CN112735716B - 一种具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层及其制备方法。该玻璃涂层的化学组成按重量百分比为：Al2O3 2～6％、B2O3 10～18％、Na2O 15～25％、BaO 2～8％、CaO 5～10％、MgO 0～5％、MnO 1～6％、FeO 0.5～3％、NiO 0.5～3％、CuO 0.1～2％、CoO 0.1～2％，其余为SiO2；经原料混合、熔化制粉、制备浆料后涂覆在钐钴磁体表面，干燥后经真空或惰性气氛热处理完成制备；在热处理过程中阻止镍、铜和钴的单质析出。本发明的玻璃涂层具有在非氧化气氛下与钐钴良好润湿性的优点。

Description

一种具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于磁体表面防护技术领域，涉及一种用于涂覆在钐钴永磁表面起防护作用的玻璃涂层，具体涉及一种具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层及其制备方法。
背景技术
2:17型钐钴烧结永磁材料具有较高磁性能的同时，还拥有高居里温度(850℃)、低温度系数的特点，因此是高温领域中不可替代的磁性材料。但是，由于Sm元素十分活泼，容易和空气中的氧发生反应，因此，2:17型钐钴烧结永磁材在高温长时间使用会发生氧化，引起磁性能的下降。
在钐钴永磁体表面制备防护涂层是提高其抗氧化能力的有效技术手段。除了电镀Ni、Cu、Zn以外，如中国专利申请“一种用于钐钴磁体工件表面防护的方法”(申请号：201410521148.X)提出了采用诸如磁控溅射、蒸发镀、溅射镀等物理气相沉积技术在钐钴磁体表面沉积Ni系薄膜后再沉积防护膜。也有专利文献提出在钐钴磁体表面制备陶瓷涂层，例如中国专利申请“一种具有陶瓷层钐钴永磁材料的制备方法”(申请号：201710989114.7)和“一种表面处理的钐钴永磁体的制备方法”(申请号：201810625209.5)提出NiFe2O4涂层；中国专利申请“一种耐高温钐钴永磁体及其制备方法”(申请号：201510845427.6)提出氮化硅陶瓷保护涂层，但并未公布涂层的制备方法；中国专利申请“一种具有陶瓷层的钐钴永磁体的制备方法”(申请号：201810704773.6)提出采用等离子喷涂技术在钐钴磁体表面制备Al2O3-NiO复合陶瓷涂层。
玻璃涂层原料来源广泛，制备工艺简单，已经用于钛合金、高温合金、不锈钢等金属材料的高温防氧化。虽然有专利文献报道玻璃涂层用于钕铁硼磁体的表面防护，如中国专利申请“一种烧结钕铁硼磁体表面搪瓷涂层的制备方法”(申请号：201810074697.5)，“一种钕铁硼磁体表面玻璃涂层的制备方法”(申请号：201910671224.8)，但是，上述钕铁硼磁体表面玻璃涂层组成不能适用在钐钴磁体上，其中，“一种烧结钕铁硼磁体表面搪瓷涂层的制备方法”(申请号：201810074697.5)，提出的搪瓷涂层组成中添加了大量氧化剂，会氧化钐钴磁体中的钐元素，使磁性能下降；“一种钕铁硼磁体表面玻璃涂层的制备方法”(申请号：201910671224.8)，提出的玻璃涂层组成中Al2O3含量高达10％，导致玻璃熔化温度高，在激光熔覆工艺中可以快速熔化，但并不适用常规热处理工艺。目前，用于钐钴磁体的玻璃涂层尚未有报道。由于需要在真空或惰性气氛中进行玻璃涂层在钐钴磁体表面的搪烧过程，而玻璃在非氧化气氛中与钐钴的润湿性能较差，因此需要改善玻璃涂层在钐钴磁体表面的润湿性。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层。
本发明的另一个目的是提供一种上述具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层，该玻璃涂层的化学组成按重量百分比为：Al2O3 2～6％、B2O3 10～18％、Na2O 15～25％、BaO 2～8％、CaO 5～10％、MgO 0～5％、MnO 1～6％、FeO 0.5～3％、NiO 0.5～3％、CuO 0.1～2％、CoO 0.1～2％，其余为SiO2。
优选地，MnO 1～4％、NiO 0.5～1％、CuO 0.1～0.5％、CoO 0.1～0.5％。
优选地，SiO2 45～53％、Al2O3 2～6％、B2O3 10～13％、Na2O 15～22.5％、BaO 2～3％、CaO 5～6％、MgO 0.5～2％、MnO 1～5％、FeO 1～3％、NiO 0.5～3％、CuO 0.2～2％、CoO 0.3～2％。
所述玻璃涂层经原料混合、熔化制粉、制备浆料后涂覆在钐钴磁体表面，干燥后经真空或惰性气氛热处理完成制备。
所述玻璃涂层与钐钴磁体的润湿角小于90°，能够在磁体表面完全铺展。
一种钐钴磁体玻璃涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)、按成分比配料和混合
采用分析纯原料，按玻璃涂层的化学组成按重量百分比为：Al2O3 2～6％、B2O3 10～18％、Na2O 15～25％、BaO 2～8％、CaO 5～10％、MgO 0～5％、MnO 1～6％、NiO 0.5～3％、FeO 0.5～3％、CuO 0～2％、CoO 0～2％，其余为SiO2的成分比例配料后，置于V型混料机中混合均匀；
(2)、熔化和制粉
将混合均匀的原料置于耐火坩埚中，空气气氛中加热熔化，并保温一定时间后，倒入去离子水中水淬，烘干后，破碎为玻璃粉；
(3)、制备浆料
将玻璃粉与悬浮介质按重量比1:0.8～1.2比例在球磨机中混合均匀，制得玻璃涂层浆料；
(4)、制备涂层
玻璃涂层浆料涂覆在钐钴磁体表面，干燥后，在真空或惰性气体气氛中，进行热处理后，自然冷却至室温。
所述步骤1中，SiO2的原料来源为石英砂；Al2O3的原料来源为氢氧化铝；B2O3的原料来源为硼酸或硼砂；CaO的原料来源为碳酸钙；BaO的原料来源为碳酸钡；Na2O的原料来源为纯碱；MnO的原料来源为碳酸锰、一氧化锰、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰中的一种或几种；NiO的原料来源为氧化亚镍、氧化镍中的一种或几种；FeO的原料来源为氧化铁、草酸铁、四氧化三铁中的一种或几种；CuO的原料来源为氧化铜、氧化亚铜、碳酸铜中的一种或几种；CoO的原料来源为一氧化钴、二氧化钴、四氧化三钴和碳酸钴中的一种或几种。
所述步骤2中，耐火坩埚是刚玉、石英、氧化锆或铂金坩埚。
所述步骤2中，加热温度为1300℃～1400℃，保温时间为2±0.5小时。
所述步骤3中，所述玻璃粉的粒度为300目以下。
所述步骤3中，所述悬浮介质为乙醇、丙酮、异丙醇、乙酰丙酮中的一种或几种。
所述步骤4中，所述热处理温度为800℃～850℃，保温时间为3～20分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明制备的玻璃涂层，经过真空或惰性气氛热处理，与钐钴磁体润湿性能良好(润湿角小于90°)，可以在磁体表面完全铺展。本发明通过控制玻璃组成中可以降低玻璃熔体表面张力的氧化物(MnO、FeO、NiO、CuO、CoO等)比例，改善玻璃涂层在钐钴永磁表面的润湿性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
发明提供一种具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层，其化学组成按重量百分比表示包括：SiO2 45～55％、Al2O3 2～6％、B2O3 10～18％、Na2O 15～25％、BaO 2～8％、CaO5～10％、MgO 0～5％、MnO 1～6％、FeO 0.5～3％、NiO 0.5～3％、CuO 0.1～2％、CoO 0.1～2％。
其中，当MnO重量百分比为4～6％时，NiO、CuO、CoO的重量百分比在上述范围内没有限制。
当MnO重量百分比小于4％时，NiO重量百分比不大于1％、CuO重量百分比不大于0.5％，CoO重量百分比不大于0.5％。
本发明的发明人发现，当玻璃涂层涂覆在钐钴磁体表面时，在真空或惰性气氛中热处理后会析出镍、铜和钴的单质，造成玻璃涂层在钐钴磁体表面不润湿。本发明通过提高玻璃MnO的含量，同时限制NiO、CuO、CoO等氧化物的含量，可以阻止上述金属单质的析出，提高玻璃在钐钴磁体表面的润湿性。
本发明提供一种具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层的制备方法，包括如下步骤：
1、按成分比配料和混合
采用分析纯原料，按所需的成分比例配料后，置于V型混料机中混合均匀；
2、熔化和制粉
将混合均匀的原料置于耐火坩埚中，空气气氛中加热至1300～1400℃，保温2小时后，倒入去离子水中水淬，烘干后，用球磨机或气流粉碎机破碎至300目以下。
3、制备浆料
将玻璃粉与悬浮介质按重量百分比1:1的比例在球磨机中混合1～2小时，制得玻璃涂层浆料。
4、制备涂层
玻璃涂层浆料通过刷涂或喷涂等方法涂覆在钐钴磁体表面，干燥1～5小时后，在真空或惰性气体气氛中，升温至800～850℃保温3～20分钟后，自然冷却至室温。
实施例1
1、按成分比例配料和混合
按照表1中实施例1氧化物组成，称量引入各氧化物的原料。其中，SiO2以石英砂的形式引入，Al2O3以氢氧化铝的形式引入，B2O3以硼酸或硼砂的形式引入，MgO以碳酸镁的形式引入，CaO以碳酸钙的形式引入，BaO以碳酸钡的形式引入，Na2O以纯碱或硼砂的形式引入，MnO以二氧化锰的形式引入，NiO以三氧化二镍的形式引入，FeO以三氧化二铁的形式引入，CuO以氧化铜的形式引入，CoO以三氧化二钴的形式引入。该换算过程为本行业技术人员所熟知。各种原料按配比称量混合后，置于V型混料机中混合均匀。
2、熔化和制粉
将混合均匀的原料置于刚玉坩埚中，在硅碳棒电炉空气气氛中加热至1400℃，保温2小时后，倒入去离子水中水淬，烘干后，用气流粉碎机破碎至300目以下。
3、制备浆料
将玻璃粉与乙醇按照重量比1:1混合，在球磨机中球磨混合1h，制得玻璃涂层浆料。
4、制备玻璃涂层
玻璃涂层浆料用刷子刷涂在钐钴磁体表面，在电加热鼓风干燥箱中干燥1小时后，在真空或惰性气体气氛中，升温至850℃保温3分钟后，自然冷却至室温。
实施效果：观察玻璃涂层在磁体表面铺展良好，说明润湿性能良好。
实施例2
1、按成分比例配料和混合
按照表1中实施例2氧化物组成，称量引入各氧化物的原料。其中，SiO2以石英砂的形式引入，Al2O3以氢氧化铝的形式引入，B2O3以硼酸或硼砂的形式引入，MgO以碳酸镁的形式引入，CaO以碳酸钙的形式引入，BaO以碳酸钡的形式引入，Na2O以纯碱或硼砂的形式引入，MnO以一氧化锰的形式引入，NiO以氧化亚镍的形式引入，FeO以四氧化三铁的形式引入，CuO以氧化亚铜的形式引入，CoO以四氧化三钴的形式引入。该换算过程为本行业技术人员所熟知。各种原料按配比称量混合后，置于V型混料机中混合均匀。
2、熔化和制粉
将混合均匀的原料置于石英坩埚中，在硅碳棒电炉空气气氛中加热至1380℃，保温2.5小时后，倒入去离子水中水淬，烘干后，用球磨机球磨至300目以下。
3、制备浆料
将玻璃粉与丙酮按照重量比1:1混合，在球磨机中球磨混合1.5h，制得玻璃涂层浆料。
4、制备玻璃涂层
玻璃涂层浆料用刷子刷涂在钐钴磁体表面，在电加热鼓风干燥箱中干燥5小时后，在真空或惰性气体气氛中，升温至800℃保温20分钟后，自然冷却至室温。
实施效果：观察玻璃涂层在磁体表面铺展良好，说明润湿性能良好。
实施例3
1、按成分比例配料和混合
按照表1中实施例3氧化物组成，称量引入各氧化物的原料。其中，SiO2以石英砂的形式引入，Al2O3以长石的形式引入，B2O3以硼酸或硼砂的形式引入，MgO以白云石的形式引入，CaO以硅灰石的形式引入，BaO以碳酸钡的形式引入，Na2O以纯碱或硼砂的形式引入，MnO以碳酸锰的形式引入，NiO以氧化亚镍的形式引入，FeO以草酸铁的形式引入，CuO以碳酸铜的形式引入，CoO以碳酸钴的形式引入。该换算过程为本行业技术人员所熟知。各种原料按配比称量混合后，置于V型混料机中混合均匀。
2、熔化和制粉
将混合均匀的原料置于石英坩埚中，在硅碳棒电炉空气气氛中加热至1390℃，保温2.5小时后，倒入去离子水中水淬，烘干后，用球磨机球磨至300目以下。
3、制备浆料
将玻璃粉与异丙酮按照重量比1:1混合，在球磨机中球磨混合2h，制得玻璃涂层浆料。
4、制备玻璃涂层
玻璃涂层浆料用刷子刷涂在钐钴磁体表面，在电加热鼓风干燥箱中干燥5小时后，在真空或惰性气体气氛中，升温至820℃保温10分钟后，自然冷却至室温。
实施效果：观察玻璃涂层在磁体表面铺展良好，说明润湿性能良好。
实施例4
1、按成分比例配料和混合
按照表1中实施例4氧化物组成，称量引入各氧化物的原料。其中，SiO2以石英砂的形式引入，Al2O3以长石的形式引入，B2O3以硼酸或硼砂的形式引入，MgO以白云石的形式引入，CaO以硅灰石的形式引入，BaO以碳酸钡的形式引入，Na2O以纯碱或硼砂的形式引入，MnO以碳酸锰的形式引入，NiO以氧化亚镍的形式引入，FeO以草酸铁的形式引入，CuO以碳酸铜的形式引入，CoO以碳酸钴的形式引入。该换算过程为本行业技术人员所熟知。各种原料按配比称量混合后，置于V型混料机中混合均匀。
2、熔化和制粉
将混合均匀的原料置于石英坩埚中，在硅碳棒电炉空气气氛中加热至1390℃，保温2.5小时后，倒入去离子水中水淬，烘干后，用球磨机球磨至300目以下。
3、制备浆料
将玻璃粉与异丙酮按照重量比1:1混合，在球磨机中球磨混合2h，制得玻璃涂层浆料。
4、制备玻璃涂层
玻璃涂层浆料用刷子刷涂在钐钴磁体表面，在电加热鼓风干燥箱中干燥5小时后，在真空或惰性气体气氛中，升温至820℃保温10分钟后，自然冷却至室温。
实施效果：观察玻璃涂层在磁体表面铺展良好，说明润湿性能良好。
从表1中公开的实施例中，可以明显看出，实施例1和实施例2中，MnO重量百分比大于或等于4％，可以获得润湿良好的玻璃涂层；对比例1玻璃组成中不含有过渡金属氧化物，玻璃涂层不润湿；当MnO重量百分比小于4％，对比例2、对比例3、对比例4和对比例5中，NiO重量百分比大于1％、CuO重量百分比大于0.5％，CoO重量百分比大于0.5％，玻璃涂层不润湿。
如实施例3和实施例4，当MnO重量百分比小于4％，NiO重量百分比小于1％、CuO重量百分比小于0.5％，CoO重量百分比小于0.5％，玻璃涂层润湿。
表1实施例与对比例的成分与润湿情况
Figure BDA0002853491440000101

Claims (10)

1.一种具有良好润湿性能的钐钴磁体玻璃涂层，其特征在于，该玻璃涂层的化学组成按重量百分比为：Al2O3 2～6％、B2O3 10～18％、Na2O 15～25％、BaO 2～8％、CaO 5～10％、MgO 0～5％、MnO 1～6％、FeO 0.5～3％、NiO 0.5～3％、CuO 0.1～2％、CoO 0.1～2％，其余为SiO2；
所述玻璃涂层经原料混合、熔化制粉、制备浆料后涂覆在钐钴磁体表面，干燥后经真空或惰性气氛热处理完成制备；
所述玻璃涂层与钐钴磁体的润湿角小于90°，能够在磁体表面完全铺展。
2.根据权利要求1所述的钐钴磁体玻璃涂层，其特征在于，MnO 1～4％、NiO 0.5～1％、CuO 0.1～0.5％、CoO 0.1～0.5％。
3.根据权利要求1所述的钐钴磁体玻璃涂层，其特征在于，SiO245～53％、Al2O3 2～6％、B2O3 10～13％、Na2O 15～22.5％、BaO 2～3％、CaO 5～6％、MgO 0.5～2％、MnO 1～5％、FeO 1～3％、NiO 0.5～3％、CuO 0.2～2％、CoO 0.3～2％。
4.一种如权利要求1所述的钐钴磁体玻璃涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、按成分比配料和混合
采用分析纯原料，按玻璃涂层的化学组成按重量百分比为：Al2O32～6％、B2O3 10～18％、Na2O 15～25％、BaO 2～8％、CaO 5～10％、MgO 0～5％、MnO 1～6％、NiO 0.5～3％、FeO 0.5～3％、CuO 0～2％、CoO 0～2％，其余为SiO2的成分比例配料后，置于V型混料机中混合均匀；
(2)、熔化和制粉
将混合均匀的原料置于耐火坩埚中，空气气氛中加热熔化，并保温一定时间后，倒入去离子水中水淬，烘干后，破碎为玻璃粉；
(3)、制备浆料
将玻璃粉与悬浮介质按重量比1:0.8～1.2比例在球磨机中混合均匀，制得玻璃涂层浆料；
(4)、制备涂层
玻璃涂层浆料涂覆在钐钴磁体表面，干燥后，在真空或惰性气体气氛中，进行热处理后，自然冷却至室温。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，SiO2的原料来源为石英砂；Al2O3的原料来源为氢氧化铝；B2O3的原料来源为硼酸或硼砂；CaO的原料来源为碳酸钙；BaO的原料来源为碳酸钡；Na2O的原料来源为纯碱；MnO的原料来源为碳酸锰、一氧化锰、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰中的一种或几种；NiO的原料来源为氧化亚镍、氧化镍中的一种或几种；FeO的原料来源为氧化铁、草酸铁、四氧化三铁中的一种或几种；CuO的原料来源为氧化铜、氧化亚铜、碳酸铜中的一种或几种；CoO的原料来源为一氧化钴、二氧化钴、四氧化三钴和碳酸钴中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，耐火坩埚是刚玉、石英、氧化锆或铂金坩埚。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，加热温度为1300℃～1400℃，保温时间为2±0.5小时。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述玻璃粉的粒度为300目以下。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述悬浮介质为乙醇、丙酮、异丙醇、乙酰丙酮中的一种或几种。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述热处理温度为800℃～850℃，保温时间为3～20分钟。
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