- og rustfjernelse. Zhou qi et al. viste at neodym i Cl- og NdFeB-permanentmagnetmaterialer reagerede stærkt, så saltsyre blev kontraindiceret under pickling og rustfjernelse. Samtidig tilsættes der i løsningen af udsmidning og fjernelse af olie stoffer med kompleksdannende evne og korrosionsinhibitor for at forhindre oxidation af neodym og overkorrosion af matrixen. Rao Hou et al. undersøgte forskellige oliefjernelsesteknikker før NdFeB-nikkelbelægning, og resultaterne viste, at Na3PO4- og Na2CO3-opløsninger først blev anvendt til fjernelse af kemisk olie, og fjernelse af elektrisk olie var den mest effektive, mens metalrenseren var den mindst effektive. Nd af NdFeB er et meget aktivt metal. Hvis der udføres anodisk oliefjernelse, er substratoverfladen nem at blive oxideret og opløst, hvilket resulterer i overkorrosion. Derfor er det bedre at anvende katoden til olieudtagning ved oliefjernelsesprocessen. JingChen et al. anvendte anodisk elektrolytisk ætsning for at fjerne oxidfilmen på den magnetiske overflade, når elektrodepositioneret almin-coating på NdFeB. Denne metode kan ikke kun effektivt fjerne oxidfilmen på den magnetiske overflade, men også i høj grad forbedre bindekraften mellem belægningen og substratet. Desuden har ultralydsassistent rengøring en god effekt på behandlingen af NdFeB før plating. Li xiaodong studerede rengøringsprocessen af magnetiske materialer og mente, at kombinationen af højfrekvent og lavfrekvent ultralydsrensning kan forbedre renheden af rengøringsemner.

Tør sandblæsning er en effektiv metode til at fjerne rustkorrosionsprodukter og oxidskala på arbejdsfladen. Med høj effektivitet, høj mekanisk grad og god rustfjernelseskvalitet er den velegnet til overfladestrålefjernelse af NdFeB og andre pulvermetallurgiske materialer. Matrixens overfladens ruhed efter sandblæsning kan forbedre bindekraften mellem filmen og matricen. Han wensheng et al. studerede forskellige præplating processer på NdFeB overflade, og erstattet traditionel fjernelse af alkalisk olie og pickling rust ved at bage oliefjernelse og tør sandblæsning. Undersøgelsen viste, at denne forbehandling inden vandfri plettering kan forbedre vedhæftningen mellem belægning og substrat og opnå krystallinsk fin, glat og tæt belægning. Det er vigtigt at bemærke, at som et resultat af NdFeB permanentmagnetmaterialer indeholdende aktivt sjældne jordarters neodymium, danner sand i luften snart et lag af oxidfilm, efter tørring af oxidationsbehandling yderligere, hvis du ikke fjerner laget af oxidfilm , kan påvirke belægningens kvalitet, forårsage dårlig kombination mellem substrat og belægning, mener forfatteren, at når PVD belægningen kan vedtage metoden for høj-energi ionbombardement i ovnen for at fjerne oxid på overfladen af NdFeB.

3. Efterbehandlingsteknologi

Efter belægning af PVD med en beskyttende belægning kan en effektiv efterbehandlingsproces yderligere forbedre belægningenes korrosionsbestandighed og dermed opfylde servicekravene til NdFeB permanent magnetisk materiale i et hårdt miljø med høj temperatur og stærk ætsning og forlænge dets levetid. Fælles efterpletteringsbehandlinger omfatter skudskæring, vakuumvarmebehandling, kemisk omdannelse mv.

Tang zhihui et al. undersøgte effekten af skødskæringen på mikromorfologi og korrosionsbestandighed af ionaluminiseret belægning. Sun bao-yu et al. brugt DC magnetron sputtering teknologi til at udføre vakuum varmebehandling på Al filmens magnetiske materiale efter aluminium plating på overfladen af NdFeB magnet. Resultaterne viser, at NdFeB permanentmagnetmaterialet Al platingfilm efter 650 ° C , 10 minutter efter varmebehandling, Al filmlaget og NdFeB substratet i metallurgisk bindingsgrænseflade forbedrer filmadhæsionen, bevarer belægningens integritet yderligere forbedre korrosionsbestandigheden af NdFeB permanentmagnetmaterialer. Sun bao-yu et al. fremstillede DyAl legeringsfilm på overfladen af den sintrede NdFeB-magnet, udført vakuumdiffusionsinfiltrering og aldringsbehandling på overtræksprøverne, og undersøgelsen viste, at Dy og Al-elementet diffunderede i overfladesubstratet, og magnetens indre koercivitet øgedes Hcj, varmebestandighed og korrosionsbestandighed. Xie fazhen et al. Anvendt aluminiumplating på NdFeB permanent magnetisk materiale og kromatomdannelsesbehandling for at forbedre magnetens saltprøjtekorrosionsbestandighed ad gangen.

4. Slutnoter

Forbedring af korrosionsbestandigheden af permanentmagnetmateriale fra NdFeB er et systematisk projekt, der skal undersøges grundigt fra flere aspekter, såsom forpletteringsproces, platingproces og postplating. Selvom PVD er en lovende overfladebeskyttelsesteknik til NdFeB, er der behov for yderligere forbedringer i følgende aspekter.

(1) vedtagelse af et enkelt membranlag er ikke en god løsning på problemet med dårlig korrosionsbestandighed af NdFeB permanent magnetisk materiale, og en multiteknisk kompositfremstillingsmetode bør udvikles til opnåelse af flerskiktede film. Det er værd at bemærke, at den magnetiske energi i NdFeB-matrixen ikke kan beskadiges af de flerlagede film, hvilket forbedrer korrosionsbestandigheden af det permanente magnetiske materiale NdFeB.

(2), da magnetbeskyttelsen kræver lige plating på alle overflader af NdFeB-emnet, skal den tredimensionelle rotation af NdFeB-magneten løses ved forberedelsen af PVD for at sikre filmkvaliteten.

(3) Når PVD bruges til at forberede beskyttende belægning, er forskellige tøndekonstruktioner designet til NdFeB-produkter af forskellig form for at øge antallet af ovne så meget som muligt, hvilket bidrager til at reducere omkostningerne ved storskala produktion af PVD-teknologi og forbedre sin konkurrenceevne på markedet for at erstatte eksisterende elektropletterings- og kemisk plating teknologier, der er tunge på miljø og ressourcer.

(4) Der er udviklet flere forbehandlings- og efterbehandlingsprocesser, der er egnede til storskala produktion af PVD-teknologi, for at give det fulde spil til beskyttelsescoatets korrosionsbestandighed på basis af at sikre det magnetiske materiales integritet.