Recubrimiento de vacío PVD de material de imán permanente NdFeB

- Nov 08, 2018-

Recubrimiento de vacío PVD de material de imán permanente NdFeB


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NdFeB es un material magnético permanente de tierras raras desarrollado en la década de 1980, que es pequeño en tamaño, liviano y tiene excelentes propiedades magnéticas. Es ampliamente utilizado en información electrónica, metalurgia, industria de la comunicación, medicina y otros campos. La industria moderna de la ciencia y la tecnología y la información está integrada, es liviana, la dirección inteligente, como la nueva energía, la conservación de la energía y la industria de la protección del medio ambiente, es cada vez mayor la demanda de rendimiento de los materiales de imanes permanentes de tierras raras, como el compresor de aire acondicionado por conversión de frecuencia. La conservación de energía industrial y el motor de vehículos de nueva energía con acero magnético deben tener una alta fuerza coercitiva, un producto de alta energía magnética, alta consistencia, alta resistencia a la corrosión y otras características. Es un gran desafío para la industria tradicional de fabricación de acero magnético. En el tiempo, la resistencia a la corrosión del material de imán permanente ndfeb presenta mayores requisitos.

 

En la actualidad, los métodos para mejorar la resistencia a la corrosión del material magnético permanente NbFeB incluyen agregar elementos de aleación y un revestimiento protector adicional, pero el método principal es agregar un revestimiento protector (revestimiento de metal, revestimiento orgánico y revestimiento compuesto). El revestimiento protector puede evitar el contacto entre la fase de corrosión y el sustrato y, por lo tanto, disminuir la corrosión del imán. Electrochapado, galvanoplastia, deposición física de vapor, etc. La tecnología de protección de galvanoplastia se aplica ampliamente a la protección del material de imán permanente NdFeB debido a su bajo umbral técnico, proceso de maduración y bajo precio. El imán permanente de NdFeB se fabrica principalmente en la industria de la metalurgia de polvos sinterizados, la superficie porosa, en el proceso de galvanoplastia o galvanización electrolítica, la solución acuosa de electrólito ácida o alcalina inevitablemente permanecerá en el poro de la matriz de NdFeB, lo que afectará gravemente la calidad del revestimiento protector. La matriz de NdFeB puede No alcanza la vida útil esperada, y la descarga de aguas residuales de galvanoplastia y química.

 

También contamina el medio ambiente. Por lo tanto, en los últimos años, los investigadores nacionales y extranjeros han estado trabajando para desarrollar, en lugar de poner en placa la investigación de tecnología de protección de superficies, la tecnología de deposición física de vapor (PVD) como un tipo de tecnología respetuosa con el medio ambiente, tiene las características de lo que muchas otras tecnologías no tienen, controlando los parámetros del proceso puede ser grano de espesor pequeño y uniforme, excelente adherencia de la película; Al mismo tiempo, el PVD es una tecnología de recubrimiento en seco, que puede evitar los defectos del recubrimiento frágil debido a los residuos de la solución de electrolito ácido o alcalino en los poros magnéticos y la absorción de hidrógeno durante el recubrimiento. Sin embargo, el tratamiento de la superficie de PVD Nd-FeB está limitado por el costo de producción en masa y algunos factores.

 

En este documento, se resumen varias tecnologías de PVD aplicadas a los materiales de imán permanente NdFeB en el hogar y en el extranjero, y se describen los principios básicos, las características y el estado de investigación de estas tecnologías. También se resumieron los procesos relevantes de tratamiento previo y posterior al tratamiento de la deposición física de gas aplicada al material magnético permanente NdFeB, y se realizó el análisis correspondiente para proporcionar referencia a los trabajadores relevantes.

 

1. Tecnología de protección PVD

 

El material de imán permanente NdFeB generalmente opera bajo ciertas condiciones de temperatura y medio, y se requiere para mantener la integridad de su tamaño externo y rendimiento magnético a largo plazo. Cuando el material NdFeB se corroe, el área de la superficie parcial causará daños en la composición y la estructura, lo que hará que la propiedad magnética disminuya, lo que afectará su aplicación práctica. La tecnología PVD puede resolver este problema de manera efectiva mediante el depósito de un revestimiento protector en la superficie NdFeB. El recubrimiento preparado por la tecnología PVD tiene buena estabilidad, alta fuerza de unión y alta densidad. Además, durante el recubrimiento PVD, el espesor del recubrimiento afectado por el ángulo lateral de la pieza magnética es mucho menor que el del galvanoplastia y el recubrimiento electrolítico, y no hay contaminación en el proceso de preparación. Además, la tecnología PVD puede obtener una amplia gama de tipos de revestimiento (como Al, Ti / Al, Al / Al2O3, TiN, etc.), que es una tecnología prometedora de protección de la superficie NdFeB. En la actualidad, las técnicas de PVD comúnmente utilizadas para el tratamiento de superficie de materiales magnéticos permanentes de NdFeB en el hogar y en el extranjero incluyen principalmente la evaporación, la pulverización con magnetrón y el revestimiento iónico. La siguiente es una descripción general de las tres tecnologías de los principios básicos y el estado de la investigación en el país y en el extranjero.

 

1.1 la placa de evaporación

 

El proceso de deposición de vapor es colocar la pieza de trabajo en una cámara de vacío y calentarla de cierta manera. Esta tecnología tiene las ventajas de un equipo simple y un fácil control del proceso, pero la capa de película obtenida por evaporación térmica general es relativamente áspera, con poca fuerza de adhesión, y es fácil formar una estructura de cristal columnar gruesa, y el líquido de corrosión puede fácilmente pasar a través de la capa de película para corroer el material de sustrato NdFeB. En la actualidad, la tecnología de placas de evaporación en NdFeB materiales de imán permanente para el tratamiento de protección de la superficie informó menos, en el extranjero hay una pequeña cantidad de evaporación de la deposición asistida por iones (deposición de vapor de iones, IVD) de la tecnología de membrana de aluminio. La tecnología IVD se refiere a agregar presión de polarización negativa en la pieza de trabajo sobre la fuente de evaporación y generar una descarga luminiscente alrededor de la pieza de trabajo. En el proceso de recubrimiento por evaporación, cuando los átomos de vapor de metal evaporados pasan a través del área de incandescencia, algunos átomos de metal se ionizan en iones metálicos, y los iones o átomos de metal acelerados se mueven hacia la superficie de la pieza para formar una película. El recubrimiento metálico preparado por esta técnica tiene las ventajas de una buena densidad, un alto grado de unión con el sustrato, una velocidad de deposición rápida, etc. Por lo tanto, esta técnica se puede aplicar a la protección contra la corrosión del material magnético permanente NdFeB.

 

1.2 tecnología de pulverización magnetrón

 

La tecnología de pulverización magnetrónica es la tecnología de deposición de película sobre la pieza de trabajo después de que los iones de argón generados por la descarga luminiscente produzcan chispas en los átomos objetivo. El recubrimiento de pulverización magnetrónica se caracteriza por una baja temperatura de deposición, una composición de película uniforme y controlable, sin cambios en el acabado de la superficie del sustrato y buena adhesión al sustrato. Puede aplicarse a la protección de la superficie del material magnético permanente NdFeB.

 

MaoSD et al. depositó películas de Al en NdFeB utilizando tecnología de pulverización catódica de magnetrón para obtener películas de Al con estructura de cristal columnar, como se muestra en la FIG. 1 (a). Los resultados muestran que la laminación de aluminio por pulverización magnetrónica mejora la resistencia a la corrosión del imán. Cuando los microporos entre los cristales columnares recubiertos de aluminio atraviesan la membrana, la solución de corrosión alcanzará la matriz a través de estos poros cuando se corroan los materiales con revestimiento protector de Al. MaoSD y adoptado como el método de preparación de la película de Al en la superficie de NdFeB, como se muestra en la figura 1 (b), se puede ver que la estructura cristalina cilíndrica , la capa de membrana es más uniforme y densa, los resultados muestran que después de 240 h de prueba de niebla salina neutra, la superficie de la película de pulverización catódica de Al puro aparece una gran área de óxido rojo, pero solo una pequeña cantidad de preparación de la superficie de la IBAD de la película de Al. Su rendimiento resistente a la corrosión ha mejorado, obviamente, esto se debe principalmente a la capa de película IBAD - Al y la película de óxido tiene más. MaoSD et al. se prepararon películas multicapa de Al / Al2O3 mediante pulverización con magnetrón asistida por plasma.

 

Li jinlong et al. depositó películas multicapa de AlN / Al sobre la superficie de NdFeB utilizando la tecnología de pulverización catódica de magnetrón dc. El estudio mostró que las películas de AlN / Al depositadas en la superficie de NdFeB eran más densas y tenían la mejor resistencia a la corrosión cuando la presión parcial de nitrógeno-argón era de 1: 1. La resistencia a la corrosión por rociado de sal de las películas de múltiples capas de AlN / Al fue significativamente mejor que la de las películas de Al de una sola capa, que no solo no destruyó la energía magnética de NbFeB, sino que también aumentó ligeramente su energía magnética. Las películas de múltiples capas de Ti / Al se depositaron sobre la superficie de los imanes de NdFeB sinterizados por xie tingting et al. Los estudios muestran que las películas de múltiples capas de Ti / Al tienen una superficie más densa que las películas de Al, y la capa de Ti interrumpe el crecimiento de la estructura cristalina cilíndrica de Al. capa. Su corriente de autocorrosión es casi 2 órdenes de magnitud más pequeña que la de la película delgada de Al puro, y tiene una mayor resistencia a la corrosión y una fuerza destructiva.

 

1.3 placas de iones

 

La tecnología de recubrimiento iónico se basa en el recubrimiento por evaporación al vacío y la activación por plasma, en el corazón de la ionización de vapor de gas inerte con flujo incandescente del material de membrana y el bombardeo y recubrimiento basales. Además de las ventajas de la evaporación al vacío y la pulverización catódica, la tecnología de placas iónicas combina la descarga luminiscente, la tecnología de plasma y la tecnología de revestimiento por evaporación al vacío. Además, también tiene las ventajas de una deposición rápida, una fuerte adhesión de la capa de película, una buena difracción y un extenso material de recubrimiento.

 

En Japón, la tecnología de revestimiento de aluminio iónico ha sido ampliamente utilizada en el material NdFeB de SPM (cuerpo magnético de superficie), motor IPM (imán interno) y vehículo eléctrico. En la década de 1990, se informó la preparación de membranas de Al en la superficie NdFeB mediante revestimiento iónico. en China.Xie Fa, que utiliza con frecuencia la tecnología de recubrimiento iónico en el material magnético permanente, como una película de recubrimiento de aluminio de 8,5 micrones de espesor, encontró un aumento del 5% sobre la fuerza coercitiva, la remanencia y los cambios máximos del producto de energía magnética en un 21,8% y 2,1% respectivamente, y la capa de membrana y la matriz entre el material del imán permanente tiene una buena resistencia de unión, esto se debe al bombardeo de iones de alta energía en la superficie de los imanes y el átomo, causó un cierto grado de implantación de iones; la prueba de niebla salina mostró que la resistencia a la niebla salina El tiempo del material magnético permanente enchapado con 8.5 capas irmal alcanzó las 168 h. Ali y otros. preparó el revestimiento cerámico de TiN en NdFeB mediante el uso de la tecnología de placas de iones de arco catódico, que puede mejorar la resistencia a la corrosión de NdFeB sin afectar las propiedades magnéticas del imán en sí mismo. Du jun et al. se preparó un revestimiento de ZrN / TiN en la superficie del imán de NdFeB mediante el método de galvanización por arco iónico. La morfología de la sección transversal indicó que el recubrimiento era relativamente compacto con una estructura de múltiples capas obvia, y había una capa de transición obvia entre el recubrimiento y el sustrato, lo que favorecía la mejora de la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato. Los resultados muestran que el recubrimiento de ZrN / TiN no solo puede reducir la velocidad de corrosión de los imanes NdFeB en 2 órdenes de magnitud, sino que también mejora la resistencia al desgaste del imán. En el campo de la estomatología, el material magnético permanente NdFeB se utiliza para el magnético humano. Tratamiento de ortodoncia debido a su alta coercitividad, alta remanencia y alta acumulación de energía magnética, pero tiene poca resistencia a la corrosión y no se puede usar por un largo tiempo en el entorno oral, lo que limita su aplicación. La deposición de recubrimiento de TiN en la superficie de NdFeB El material magnético permanente mediante revestimiento iónico puede mejorar la resistencia a la corrosión del material magnético permanente NdFeB en el entorno oral.

 

2. Proceso de pretratamiento.

 

NdFeB tiene un gran número de poros sueltos en la superficie del material de imán permanente, que se ve afectado por las técnicas de procesamiento tempranas, como el procesamiento mecánico, así como el aceite residual, el polvo y otras sustancias en la superficie, lo que dificulta el tratamiento de la superficie de la PVD. La técnica convencional de tratamiento previo con PVD no es completamente adecuada para la limpieza de superficies con NdFeB. Esto se debe a que, en el proceso de usar una solución de agua con electrolitos, como un agente de limpieza de metales, para limpiar la suciedad de la superficie magnética, si estas soluciones de tratamiento permanecen en los poros, causará una mala adhesión de la capa de recubrimiento, el recubrimiento es fácil de desconcharlo. Además, el límite de grano del material magnético permanente de nd-feb es rico en fase Nd. Si el proceso de tratamiento anterior no es apropiado, también se producirá corrosión intercristalina, lo que acortará seriamente la vida útil del imán. Por lo tanto, el proceso de tratamiento previo es la clave para mejorar la adherencia del recubrimiento y la resistencia a la corrosión.

 

En la actualidad, las investigaciones sobre el tratamiento de la prepilación de los materiales de imán permanente NdFeB son más frecuentes, la mayoría de los cuales son de galvanoplastia y galvanización química. El autor cree que esto se debe a que el tratamiento de la superficie de la PVD con NdFeB se encuentra temporalmente en la etapa inicial, y la tecnología de tratamiento previo con PVD relevante también está menos estudiada. Sin embargo, hay muchos procesos de pretratamiento para galvanoplastia y galvanoplastia no electrolítica. Algunos buenos procesos de pretratamiento para la galvanoplastia y el recubrimiento electrolítico se pueden usar como referencia en el pretratamiento de Nd-FeBPVD. Los procesos comunes de la preparación del material de imán permanente de NdFeB incluyen lijado, pulido, remoción de aceite, remoción de óxido, sellado de orificios, activación, etc.

 

El tratamiento de esmerilado y pulido con papel de lija es un método de tratamiento de prepilación convencional, que es adecuado para el tratamiento de materiales NdFeB con reglas de forma de lotes pequeños, y no es adecuado para el tratamiento previo de materiales NdFeB a granel. El sellado de orificios es un método para empapar el agente de sellado de poros en el micro orificio de la pieza de trabajo y luego solidificarlo en un sólido. El orificio de sellado puede prevenir efectivamente que el ácido y el álcali se infiltren en los poros del material NdFeB en el proceso de eliminación de aceite y óxido, y evitar la corrosión interna y externa causada por el imán. En la actualidad, los principales métodos de sellado de orificios son los siguientes: (1) remojar el estearato de zinc, calentar el estearato de zinc al estado fundido, luego poner la muestra en él, extraer y enfriar después de 20min, y solidificar el orificio en el poro magnético ; (2) cuando los poros se sellan con agua hirviendo, la muestra de NdFeB se pone en agua hirvida desionizada y se hierve durante 3-5min. El agua se aspira a los poros internos del imán a través de la acción capilar. (3) sumerja la muestra en un agente de sellado de poros y póngala en el hervidor de vacío durante 10-15 minutos. Después de sacar, lavar la muestra a una cierta temperatura y solidificar en el medio de curado. Wang xin et al. encontró que el orificio de sellado puede mejorar significativamente la adherencia de la base de la película y la resistencia a la corrosión del imán. Xiao Xiangding et al. comparó el efecto del efecto de sellado magnético del agente de solidificación rápida por infiltración orgánica y del agente de sellado de poros de vidrio de agua inorgánico en la resistencia a la corrosión del imán a través de experimentos, y determinó que el agente de impregnación orgánica de solidificación rápida era el agente de sellado de poros NdFeB apropiado. Los imanes NdFeB deben secarse después del tratamiento de sellado para reducir los residuos de la solución. El recubrimiento protector de PVD se aplicó a NdFeB después de secar el orificio de sellado. Este método es eficaz.

 

El material de imán permanente NdFeB debe evitar la corrosión por agentes de limpieza altamente ácidos o alcalinos en el proceso de eliminación de aceite y óxido. Zhou qi et al. mostró que el neodimio en los materiales de imán permanente de Cl- y NdFeB reaccionó fuertemente, por lo que el ácido clorhídrico estaba contraindicado durante el decapado y la eliminación de óxido. Al mismo tiempo, en la solución de desempolvado y eliminación de aceite, se agregan sustancias con capacidad de complejación e inhibidor de la corrosión para evitar la oxidación del neodimio y la corrosión excesiva de la matriz. Rao hou et al. estudió diferentes técnicas de eliminación de aceite antes del niquelado con NdFeB, y los resultados mostraron que las soluciones de Na3PO4 y Na2CO3 se usaron primero para la eliminación química de aceite, y luego la eliminación de aceite eléctrica fue la más efectiva, mientras que el limpiador de metales fue la menos efectiva. Nd de NdFeB es un metal muy activo. Si se lleva a cabo la eliminación del aceite anódico, la superficie del sustrato es fácil de oxidar y disolver, lo que resulta en una corrosión excesiva. Por lo tanto, en el proceso de extracción de aceite, es mejor usar el cátodo para la extracción de aceite. JingChen et al. usó el grabado electrolítico anódico para eliminar la película de óxido en la superficie magnética cuando se electrodepositó el recubrimiento de al-mn en NdFeB. Este método no solo puede eliminar efectivamente la película de óxido en la superficie magnética, sino que también mejora en gran medida la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato. Además, la limpieza asistida por ultrasonido tiene un buen efecto en el tratamiento de NdFeB antes del enchapado. Li xiaodong estudió el proceso de limpieza de los materiales magnéticos y creyó que la combinación de limpieza por ultrasonidos de alta frecuencia y baja frecuencia puede mejorar significativamente la limpieza de las piezas de limpieza.

 

La limpieza con chorro de arena seca es un método eficaz para eliminar los productos de corrosión por óxido y la incrustación de óxido en la superficie de trabajo. Con alta eficiencia, alto grado mecánico y buena calidad de eliminación de óxido, es adecuado para la eliminación de óxido superficial de NdFeB y otros materiales metalúrgicos en polvo. La rugosidad de la superficie de la matriz después del arenado puede mejorar la fuerza de unión entre la película y la matriz. Han wensheng et al. estudió diferentes procesos de prepilación en la superficie de NdFeB y reemplazó la eliminación tradicional del aceite alcalino y la eliminación del decapado mediante la eliminación del aceite de cocción y la limpieza con chorro de arena seca. El estudio demostró que este tratamiento previo antes del recubrimiento anhidro puede mejorar la adhesión entre el recubrimiento y el sustrato y obtener un recubrimiento cristalino fino, suave y denso. Es importante tener en cuenta que, como resultado de los materiales de imán permanente de NdFeB que contienen neodimio de tierras raras activas, la arena en el aire pronto forma una capa de película de óxido, después de secar aún más la oxidación del tratamiento, si no elimina la capa de película de óxido , puede afectar la calidad del recubrimiento, causar una mala combinación entre el sustrato y el recubrimiento, el autor piensa que, cuando el recubrimiento PVD, puede adoptar el método de bombardeo de iones de alta energía en el horno para eliminar el óxido en la superficie del NdFeB.

 

3. Tecnología de post-procesamiento.

 

Después de recubrir el PVD con un recubrimiento protector, un proceso de postratamiento efectivo puede mejorar aún más la resistencia a la corrosión del recubrimiento, cumpliendo así los requisitos de servicio del material magnético permanente NdFeB en un entorno severo con alta temperatura y fuerte corrosividad, y extendiendo su vida útil. Los tratamientos comunes posteriores al enchapado incluyen el pelado con granalla, el tratamiento térmico al vacío, la conversión química, etc.

 

Tang zhihui et al. estudió el efecto del granallado en la micro-morfología y la resistencia a la corrosión del recubrimiento de aluminio aluminizado. Sun bao-yu et al. usó la tecnología de pulverización catódica con magnetrón de cc para realizar un tratamiento térmico al vacío en el material magnético de la película de Al después de la aplicación de placas de aluminio en la superficie del imán NdFeB. Los resultados muestran que la película de recubrimiento de Al del material del imán permanente de NdFeB después de 650 , 10 minutos después del tratamiento térmico, la capa de película de Al y el sustrato de NdFeB en la interfaz de unión metalúrgica, mejoró la adhesión de la película, mantiene la integridad del recubrimiento mejorar la resistencia a la corrosión de los materiales de imán permanente NdFeB. Sun bao-yu et al. preparó una película de aleación DyAl en la superficie del imán NdFeB sinterizado, realizó una infiltración por difusión al vacío y un tratamiento de envejecimiento en las muestras de recubrimiento, y el estudio mostró que el elemento Dy y Al se difundió en el sustrato de la superficie, y la coercividad intrínseca del imán aumentó el Hcj, Resistencia al calor y resistencia a la corrosión. Xie Fazhen et al. aplique revestimiento de aluminio en el material magnético permanente NdFeB y el tratamiento de conversión de cromato para mejorar la resistencia a la corrosión del imán salpicado de sal por una vez.

 

4. Notas finales

 

La mejora de la resistencia a la corrosión del material de imán permanente NdFeB es un proyecto sistemático, que debe estudiarse exhaustivamente desde varios aspectos, como el proceso de prelacado, el proceso de recubrimiento y el proceso de posterior. Aunque la PVD es una técnica prometedora de protección de la superficie para NdFeB, se necesitan mejoras adicionales en los siguientes aspectos.

 

(1) la adopción de una sola capa de membrana no es una buena solución al problema de la pobre resistencia a la corrosión del material magnético permanente NdFeB, y se debe desarrollar un método de preparación de compuestos de múltiples tecnologías para obtener películas de múltiples capas. Vale la pena señalar que la energía magnética de la matriz NdFeB no puede dañarse por las películas multicapa que mejoran la resistencia a la corrosión del material magnético permanente NdFeB.

(2) como la protección magnética requiere un revestimiento igual en todas las superficies de la pieza de trabajo NdFeB, la rotación tridimensional del imán NdFeB debe resolverse en la preparación del PVD para garantizar la consistencia de la calidad de la película.

(3) cuando se utiliza PVD para preparar un revestimiento protector, se diseñan diferentes estructuras de barril para productos NdFeB de diferentes formas para aumentar la cantidad de hornos en la medida de lo posible, lo que conduce a reducir el costo de la producción a gran escala de tecnología PVD y mejorando su competitividad en el mercado, a fin de reemplazar las tecnologías existentes de galvanoplastia y galvanización química que son pesadas en el medio ambiente y los recursos.

(4) se han desarrollado más procesos de pretratamiento y postratamiento adecuados para la producción a gran escala de la tecnología de PVD para aprovechar al máximo la resistencia a la corrosión del recubrimiento protector sobre la base de garantizar la integridad del material magnético.