CN102002671A

CN102002671A - 一种NdFeB永磁体防蚀方法

Info

Publication number: CN102002671A
Application number: CN 201010285372
Authority: CN
Inventors: 耿学红; 徐志新
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明公开了一种NdFeB永磁体防蚀方法，它包括：清洗、烘干被镀件；氩离子轰击清除该被镀件表面上的细小杂质；采用多弧离子镀铝方式在该被镀件的表面上镀覆一层铝膜。本发明方法通过多弧离子镀铝方式在NdFeB永磁体的表面上镀覆一层均匀铝膜，该铝膜可使NdFeB永磁体耐蚀性能增强，使用寿命延长。

Description

一种NdFeB永磁体防蚀方法

技术领域

本发明涉及一种NdFeB永磁体防蚀方法，具体地说，是涉及在NdFeB永磁体上采用多弧离子镀铝方式而实现的一种NdFeB永磁体防蚀方法。

背景技术

目前，钕铁硼(NdFeB)永磁体因其优异的磁特性、低廉的价格和充足的资源储备已替代了传统的Sm系稀土永磁体，被公认为最有发展前景的永磁材料，现已在电子、机械、交通、通讯、电力、国防、医疗、石油、选矿采矿、环保及工业生产等领域中发挥了重要的作用。虽然NdFeB永磁体具有上述诸多优点，但是，其最大的缺点是耐蚀性差，Nd是很活泼的元素，Nd导致了NdFeB永磁体在通常环境中也很容易生锈，生锈会使永磁体的磁性能严重恶化。因此，在实践中可以看到，NdFeB永磁体的这个耐蚀性差缺点在很大程度上影响了其在众多领域中的广泛应用。

针对NdFeB永磁体耐蚀性差这个缺点，目前，已出现了许多种用于NdFeB永磁体的防蚀方法，例如，掺杂合金法、表面涂层法。

掺杂合金法是指在NdFeB永磁体中加入少量的合金元素，如Al、Si、P、Cr。这种方法虽然可以达到防蚀效果，但合金元素的加入会降低永磁体的磁性能，不宜采用。

表面涂层法是一种在NdFeB永磁体的表面涂覆一层保护层来提高其抗蚀性能的方法。目前较普遍的表面涂层法是电镀Zn层、Cd层、Ni层法。但是，电镀Zn、Ni、Cd层法都存在一些缺点，如下：

由于NdFeB永磁体的化学性质活泼，极易与酸、碱反应产生含氢脆层，因此，电镀Zn层后的NdFeB永磁体极易导致Zn层剥落，从而锈蚀NdFeB永磁体。

虽然电镀后的Cd层对NdFeB永磁体有阳极保护作用，即使Cd层受到破坏，NdFeB永磁体自身也不会被腐蚀。但是，电镀Cd层存在使永磁体起泡、起皮、出现含氢脆层的问题。一方面，镀Cd要与酸性镀液接触，与酸性镀液接触时，NdFeB永磁体的表层与酸发生反应，使得NdFeB永磁体变得疏松，镀覆Cd层后的NdFeB永磁体从外表面上看不出任何问题，但在实际使用过程中，镀覆Cd层的NdFeB永磁体会出现起泡、起皮的情况。另一方面，NdFeB永磁体在加工过程中其表面往往会形成穿晶微裂纹，在镀Cd过程中，这些微裂纹吸氢，成为Cd层下的含氢脆层，而含氢脆层会导致Cd层的破坏。总之，起泡、起皮、含氢脆层问题不但会使NdFeB永磁体的耐蚀性不够，而且还会使Cd层与NdFeB永磁体之间的结合力下降，导致NdFeB永磁体磁特性的下降。

与Cd层一样，电镀Ni层也存在使永磁体起泡、起皮、出现含氢脆层的问题。一方面，镀Ni要与酸性镀液接触，与酸性镀液接触时，NdFeB永磁体的表层与酸发生反应，使得NdFeB永磁体变得疏松，镀覆Ni层后的NdFeB永磁体从外表面上看不出任何问题，但在实际使用过程中，镀覆Ni层的NdFeB永磁体会出现起泡、起皮的情况。另一方面，NdFeB永磁体在加工过程中其表面往往会形成穿晶微裂纹，在镀Ni过程中，这些微裂纹吸氢，成为Ni层下的含氢脆层，而含氢脆层会导致Ni层的破坏。总之，起泡、起皮、含氢脆层问题不但会使NdFeB永磁体的耐蚀性不够，而且还会使Ni层与NdFeB永磁体之间的结合力下降，导致NdFeB永磁体磁特性的下降。并且，由于Ni层主要是对NdFeB永磁体进行环境隔绝，因此，要求Ni层不能有孔隙，为此，Ni层就要达到一定的厚度，但是，Ni元素是铁磁材料，Ni层愈厚对磁性能的不良影响就愈大。

由此可见，为NdFeB永磁体设计出一种能够有效防蚀的方法是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NdFeB永磁体防蚀方法，该方法可在NdFeB永磁体的表面上镀覆一层铝膜，该铝膜对NdFeB永磁体起到了很好的防蚀保护作用。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种NdFeB永磁体防蚀方法，该NdFeB永磁体防蚀方法基于镀膜机实现，该镀膜机包括真空室、抽真空泵、氩离子轰击构件、多弧离子镀膜构件和挂架，该氩离子轰击构件包括氩离子轰击电源和氩离子轰击发射装置，该多弧离子镀膜构件包括弧电源和铝靶，其特征在于：它包括如下步骤：步骤一：清洗、烘干被镀件；步骤二：氩离子轰击清除该被镀件表面上的细小杂质；步骤三：采用多弧离子镀铝方式在该被镀件的表面上镀覆一层铝膜。

本发明的优点是：本发明方法通过多弧离子镀铝方式在NdFeB永磁体的表面上镀覆一层银白色的、均匀的铝膜，该铝膜对NdFeB永磁体起到了很好的防蚀保护作用，使NdFeB永磁体耐蚀性能增强，使用寿命延长。该铝膜达到一定厚度时其孔隙率极低，基本上无孔隙，该铝膜与NdFeB永磁体的结合力很强，该铝膜不但不会影响NdFeB永磁体的磁性能，反而会提高NdFeB永磁体的磁性能。经酪酸钝化后的铝膜与胶有很好的侵润性，可达到与其它部件可靠粘结的目的。并且，镀覆铝膜的NdFeB永磁体不存在含氢脆层、起泡、起皮等缺陷。本发明方法基于现有的镀膜机便可实现，通过本发明方法镀覆铝膜所花费的成本很低，可被广泛推广应用。

附图说明

图1是本发明方法的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明NdFeB永磁体防蚀方法是基于已有的镀膜机(属于现有技术，不在这里详细描述)实现的。一般地，已有的镀膜机包括真空室、抽真空泵、氩离子轰击构件、多弧离子镀膜构件、挂架和旋转控制构件，抽真空泵用于将真空室进行抽真空，挂架用于悬挂被镀件，旋转控制构件用于控制该挂架的旋转，氩离子轰击构件包括氩离子轰击电源和氩离子轰击发射装置，该氩离子轰击发射装置用于向被镀件发射氩离子，多弧离子镀膜构件包括弧电源和靶，弧电源控制靶的作业，该挂架、氩离子轰击发射装置和靶设置在该真空室内。本发明中使用的是多弧离子镀铝方式，因此，镀膜机上的靶配备为铝靶。

为了描述方便，在下文中，将待进行防蚀处理的NdFeB永磁体(也就是待镀铝膜的NdFeB永磁体)称为被镀件。

如图1所示，本发明NdFeB永磁体防蚀方法包括如下步骤：

步骤一：清洗、烘干被镀件；

步骤二：氩离子轰击清除该被镀件表面上的细小杂质；

步骤三：采用多弧离子镀铝方式在该被镀件的表面上镀覆一层铝膜，该铝膜便可对被镀件起到防蚀作用。

下面对上述每一个步骤进行详细描述。

步骤一具体包括：在超声波中用不含水溶剂(例如金属清洗剂)清洗被镀件，然后水冲漂清，进行脱水处理；脱水处理后的被镀件(可以为多个，例如几百个)挂在镀膜机的真空室内的挂架上；对真空室进行抽真空，当真空室处在第一设定压强下时对被镀件进行加热烘干。其中：第一设定压强为3×10^-3Pa；被镀件一般被烘烤至80℃，以达到烘干目的。

步骤二具体包括：向真空室内通入高纯氩气，使真空室内的压强处在第二设定压强下；打开氩离子轰击构件的氩离子轰击电源，氩离子轰击发射装置向被镀件发射氩离子，将该氩离子轰击电源的电压从下限值开始缓慢上调，在上调过程中，使被镀件表面保持均匀起辉、不起火星，若在上调过程中被镀件出现起火星现象，则需要将氩离子轰击电源的电压调整到相应值后，继续上调电压；当该氩离子轰击电源的电压上升到上限值时停止上调，并保持一段设定时间，在该设定时间内，被镀件表面上的细小杂质被氩离子彻底轰击清除掉，增强了待镀铝膜与被镀件间的结合力；然后关闭该氩离子轰击电源，对真空室进行抽真空，以将轰击产生的杂质全部从真空室中排净。其中：第二设定压强在2.5×10^-1Pa～6×10^-1Pa之间；下限值可设为500V，上限值可设为1000V；设定时间为8～10分钟。需要注意的是，因被镀件易锈、易被腐蚀，因此，经过步骤一清洗烘干后的被镀件应立即放入真空室进行步骤二的处理。

步骤三具体包括：向真空室内通入高纯氩气，使真空室内的压强处在第三设定压强下；打开多弧离子镀膜构件的弧电源，并使该弧电源的电压在设定电压值上保持一段预定时间；在该预定时间内，旋转的挂架带动被镀件旋转，旋转被镀件是为了将铝膜均匀镀覆在被镀件上，安装在镀膜机上相应靶位上的铝靶因与其连接的弧电源的接通而进行拉弧过程，将靶上的铝变成等离子态并向被镀件发射(多弧离子镀铝方式)，铝靶发射的离子铝溅射到旋转的被镀件上，于是被镀件的表面被镀覆了一层银白的铝膜；当预定时间结束时，关断该弧电源，冷却镀覆铝膜的被镀件，被镀件冷却后出炉。

在实际实施中，可同时对多个被镀件(一般为几十个、几百个永磁体，视被镀件的大小确定)进行镀膜作业。若对多个被镀件同时进行镀膜，那么，为了保证铝膜的镀覆质量，应在被镀件周围均布多个铝靶进行同时镀覆作业。也就是说，挂架上挂有多个被镀件时，挂架的四周应均匀分布多个铝靶，每个铝靶的靶面与挂架上的被镀件相对应设置，每个被镀件距各个铝靶靶面的距离在80～100mm之间。在实际实施时，例如，可将多个铝靶均匀分布在真空室的内壁上，挂架位于真空室内的中心处。

举例：采用W-4型卧式镀膜机，该镀膜机上配设有四个多弧铝靶，每个铝靶的直径为110mm，四个铝靶均匀分布在直径为600mm的圆桶形真空室的内壁上，相邻两个铝靶间的中心距为120mm，四个铝靶的分布长度为400～450mm，挂架设在该圆桶形真空室内且位于该真空室的中心处，挂架上挂设有几百个被镀件，每个铝靶的靶面与该挂架相对应设置，每个被镀件距各个铝靶靶面的距离保持在80～100mm之间。

在步骤三中：第三设定压强在1.5Pa～3Pa之间；设定电压值在40～60V之间；当四个铝靶均匀分布在真空室的内壁上，挂架位于真空室内的中心处，每个铝靶的直径为110mm且每个被镀件距各个铝靶靶面的距离在80～100mm之间时，预定时间为20～40分钟。

当完成上述三个步骤后，对被镀覆有铝膜的被镀件进行封孔、充磁处理后即可投入使用。

实际制作中，通过本发明镀覆的铝膜的厚度应大于6μm(一般为10μm左右即可)且均匀，具有这样厚度的铝膜的孔隙率是极低的，基本上无孔隙。

本发明具有如下优点：本发明方法基于现有的镀膜机便可实现，通过本发明方法镀覆铝膜所花费的成本很低，可被广泛推广应用。

本发明方法通过多弧离子镀铝方式在NdFeB永磁体的表面上镀覆一层银白色的、均匀的铝膜，该铝膜对NdFeB永磁体起到了很好的防蚀保护作用，使NdFeB永磁体耐蚀性能增强，使用寿命延长。该铝膜达到一定厚度时其孔隙率极低，基本上无孔隙。该铝膜与NdFeB永磁体的结合力很强，该铝膜不但不会影响NdFeB永磁体的磁性能，反而会提高NdFeB永磁体的磁性能。经酪酸钝化后的铝膜与胶有很好的侵润性，可达到与其它部件可靠粘结的目的。并且，镀覆铝膜的NdFeB永磁体不存在含氢脆层、起泡、起皮等缺陷。

下面对本发明镀覆的铝膜所具有的优点进行具体说明：

第一，耐蚀性能。

对本发明镀覆的铝膜进行耐腐蚀盐雾实验。从镀覆铝膜的NdFeB永磁体中选出40片分成两组(A组、B组)，每组各20片。从日本原装永磁体中选出6片组成C组。在50±5g/L的NaCl溶液、PH值6.5～7.2、温度35±2℃的实验条件下，按照ISO9227标准，分别对A、B、C组的永磁体进行两个周期的操作。一个周期的操作为8小时连续喷雾，保温停喷16小时。经过两个周期的操作后，对A、B、C组的永磁体进行对比，结果如下表1所示。

表1

因此，由上表1可以看出，铝膜对NdFeB永磁体起到了很好的防蚀作用，使NdFeB永磁体耐蚀性能增强。

第二，孔隙率。

在本发明中，令镀覆的铝膜的厚度大于6μm且均匀，那么，该铝膜便可基本上达到封孔效果，孔隙率极低。

对于镀覆铝膜的NdFeB永磁体来说，铝膜孔隙率的高低不是影响NdFeB永磁体被腐蚀的决定因素。铝与NdFeB永磁体在介质中形成微电池时被腐蚀的是Al阳极，而NdFeB永磁体则被保护起来而不会被腐蚀，但是，由于镀覆铝膜一般都要经酪酸处理钝化，而酪酸对NdFeB永磁体的腐蚀是不容忽视的，因此，铝膜的厚度就必须大于6μm，做到铝膜基本无孔隙，这样才能使NdFeB永磁体不易受到由孔隙渗入的酪酸的腐蚀。

第三，结合力。

用锉刀法进行实验，由本发明镀覆的铝膜没有出现起皮、剥落的情况。

用502胶粘结法实验，用502胶将拉手粘在铝膜表面上，经1小时干燥后，将拉手拉下来，结果，铝膜没有被拉掉，永磁体本身被拉开了。

由此可见，本发明镀覆的铝膜与NdFeB永磁体间的结合力是很强的。

第四，磁性能。

Ni层对永磁体有磁屏蔽效应，而本发明镀覆的铝膜不但不会对永磁体产生磁屏蔽效应，反而会提高NdFeB永磁体的磁性能，见下表2所列实验数据。

表2

第五，胶粘结性能。

用502胶进行实验，经酪酸钝化(酪酸盐处理)后的铝膜与502胶有很好的侵润性，可达到与其它部件可靠粘结的目的。

下表3列出了分别镀覆Ni层、Al层(铝膜)后的永磁体的性能比较。

表3

从表3可以看出，铝膜在NdFeB永磁体上的应用具有很大优势。与镀覆Ni层的永磁体相比，镀覆铝膜的永磁体的耐蚀性更强，结合力更强，环保性强，侵润性好，不会产生含氢脆层，不易起皮、起泡，铝元素对永磁体的磁性能没有不良影响。并且，由于Al对NdFeB永磁体是一种阳极保护材料，因此，可不必单靠增加膜厚来追求封孔，这样也减小了NdFeB永磁体在磁路中的气隙。

荷兰飞利浦公司提出了NdFeB永磁体涂层和涂层技术须达到的标准，如下：①涂层必须很薄，使气隙在磁路中达到最小；②涂层必须均匀地把整个样体表面覆盖；③涂层必须(易)与磁路的其它部件相粘结；④涂层必须能做到放出氢气；⑤涂层技术必须适用于各种形状的尺寸。

从大量实验中可以看到，与其它种类涂层相比，本发明采用多弧离子镀铝方式镀覆出来的铝膜基本符合上述所有要求。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims

1.一种NdFeB永磁体防蚀方法，该NdFeB永磁体防蚀方法基于镀膜机实现，该镀膜机包括真空室、抽真空泵、氩离子轰击构件、多弧离子镀膜构件和挂架，该氩离子轰击构件包括氩离子轰击电源和氩离子轰击发射装置，该多弧离子镀膜构件包括弧电源和铝靶，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一：清洗、烘干被镀件；

步骤二：氩离子轰击清除该被镀件表面上的细小杂质；

步骤三：采用多弧离子镀铝方式在该被镀件的表面上镀覆一层铝膜。

2.如权利要求1所述的NdFeB永磁体防蚀方法，其特征在于：

所述步骤一包括：在超声波中用不含水溶剂清洗所述被镀件，然后水冲漂清，进行脱水处理；脱水处理后的所述被镀件挂在所述镀膜机的所述真空室内的挂架上；对所述真空室进行抽真空，当所述真空室处在第一设定压强下时对所述被镀件进行加热烘干。

3.如权利要求2所述的NdFeB永磁体防蚀方法，其特征在于：

所述第一设定压强为3×10^-3Pa；

在所述步骤一中，将所述被镀件烘烤至80℃，以达到烘干被镀件的目的。

4.如权利要求1所述的NdFeB永磁体防蚀方法，其特征在于：

所述步骤二包括：向所述真空室内通入高纯氩气，使所述真空室内的压强处在第二设定压强下；打开所述氩离子轰击构件的氩离子轰击电源，将该氩离子轰击电源的电压从下限值开始缓慢上调，在上调过程中，使所述被镀件表面保持均匀起辉、不起火星；当该氩离子轰击电源的电压上升到上限值时停止上调，并保持一段设定时间，以使所述被镀件表面上的细小杂质在该设定时间内被氩离子彻底轰击清除掉，增强待镀铝膜与被镀件间的结合力；然后关闭该氩离子轰击电源，对所述真空室进行抽真空，以将轰击产生的杂质排净。

5.如权利要求4所述的NdFeB永磁体防蚀方法，其特征在于：

所述第二设定压强在2.5×10^-1Pa～6×10^-1Pa之间；

所述下限值为500V，所述上限值为1000V；

所述设定时间为8～10分钟。

6.如权利要求1所述的NdFeB永磁体防蚀方法，其特征在于：

所述步骤三包括：向所述真空室内通入高纯氩气，使所述真空室内的压强处在第三设定压强下；打开所述多弧离子镀膜构件的弧电源，并使该弧电源的电压在设定电压值上保持一段预定时间；在该预定时间内，旋转的所述挂架带动所述被镀件旋转，安装在所述镀膜机上相应靶位上的铝靶因与其连接的弧电源的接通而将其上的铝变成等离子态并向所述被镀件发射，离子铝溅射到所述被镀件上，所述被镀件的表面被镀覆一层铝膜；当预定时间结束时，关断该弧电源，冷却镀覆铝膜的所述被镀件。

7.如权利要求6所述的NdFeB永磁体防蚀方法，其特征在于：

所述第三设定压强在1.5Pa～3Pa之间；

所述设定电压值在40～60V之间；

当四个所述铝靶均匀分布在所述真空室的内壁上，所述挂架位于所述真空室内的中心处，每个所述铝靶的直径为110mm，且每个所述被镀件距各个所述铝靶靶面的距离在80～100mm之间时，所述预定时间为20～40分钟。

8.如权利要求6所述的NdFeB永磁体防蚀方法，其特征在于：

所述挂架上挂有多个所述被镀件，多个所述铝靶均匀分布在所述真空室的内壁上，所述挂架位于所述真空室内的中心处，每个所述被镀件距各个所述铝靶靶面的距离在80～100mm之间。

9.如权利要求1或6所述的NdFeB永磁体防蚀方法，其特征在于：

所述铝膜的厚度大于6μm且均匀。