CN109468576A - 一种烧结钕铁硼磁体表面高耐蚀涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烧结钕铁硼磁体表面高耐蚀涂层及其制备方法，将纳米颗粒进行造粒处理，得到涂层颗粒，所述的纳米颗粒为纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉的混合；将预处理后的烧结钕铁硼磁体的表面进行预热；采用等离子喷涂方式在预热后的烧结钕铁硼磁体表面制备纳米结构涂层。采用等离子喷涂方式在烧结钕铁硼磁体表面制备出由纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉组成的纳米结构涂层，解决了烧结钕铁硼磁体表面常规涂层耐腐蚀性能较差和生产、制备、使用过程中易造成的环境污染问题，采用本发明的制备方法制得的高耐蚀涂层具有良好的柔韧性、附着力、抗冲击性、耐磨性、耐高温和耐蚀性，可以为烧结钕铁硼磁体提供更长久的腐蚀防护作用。

Description

一种烧结钕铁硼磁体表面高耐蚀涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于永磁材料表面防护领域，具体涉及一种烧结钕铁硼磁体表面高耐蚀涂层及其制备方法。

背景技术

第三代NdFeB(钕铁硼)系稀土永磁材料以其优异的磁性能和高的性价比而备受青睐，被广泛应用于各类电机、医疗器械、仪器仪表、汽车工业、航空航天以及尖端科技领域。采用粉末冶金工艺制备的烧结NdFeB磁体由主相Nd₂Fe₁₄B、富Nd相和富B相组成，三相之间的电位差相差较大，尤其是富Nd相的电化学性最强，在潮湿、高温以及电化学环境中极易被腐蚀，严重限制了烧结钕铁硼磁体应用领域的进一步拓展。通常采用以下两种方式提高烧结NdFeB磁体的耐蚀性，其一是添加合金元素法，此种方式不能从根本上解决烧结NdFeB磁体极差的耐蚀性问题，而且对磁体的磁性能具有一定程度的损伤；其二是表面防护技术，此种方式能够大幅度提高烧结NdFeB磁体的耐蚀性能。

表面防护能够在几乎不损伤磁体磁性能的前提下，将磁体与外界腐蚀介质(包括空气、水、腐蚀介质等)彻底隔离，最终实现对烧结NdFeB磁体的有效防护。磁体表面防护措施主要有电镀、化学镀、阴极电泳、磷化、物理气相沉积、喷涂等。但是，采用电镀和化学镀方式在磁体表面制备的金属镀层的耐蚀性能一般，比如电镀镍层对磁体的磁性能有屏蔽作用，且所有电镀制备的镀层与烧结NdFeB基体之间的结合力均较差。而且电镀和化学镀镀液需要进行维护和更换，产生的废液需要处理，均耗费了大量的人力和财力，且工业废液、废渣、废气的排放污染环境。尽管有机涂层的耐蚀性较金属镀层有较大改善，但其力学性能较差。烧结NdFeB磁体喷涂涂层是通常是采用冷喷涂方式制备的，制备的涂层结合力差，导致涂层易脱落，对基体的防护效果不理想，且涂料对环境具有一定程度的污染，同时传统的锌铝涂层耐蚀能力有限，无法为磁体提供长久的防护效果。

发明内容

基于此，本发明提供了一种烧结钕铁硼磁体表面高耐蚀涂层及其制备方法，采用等离子喷涂方式在烧结钕铁硼磁体表面制备出由纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉组成的纳米结构涂层，解决了烧结钕铁硼磁体表面常规涂层耐腐蚀性能较差和生产、制备、使用过程中易造成的环境污染问题，采用本发明的制备方法制得的高耐蚀涂层具有良好的柔韧性、附着力、抗冲击性、耐磨性、耐高温和耐蚀性，可以为烧结钕铁硼磁体提供更长久的腐蚀防护作用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种烧结钕铁硼磁体表面高耐蚀涂层及其制备方法，包括以下步骤：

a、造粒：将纳米颗粒进行造粒处理，得到涂层颗粒，所述的纳米颗粒为纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉的混合；

b、基体预热：将预处理后的烧结钕铁硼磁体的表面进行预热；

c、高耐蚀涂层的制备：采用等离子喷涂方式在预热后的烧结钕铁硼磁体表面制备纳米结构涂层，即高耐蚀涂层。

进一步的，步骤a中，所述纳米氧化锆的粒径为100～300nm，所述纳米铝粉的粒径为30～50nm，所述纳米锌粉的粒径为30～50nm。纳米颗粒的粒径对最终的形成的纳米结构涂层的形貌、孔隙率等有一定的影响，因此本发明中优选不同粒径的纳米颗粒从而改善纳米结构涂层的显微形貌，降低其孔隙率，同时提高涂层的纤维硬度。

进一步的，所述纳米颗粒中按质量分数计，纳米氧化锆为80～90％，纳米铝粉为8～12％和余量的纳米锌粉。本发明中为了使最终制得的纳米结构涂层具有较高耐蚀性，同时具有良好的柔韧性、附着力、抗冲击性、耐磨性、耐高温特性，三种纳米颗粒的颗粒的添加量有最优的区间，由于纳米氧化锆抗热震性强、耐高温、化学稳定性好、材料复合性突出，因此作为纳米结构涂层中，作为主要添加组分其添加量优选为80～90％；而纳米铝粉和纳米锌粉主要发挥牺牲阳极材料的作用，因此优选添加量较少。这样的配比，使最终制得的高耐蚀涂层的性能是最优的。

进一步的，所述造粒采用喷雾干燥法，所述涂层颗粒的粒径为10～50μm。本发明中优选的涂层颗粒采用喷雾干燥法造粒制成，干燥过程非常迅速，可直接干造成粉末，制备出的颗粒流动性好，非常适于等离子体喷涂，同时干燥条件易于调控，操作简单，极大提高了生产效率。并且本发明中优选涂层颗粒的粒径为10～50μm，这是由于在这个粒径范围内涂层颗粒的流动性是最好的，对后续等离子喷涂非常有利，并且粒径太小易发生团聚现象，而粒径太大制得的纳米结构涂层孔隙率高，因此，结合种种因素，本发明中优选了涂层颗粒的粒径为10～50μm。

进一步的，步骤b中，所述预处理依次为喷砂、酸洗、水洗，通过一系列预处理过程去除磁体表面的油污、氧化皮等，提高涂层与基体之间的结合力，为后续涂层的喷涂做准备，为了进一步提高涂层效果，对预处理的工艺参数进行了优选，所述喷砂的材料为100～300目的棕刚玉，喷砂角度为30～60°，时间为1～3min；所述酸洗采用3～5wt％的硝酸溶液酸洗30～50s；所述水洗采用去离子水超声清洗3～5min。

进一步的，步骤b中，所述预热的具体步骤为对预处理后的烧结钕铁硼磁体进行加热，使基体温度达到100～150℃。对烧结钕铁硼磁体进行预热，去除磁体表面的水分，同时使磁体表面达到等离子喷涂的最佳状态，为后续等离子喷涂做准备。

进一步的，步骤c中，所述等离子喷涂的工艺参数为：喷涂距离为100～200mm，喷涂角度为30～90°，氩气压力为0.7～0.8MPa，电压为50～90V，电流为400～600A，送粉速率为40～80g/min，喷涂速度50～70cm/s。

本发明的另一个目的在于提供如上述制备方法制得的高耐蚀涂层。

本发明的第三个目的在于提供一种烧结钕铁硼磁体，所述烧结钕铁硼磁体涂覆有上述高耐蚀涂层。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用等离子喷涂方式在烧结NdFeB磁体表面制备了高耐蚀纳米结构涂层，所述的纳米结构涂层是由纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉组成。其中纳米氧化锆具有抗热震性强、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、化学稳定性好、材料复合性突出等特点，纳米铝粉和纳米锌粉都能为烧结NdFeB磁体提供牺牲阳极保护作用，即在腐蚀介质进入涂层后，铝和锌能够通过牺牲自身为磁体提供腐蚀防护作用。将纳米铝粉和纳米锌粉加入纳米氧化锆中，采用等离子喷涂技术在烧结NdFeB磁体表面涂覆纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉涂层，生成的涂层具有纳米结构，不仅发挥了纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉各自的优势，而且采用等离子喷涂技术制备的纳米结构涂层可实现涂层与基体之间冶金结合，具有更高的膜/基结合力。因此，本发明采用等离子喷涂技术在烧结NdFeB磁体表面涂覆的纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉涂层具有良好的柔韧性、附着力、抗冲击性、耐磨性、耐高温以及耐蚀性等，能够满足烧结钕铁硼磁体在冷热交变、高腐蚀等要求严苛的工作环境下长期工作，可为烧结NdFeB磁体提供更长久的腐蚀防护作用。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

本实施例中的烧结钕铁硼磁体为规格20×12×3mm的块状烧结钕铁硼磁体(由安徽大地熊新材料股份有限公司提供；牌号：42SH；状态：未充磁)。

a、造粒：将纳米颗粒采用喷雾干燥进行造粒处理，得到粒径为10μm的涂层颗粒，所述的纳米颗粒为粒径为100nm的纳米氧化锆、粒径为30nm纳米铝粉和粒径为30nm的纳米锌粉的混合，其中纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉的质量分数分别为80％、12％、8％；

b、基体预处理：将烧结钕铁硼磁体依次进行喷砂(喷砂材料为100目的棕刚玉，喷砂处理的角度为30°，时间为1min)，酸洗(3wt％的硝酸溶液，酸洗时间为30s)，水洗(去离子水中超声清洗3min)；

c、基体预热：将预处理后的烧结钕铁硼磁体进行加热，使基体温度达到100℃，预热后的基体待用；

d、高耐蚀涂层的制备：采用等离子喷涂方式(等离子喷涂参数：喷涂距离为100mm，喷涂角度为30°，氩气压力为0.7MPa，电压为50V，电流为400A，送粉速率为40g/min，喷涂速度50cm/s)在预热后的烧结钕铁硼磁体表面制备纳米结构涂层。

实施例2

本实施例中的烧结钕铁硼磁体为规格为20×12×3mm的块状烧结钕铁硼磁体(由安徽大地熊新材料股份有限公司提供；牌号：42SH；状态：未充磁)进行试验。

a、造粒：将纳米颗粒采用喷雾干燥进行造粒处理，得到粒径为30μm的涂层颗粒，所述的纳米颗粒为粒径为200nm的纳米氧化锆、粒径为40nm纳米铝粉和粒径为40nm的纳米锌粉的混合，其中纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉的质量分数分别为85％、12％、3％；

b、基体预处理：将烧结钕铁硼磁体依次进行喷砂(喷砂材料为200目的棕刚玉，喷砂处理的角度为45°，时间为2min)，酸洗(4wt％的硝酸溶液，酸洗时间为40s)，水洗(去离子水中超声清洗4min)；

c、基体预热：将预处理后的烧结钕铁硼磁体进行加热，使基体温度达到125℃，预热后的基体待用；

d、高耐蚀涂层的制备：采用等离子喷涂方式(等离子喷涂参数：喷涂距离为150mm，喷涂角度为60°，氩气压力为0.75MPa，电压为70V，电流为500A，送粉速率为60g/min，喷涂速度60cm/s)在预热后的烧结钕铁硼磁体表面制备纳米结构涂层。

实施例3

本实施例中的烧结钕铁硼磁体为规格为20×12×3mm的块状烧结钕铁硼磁体(由安徽大地熊新材料股份有限公司提供；牌号：42SH；状态：未充磁)进行试验。

a、造粒：将纳米颗粒采用喷雾干燥进行造粒处理，得到粒径为50μm的涂层颗粒，所述的纳米颗粒为粒径为300nm的纳米氧化锆、粒径为50nm纳米铝粉和粒径为50nm的纳米锌粉的混合，其中纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉的质量分数分别为90％、8％、2％；

b、基体预处理：将烧结钕铁硼磁体依次进行喷砂(喷砂材料为300目的棕刚玉，喷砂处理的角度为60°，时间为3min)，酸洗(5wt％的硝酸溶液，酸洗时间为50s)，水洗(去离子水中超声清洗5min)；

c、基体预热：将预处理后的烧结钕铁硼磁体进行加热，使基体温度达到150℃，预热后的基体待用；

d、高耐蚀涂层的制备：采用等离子喷涂方式(等离子喷涂参数：喷涂距离为200mm，喷涂角度为90°，氩气压力为0.8MPa，电压为90V，电流为600A，送粉速率为80g/min，喷涂速度70cm/s)在预热后的烧结钕铁硼磁体表面制备纳米结构涂层。

对比例1

本对比例中的烧结钕铁硼磁体为规格为20×12×3mm的块状烧结钕铁硼磁体(由安徽大地熊新材料股份有限公司提供；牌号：42SH；状态：未充磁)进行试验。

a、氧化锆、锌、铝涂液：将质量分数分别为90％、8％、2％的氧化锆、铝粉和锌粉制成涂液；

b、基体预处理：将烧结钕铁硼磁体依次进行喷砂(喷砂材料为300目的棕刚玉，喷砂处理的角度为60°，时间为3min)，酸洗(5wt％的硝酸溶液，酸洗时间为50s)，水洗(去离子水中超声清洗5min)；

c、基体预热：将预处理后的烧结钕铁硼磁体进行加热，使基体温度达到150℃，预热后的基体待用；

d、涂层的制备：采用冷喷涂方式(冷喷涂参数：气体为氮气，气体温度为500℃，气体压力为2.1MPa，送粉压力为2.5MPa，喷涂距离为25cm)在预热后的烧结钕铁硼磁体表面制备涂层。

对比例2

本实施例中的烧结钕铁硼磁体为规格为20×12×3mm的块状烧结钕铁硼磁体(由安徽大地熊新材料股份有限公司提供；牌号：42SH；状态：未充磁)进行试验。

a、造粒：将纳米颗粒采用喷雾干燥进行造粒处理，得到粒径为50μm的涂层颗粒，所述的纳米颗粒为粒径为50nm纳米铝粉和粒径为50nm的纳米锌粉的混合，其中纳米铝粉和纳米锌粉的质量分数分别为80％、20％；

b、基体预处理：将烧结钕铁硼磁体依次进行喷砂(喷砂材料为300目的棕刚玉，喷砂处理的角度为60°，时间为3min)，酸洗(5wt％的硝酸溶液，酸洗时间为50s)，水洗(去离子水中超声清洗5min)；

c、基体预热：将预处理后的烧结钕铁硼磁体进行加热，使基体温度达到150℃，预热后的基体待用；

d、高耐蚀涂层的制备：采用等离子喷涂方式(等离子喷涂参数：喷涂距离为200mm，喷涂角度为90°，氩气压力为0.8MPa，电压为90V，电流为600A，送粉速率为80g/min，喷涂速度70cm/s)在预热后的烧结钕铁硼磁体表面制备纳米结构涂层。

对实施例1～3制备的样品和对比例1～2制备的样品同时进行中性盐雾试验(盐雾试验的条件为：试验箱温度为36±2℃，盐水浓度为5％(体积比)，采用连续喷雾的试验方式)和结合力测试(国标《烧结钕铁硼表面镀层》GB/T 34491-2017)，其具体结果见下表1。

表1实施例1～3和对比例1～2样品盐雾试验和结合力测试结果

样品	中性盐雾试验/h	结合力/MPa
			实施例1	720	52.74
实施例2	722	52.61
			实施例3	721	52.87
对比例1	168	17.32
			对比例2	240	50.26

从表1可以看出，实施例1～3采用等离子喷涂方式在磁体表面涂覆的纳米结构涂层耐中性盐雾试验达到了720h，明显高于对比例1和对比例2制备的涂层耐中性盐雾腐蚀时间。且纳米结构涂层的膜/基结合力为52.74MPa，明显优于对比例1制备的涂层结合力，与对比例2相近。说明采用氧化锆、铝粉和锌粉混合的纳米颗粒制得的涂层与等离子喷涂方式相结合在磁体表面涂覆的纳米结构涂层具有更高的膜基结合力，且耐蚀性能优异，能为磁体提供更长久腐蚀防护作用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种烧结钕铁硼磁体表面高耐蚀涂层及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、造粒：将纳米颗粒进行造粒处理，得到涂层颗粒，所述的纳米颗粒为纳米氧化锆、纳米铝粉和纳米锌粉的混合；

b、基体预热：将预处理后的烧结钕铁硼磁体的表面进行预热；

c、高耐蚀涂层的制备：采用等离子喷涂方式在预热后的烧结钕铁硼磁体表面制备纳米结构涂层，即高耐蚀涂层。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述纳米氧化锆的粒径为100~300nm，所述纳米铝粉的粒径为30~50nm，所述纳米锌粉的粒径为30~50nm。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒中按质量分数计，纳米氧化锆为80~90%，纳米铝粉为8~12%和余量的纳米锌粉。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述造粒采用喷雾干燥法，所述涂层颗粒的粒径为10~50μm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述预处理依次为喷砂、酸洗、水洗，所述喷砂的材料为100~300目的棕刚玉，喷砂角度为30~60°，时间为1~3min；所述酸洗采用3~5wt%的硝酸溶液酸洗30~50s；所述水洗采用去离子水超声清洗3~5min。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述预热的具体步骤为对预处理后的烧结钕铁硼磁体进行加热，使基体温度达到100~150℃。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述等离子喷涂的工艺参数为：喷涂距离为100~200mm，喷涂角度为30~90°，氩气压力为0.7~0.8MPa，电压为50~90V，电流为400~600A，送粉速率为40~80g/min，喷涂速度50~70 cm/s。

8.如权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的烧结钕铁硼磁体表面高耐蚀涂层。