CN102154666A - 一种永磁Nd-Fe-B材料的磁温度补偿合金的电化学制备方法 - Google Patents
一种永磁Nd-Fe-B材料的磁温度补偿合金的电化学制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种永磁Nd-Fe-B材料的磁温度补偿合金的电化学制备方法，属稀土永磁材料改性及电化学沉积工艺领域。本发明的特点是：先在金属钕铁硼基体上电沉积一层层状纳米镍，然后再在纳米镍层上用脉冲电沉积法沉积铁、镍、钴三元合金，最终制得Fe-Co-Ni/Ni/Nd-Fe-B复合层。上述复合沉积层的表达方式中，前者表示γ相Fe-Ni-Co合金，中间表示纳米镍中间镀层，后者为稀土永磁体钕铁硼基体。本发明制备方法简单，有望解决结构复杂的磁性器件温度补偿问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁Nd-Fe-B材料的磁温度补偿合金的电化学制备方法，属稀土永磁材料改性及电化学沉积工艺技术领域。
背景技术
稀土永磁材料现在主要是Nd-Fe-B体系，是现在市场化的磁性最强的体系。但是稀土永磁材料温度稳定性较差，尤其是钕铁硼材料的居里温度低（小于400℃），受环境温度影响较大，如何提高稀土永磁体的温度稳定性、扩大其使用温度范围一直是国内外研究的焦点。
现在常用的改进方法主要有两种。一种是在永磁体体系中添加等重稀土元素来降低磁温度系数。另一种方法是在永磁体表面外贴温度补偿合金。相比较而言，第二种工艺制备的温补合金的热磁性能较好，但也存在一些难以解决的问题：1合金的制造成本和加工成本高；2外贴温补合金片法由于引入非磁性物质会降低补偿效果，且易疲劳脱落。3外贴法增加了磁体厚度，很难对精度高、形状复杂的永磁器件进行补偿。总之，添加重稀土元素和外贴温补合金等方法均存在各自的缺点，基于此，我们提出利用电化学方法在稀土永磁体表面沉积一层温补合金的新思想。这既不会改变磁体成分而引起磁性的下降，又克服了外贴温补合金成本高、寿命短，难补偿形状复杂的器件等缺点。
磁温补合金是一种软磁材料，又叫热敏磁性补偿合金，以其磁性能随着温度所呈现的变化特点作为应用的基础。温补合金的温度补偿效果主要是由它的热磁性能决定，通常为磁感应强度或磁通量随温度的变化量。温补合金的△B/△T值越高，磁性能随温度的变化趋势越大，合金的磁性能越好，磁补偿效果也就越好。北京科技大学李平等人研究表明，通过真空熔炼得到的Fe-Ni合金中Ni含量在36wt%左右时，，其温度补偿效果最好，合金呈现面心立方结构（fcc）的γ相，利用这一特性可以对磁性能进行补偿作用。电子科技大学的龙仲驰等用真空熔炼法在Fe-Ni中分别加入Mn、Cr、Mo、Co等新的组分构成多元系合金，新元素改变了Fe和Ni在合金中的比例，使之沿着相图的右边移动，即fcc结构更为稳定的方向移动。添加少量（低于4wt%）Co可以增加合金的居里温度和工作磁感应强度，进而实现较宽温域的磁补偿。本发明拟沉积的铁钴镍温补合金是以铁、镍为主要成分，所以具有较好的断裂韧性，Ni、Co等成分也使该合金具有良好的耐腐蚀性，在稀土永磁体表面沉积一层这种合金，将会显著提高磁体的力学性能和耐腐蚀性能进而解决其脆性高、易腐蚀等问题，这是本发明研究的又一出发点。
发明内容
本发明的目的在于克服前述外贴补偿合金的缺点，提供一种在永磁Nd-Fe-B材料表面电沉积磁温度补偿合金的方法。
本发明一种Nd-Fe-B材料的磁温度补偿合金的电化学制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a、 设计在永磁Nd-Fe-B材料表面上电沉积的磁温度补偿合金的组成及其重量百分含量：
Fe 63-65%
Ni 33-35%
Co 2%
该合金为γ相Fe-Ni-Co合金；
b、 钕铁硼基体的预处理：首先将钕铁硼基体进行打磨抛光，随后放在磷酸钠-碳酸钠水溶液中60℃除油数分钟，然后在另一浓度下的磷酸钠-碳酸钠水溶液中电解除油，再用去离子水超声清洗，然后用10%的硫酸活化处理，再用热的去离子水清洗干净，烘干备用；
c、 钕铁硼基体表面纳米层状Ni的预镀：将上述预处理的钕铁硼基体放入事先配置好的浓度为300g/L的硫酸镍电镀液中，并且作为工作电极；以镍片为对电极，调节溶液PH值为3-5，在50℃下，以0.3A/dm2的电流沉积10分钟；
d、 在上述纳米层状Ni上进行合金电沉积：在电解槽中，以镍片和铁片为对电极，加入事先配置好的金属盐溶液；所述的金属盐溶液为硫酸亚铁，硫酸镍、硫酸钴溶液；其配方为100ml镀液含有7.5-8.5g硫酸亚铁、2.4-2.6g氯化镍、11-13g硫酸镍和0.1-0.2g 硫酸钴；并加入适量缓冲剂硼酸、乳酸，络合剂柠檬酸钠、乙二醇，光亮剂糖精，还原剂抗坏血酸以及表面活性剂十二烷基磺酸钠；所述的少量缓冲剂硼酸的浓度为40g/l，乳酸为20ml/l；络合剂柠檬酸钠的浓度为80g/l，乙二醇为20ml/l；光亮剂糖精的浓度为5g/l；还原剂抗坏血酸的浓度为20g/l；表面活性剂十二烷基磺酸钠的浓度为0.01g/l。调节溶液的PH值至3.0-4.0，在温度60~65℃下，选择合适的脉冲电流以及正反占空比，最终制备得到Fe-Ni-Co合金镀层；也即得到Fe-Ni-Co/Ni/Nd-Fe-B复合层结构；前者为γ相Fe-Ni-Co合金，中间层为Ni预镀层，后者为Nd-Fe-B基体。
本发明的结构特点如下所述：
本发明方法的特点在于先在金属钕铁硼基体上电沉积一层层状纳米镍，然后在金属镍层上再用脉冲电沉积法沉积三元的铁镍钴合金。本发明由于基体钕铁硼与补偿合金层之间有一层层状Ni薄膜作为中间支持层，使得γ相Fe-Ni-Co合金层更容易沉积到钕铁硼基体上，并且与基体结合更加牢固，大大提高了镀层的稳定性。
附图说明
图1为本发明中钕铁硼基体上预沉积镍层的扫描电镜（SEM）图。
图2为本发明中钕铁硼基体上预沉积镍层的X射线衍射（XRD）图。
图3为本发明的Ni/Nd-Fe-B表面沉积Fe-Ni-Co合金层的扫描电镜（SEM）图。
图4为本发明的Ni/Nd-Fe-B表面沉积Fe-Ni-Co合金层的X射线衍射（XRD）图。
图5为本发明得到的复合层结构示意图。
图6为本发明的Ni/Nd-Fe-B表面沉积Fe-Ni-Co合金层的能谱（EDS）图。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例
本实施例为γ相Fe-Ni -Co / Ni/Nd-Fe-B合金的制备。其制备步骤如下：
（1）金属钕铁硼基体的预处理：首先将金属钕铁硼基体进行打磨抛光，随后放在20g/L的Na3PO4、15g/L的NaCO3的水溶液中60℃除油5分钟，再用15g/L的Na3PO4、15g/L的NaCO3的水溶液中电解除油5分钟，再用去离子水超声清洗，然后用10%的硫酸处理15秒。再用去离子水清洗干净，烘干用。
（2）钕铁硼基体表面纳米层状Ni的电沉积制备：将上述预处理的钕铁硼基体放入已配置好的一定浓度的硫酸镍电镀液中，并且作为工作电极；以镍片为对电极，调节溶液PH为3-5，在50℃下，以0.3A/dm2的电流沉积10分钟；镍层的厚度可以通过沉积时间控制。
（3）层状Ni上进行Fe-Ni -Co合金层沉积：在电解槽中，以铁片、镍片为对电极（面积比为1：1）；配置Fe-Ni-Co电镀液，即使100ml镀液含有8.0g硫酸亚铁、0.1g 硫酸钴、2.5g氯化镍和12g硫酸镍；并加入缓冲剂硼酸(40g/l)、乳酸（20ml/l）；络合剂柠檬酸钠（80g/l）、乙二醇（20ml/l）；光亮剂糖精（5g/l）；还原剂抗坏血酸（20g/l）；表面活性剂十二烷基磺酸钠（0.01g/l），调节PH在3.0-3.5之间，温度为65℃，正向脉冲工作时间100ms，正向占空比50%，正向电流密度5A/dm2，正向周期10ms，反向脉冲工作时间20ms，反向占空比30%，反向电流密度1A/dm2，反向周期1ms。通过控制沉积时间来调节镀层的厚度。最终制得Fe-Ni-Co/Ni/Nd-Fe-B复合层结构；也即前者为γ相Fe-Ni-Co补偿合金，中间层为Ni预镀层，后者为Nd-Fe-B基体。
本实施例所得到的层状纳米Ni沉积在钕铁硼基体上的扫描电镜（SEM）图见图1。
本实施例所得到的层状纳米Ni沉积在钕铁硼基体上的X射线衍射（XRD）图见图2。
本实施例所得到的层状纳米Ni表面沉积Fe-Co-Ni合金的扫描电镜（SEM）图图见图3。
本实施例所得到的层状纳米Ni表面沉积Fe-Co-Ni合金的X射线衍射（XRD）图见图4。
本实施例所得到的层状纳米复合镀层示意图见图5。
本实施例所得到的层状纳米Ni表面沉积Fe-Co-Ni合金的能谱（EDS）见表1。
Claims (2)
1.一种永磁Nd-Fe-B材料的磁温度补偿合金的电化学制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a、设计在永磁Nd-Fe-B材料表面上电沉积的磁温度补偿合金的组成及其重量百分含量：
Fe 63-65%
Ni 33-35%
Co 2%
该合金为γ相Fe-Ni-Co合金；
b、钕铁硼基体的预处理：首先将钕铁硼基体进行打磨抛光，随后放在磷酸钠-碳酸钠水溶液中60℃除油数分钟，然后在另一浓度下的磷酸钠-碳酸钠水溶液中电解除油，再用去离子水超声清洗，然后用10%的硫酸活化处理，再用热的去离子水清洗干净，烘干备用；
c、钕铁硼基体表面纳米层状Ni的预镀：将上述预处理的钕铁硼基体放入事先配置好的浓度为300g/L的硫酸镍电镀液中，并且作为工作电极；以镍片为对电极，调节溶液PH值为3-5，在50℃下，以0.3A/dm2的电流沉积10分钟；
d、在上述纳米层状Ni上进行合金电沉积：在电解槽中，以镍片和铁片为对电极，加入事先配置好的金属盐溶液；所述的金属盐溶液为硫酸亚铁、硫酸镍、硫酸钴溶液，其配方为：100ml镀液含有7.5-8.5g硫酸亚铁、2.4-2.6g氯化镍、11-13g硫酸镍和0.1-0.2g 硫酸钴；并加入适量缓冲剂硼酸、乳酸，络合剂柠檬酸钠、乙二醇，光亮剂糖精，还原剂抗坏血酸以及表面活性剂十二烷基磺酸钠；调节溶液的PH值至3.0-4.0，在温度60~65℃下，选择合适的脉冲电流以及正反占空比，最终制备得到温度补偿效果良好的铁镍钴合金镀层；也即得到Fe-Ni-Co/Ni/Nd-Fe-B复合层结构；前者为γ相Fe-Ni-Co合金，中间层为Ni预镀层，后者为Nd-Fe-B基体。
2.如权利要求1所述的一种永磁Nd-Fe-B材料的磁温度补偿合金的电化学制备方法，其特征在于：所述的少量缓冲剂硼酸的浓度为40g/l，乳酸为20ml/l；络合剂柠檬酸钠的浓度为80g/l，乙二醇为20ml/l；光亮剂糖精的浓度为5g/l；还原剂抗坏血酸的浓度为20g/l；表面活性剂十二烷基磺酸钠的浓度为0.01g/l。
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