PVD Vakuové povlakování materiálu NdFeB s permanentními magnety

PVD Vakuové povlakování materiálu NdFeB s permanentními magnety

IKS PVD přizpůsobil pro vás vhodný PVD vakuový lakovací stroj, kontaktujte nás nyní, iks.pvd@foxmail.com

NdFeB je permanentní magnetický materiál vzácných zemin vyvinutý v osmdesátých letech, který je malý, lehký a má vynikající magnetické vlastnosti. To je široce používán v elektronické informace, hutnictví, komunikační průmysl, medicína a další oblasti. Moderní věda a technologie a informační průmysl je integrovaný, lehký, inteligentní směr, jako je nová energie, úspora energie a ochrana životního prostředí průmyslu je vyšší a vyšší poptávka po výkonu materiálů vzácných zemin permanentních magnetů, jako je frekvenční konverze klimatizace kompresor, průmyslová úspora energie a nová energetická vozidla poháněná motorem s magnetickou ocelí musí mít vysokou koercitivní sílu, vysokou magnetickou energii, vysokou konzistenci, vysokou odolnost proti korozi a další charakteristiky, je obrovskou výzvou pro tradiční průmysl výroby magnetické oceli, odolnost proti korozi materiálu permanentního magnetu ndfeb předkládá vyšší požadavky.

Dosavadní způsoby zlepšování odolnosti permanentního magnetického materiálu NbFeB proti korozi zahrnují přidávání slitinových prvků a přídavného ochranného povlaku, avšak hlavní metodou je přidání ochranného povlaku (kovový povlak, organický povlak a kompozitní povlak). Ochranný povlak může zabránit kontaktu mezi koroze a podkladu a zpomalit tak korozi magnetu. Galvanické pokovování, galvanické pokovování, fyzikální depozice v pásech apod. Technologie galvanizační ochrany je široce aplikována na ochranu materiálu NdFeB s permanentními magnety kvůli jeho nízké technické prahové hodnotě, zralému procesu a nízké ceně. Trvalý magnet NdFeB se vyrábí převážně ze slinutého práškového metalurgického průmyslu, porézního povrchu, v procesu galvanického pokovování nebo elektrolytického pokovování bude kyselinový nebo alkalický elektrolytový vodní roztok nevyhnutelně zůstat v matricovém póru NdFeB, což vážně ovlivňuje kvalitu ochranného povlaku, může matrice NdFeB nedosahuje očekávané životnosti, a elektrolytické pokovování a chemické pokovování odpadních vod.

Také znečišťuje životní prostředí. Proto v posledních letech pracují tuzemští a zahraniční výzkumní pracovníci místo výzkumu technologií povrchové ochrany technologii fyzikálních depozic na pánech (PVD) jako technologii šetrné k životnímu prostředí, má vlastnosti toho, co mnoho jiných technologií nemá, řízením parametrů procesu může být zrno malé, rovnoměrné tloušťky, adheze fólie vynikající pokovování; Současně je PVD technologií suché pokovování, která může zabránit poškození povlaků křehkou kvůli zbytkům kyselého nebo alkalického roztoku elektrolytu v magnetických pórů a absorpci vodíku během pokovování. Povrchová úprava Nd-FeB PVD je však omezena náklady na sériovou výrobu a některé faktory.

V této práci jsou shrnuty různé PVD technologie aplikované na materiály NdFeB s permanentními magnety doma i v zahraničí a jsou popsány základní principy, charakteristiky a výzkumný stav těchto technologií. Byly také shrnuty příslušné procesy předběžného zpracování a následné úpravy fyzického ukládání plynu aplikované na permanentní magnetický materiál NdFeB a byla provedena odpovídající analýza, která poskytla referenci pro příslušné pracovníky.

1. Technologie ochrany PVD

Materiál permanentního magnetu NdFeB obvykle pracuje za určitých teplotních a středních podmínek a je nutné dlouhodobě udržovat celistvost jeho vnější velikosti a magnetického výkonu. Když materiál NdFeB koroduje, částečná povrchová plocha způsobí poškození struktury a struktury, což způsobí pokles magnetické vlastnosti, což ovlivňuje jeho praktickou aplikaci. Technologie PVD může účinně řešit tento problém nanesením ochranného povlaku na povrch NdFeB. Povlak připravený technologií PVD má dobrou stabilitu, vysokou vazebnou sílu a vysokou hustotu. Navíc, během PVD pokovování, je tloušťka povlaku ovlivněná bočním úhlem magnetického obrobku mnohem nižší než tloušťka povlaku a elektrolytické pokovování a v procesu přípravy není žádné znečištění. Navíc technologie PVD může získat širokou škálu typů povlaků (jako Al, Ti / Al, Al / Al2O3, TiN atd.), Což je slibná technologie ochrany povrchů NdFeB. V současné době se PVD techniky běžně používané pro povrchovou úpravu permanentních magnetických materiálů NdFeB doma i v zahraničí zahrnují zejména odpařování, rozprašování magnetronem a iontové pokovování. Níže je uveden přehled tří technologií ze základních principů a stavu výzkumu doma iv zahraničí.

1.1 odpařování

Proces parní depozice má dát obrobek do vakuové komory a určitým způsobem ji ohřát. Tato technologie má výhody jednoduchého zařízení a snadné řízení procesu, avšak vrstva filmu získaná obecným tepelným odpařováním je poměrně hrubá, se špatnou přilnavostí a snadno se vytváří silná sloupcová krystalová struktura a korozní kapalina může snadno procházejí filmovou vrstvou, aby korodovaly materiál substrátu NdFeB. V současné době je technologie odpařování v materiálech s permanentními magnety NdFeB pro povrchovou ochrannou úpravu uváděna méně, v zahraničí má malé množství odpařování nanášené iontové usazeniny (iontové usazeniny, IVD) při výrobě hliníkové membránové technologie. Technologie IVD se týká přidávání negativního tlakového tlaku na obrobek nad zdrojem odpařování a generování žhavého výboje kolem obrobku. Při procesu odpařování, kdy atomy odpařených kovových par procházejí oblastí záře, jsou některé kovové atomy ionizovány do kovových iontů a akcelerované kovové ionty nebo atomy se pohybují na povrch obrobku za účelem vytvoření fólie. Kovový povlak připravený touto technikou má výhodu dobré hustoty, vysokého stupně vazby se substrátem, rychlosti rychlého nanášení apod. Proto lze tuto techniku aplikovat na antikorozní ochranu permanentního magnetického materiálu NdFeB.

1.2 magnetronová rozprašovací technologie

Technologie rozprašování Magnetron je technologií nanášení filmu na obrobek poté, co ionty argonu generované výbojem doutnajícího rozprašováním cílových atomů. Magnetronový nástřik je charakterizován nízkou teplotou nánosu, rovnoměrným a kontrolovatelným složením filmu, žádnou změnou povrchové úpravy substrátu a dobrou přilnavostí k substrátu. Může být aplikován na povrchovou ochranu permanentního magnetického materiálu NdFeB.

MaoSD et al. nanesly hliníkové fólie na NdFeB za použití technologie rozprašování dc magnetronu, aby se získaly hliníkové fólie se sloupcovou krystalovou strukturou, jak je znázorněno na obr. 1 (a). Výsledky ukazují, že magnetronové rozprašovací hliníkové pokovování zlepšuje odolnost magnetu proti korozi. Vzhledem k tomu, že mikropóry mezi hliníkovými sloupcovými krystaly procházejí membránou, korozní roztok dosáhne matrice přes tyto póry, když korozní materiály s ochranným povlakem Al. MaoSD a přijatým metodou přípravy Al fólie na povrchu NdFeB, jak je znázorněno na obr. 1 (b), jako iontovým paprskem asistovaným magnetronovým rozprašováním (Ion - beam assisted deposition, IBAD), je vidět, že sloupcovitá krystalová struktura , membránová vrstva je více rovnoměrná a hustá, výsledky ukazují, že po 240 hodinách neutrální zkoušky solné mlhy se čistý povrch Al magnetron rozprašovacího filmu objevuje na velké ploše červené rzi, ale pouze malé množství přípravy povrchu Al fólie IBAD červené rzi , jeho odolnost proti korozi je samozřejmě zdokonalena, což je způsobeno hlavně filmovou vrstvou IBAD-Al a oxidová fólie má více. MaoSD et al. připravené vícevrstvé fólie Al / Al2O3 pomocí plazmového magnetronového rozprašování.

Li jinlong a kol. nanese vícevrstvé fólie AlN / Al na povrch NdFeB za použití technologií rozprašování dc magnetrony. Studie ukázala, že AlN / Al filmy nanesené na povrchu NdFeB byly hustší a měly nejlepší odolnost proti korozi, když parciální tlak dusíkového argonu byl 1: 1. Odolnost vůči korozi protilátek proti slunečnímu rozložení vícevrstvých fólií AlN / Al byla podstatně lepší než u jednovrstvých hliníkových fólií, které nejenže nezničily magnetickou energii NbFeB, ale také mírně zvýšily svou magnetickou energii. Na povrchu sintrovaných NdFeB magnetů byly na povrchu spekaných NdFeB magnetů naneseny Ti / Al vrstvy. Studie ukazují, že Ti / Al vícevrstvé fólie mají hustší povrch než jednotlivé Al filmy a Ti vrstva přerušuje růst sloupcové krystalové struktury Al vrstva. Jeho vlastní korozní proud je téměř o 2 řády menší než ten čistý Al tenký film a má vyšší odolnost proti korozi a destruktivní sílu.

1.3 iontové pokovování

Technologie iontového pokovování je založena na vakuovém odpařovacím pokovování a aktivaci plazmatu v srdci ionizačního parního ionizace membrány inertním plynem a bazálního bombardování a povlaku. Navíc k výhodám vakuového odpařování a rozprašování je technologie iontového pokovování kombinována s doutnavým výbojem, plazmovou technologií a technologií vakuového odpařování. Kromě toho má také výhody rychlého ukládání, silné adheze vrstvy filmu, dobré difrakce a rozsáhlé nátěrové hmoty.

V Japonsku byla technologie iontového hliníku pokrytá širokým používáním v materiálu NdFeB SPM (povrchové magnetické těleso), IPM (interní magnet) a elektrického vozidla. V devadesátých letech byla hlášena příprava membrán Al na povrchu NdFeB iontem v Číně.Xie Fa často využívá technologii iontového pokovování na trvalém magnetickém materiálu, jako je hliníková fólie o síle 8,5 mikronů, zjistila o 5% nárůst oproti koercitivní síle, remanence a maximální magnetické energetické produkty o 21,8% a 2,1% a membránová vrstva a matrice mezi materiály s permanentními magnety mají dobrou vazebnou pevnost, což je způsobeno bombardováním vysokých iontových iontů na povrchu magnetů a atomu, což způsobilo určitý stupeň iontové implantace, Zkouška solné mlhy ukázala, že odolnost vůči solné mlze čas permanentního magnetického materiálu pokrytého vrstvou 8,5 mm dosahoval 168h.AAli et al. připravený keramický povlak TiN na NdFeB pomocí technologie pokovování iontovým katodovým obloukem, který může zlepšit korozní odolnost NdFeB bez ovlivnění magnetických vlastností samotného magnetu. Du jun et al. připravený povlak ZrN / TiN na povrchu NdFeB magnetu metodou obloukového pokovování. Morfologie průřezu ukázala, že povlak byl poměrně kompaktní se zřejmou vícevrstvou strukturou a mezi povlakem a substrátem byla zřejmá přechodová vrstva, což vedlo ke zlepšení vazebné síly mezi povlakem a substrátem. Výsledky ukazují, že potah ZrN / TiN může nejen snížit rychlost koroze NdFeB magnetů o 2 řády, ale také zlepšit odolnost magnetu proti opotřebení. V oblasti stomatologie se stálý magnetický materiál NdFeB používá pro lidské magnetické pole ortodontické ošetření v důsledku vysoké koercitivity, vysoké remanence a vysoké akumulace magnetické energie, ale má špatnou odolnost proti korozi a nemůže být dlouhodobě používáno v orálním prostředí, které omezuje jeho aplikaci. Ukládání TiN povlaku na povrch NdFeB trvalý magnetický materiál iontovým povrchem může zlepšit odolnost permanentního magnetického materiálu NdFeB proti korozi v orálním prostředí.

2. Předběžná úprava

NdFeB má na povrchu materiálu s permanentními magnety velké množství uvolněných pórů, které jsou ovlivněny technikami raného zpracování, jako je mechanické zpracování, stejně jako zbytkový olej, prach a další látky na povrchu, což způsobuje obtíže při povrchové úpravě PVD. Konvenční technika předběžné úpravy PVD není zcela vhodná pro čištění povrchu NdFeB. Důvodem je to, že při použití vodního roztoku elektrolytu, jako je čisticí prostředek na čištění kovů, nečistoty z magnetického povrchu, pokud tyto roztoky zůstanou v pórech, způsobí špatnou přilnavost povlakové vrstvy, povlak se snadno otřepe. Kromě toho je hranice zrna permanentního magnetického materiálu nd-feb bohatá na fázi Nd. Není-li předchozí proces zpracování vhodný, dojde také k interkrystalické korozi, což vážně zkrátí životnost magnetu. Proto je proces předběžného zpracování klíčem ke zlepšení přilnavosti povlaku a odolnosti proti korozi.

V současné době jsou výzkumy předběžné úpravy materiálů NdFeB permanentních magnetů častější, z nichž většina je galvanické pokovování a chemické pokovování. Autor se domnívá, že je to proto, že povrchová úprava NdFeB PVD je v počátečním stádiu dočasně a také je méně studována příslušná technologie předběžné úpravy PVD. Existuje však mnoho procesů předběžné úpravy pro elektrolytické pokovování a elektrolytické pokovování. Některé dobré postupy předběžné úpravy pro elektrolytické pokovování a elektrolytické pokovování mohou být použity jako reference při předběžné úpravě Nd-FeBPVD. Mezi běžné procesy převzetí materiálu NdFeB s permanentním magnetem patří broušení, leštění, odstraňování oleje, odstraňování rzi, těsnění díry, aktivace apod.

Brousicí a lešticí úprava brusného papíru je konvenční metoda předběžného zpracování, která je vhodná pro zpracování materiálů NdFeB s malými tvary tvarů šarží a není vhodná pro předúpravu objemových materiálů NdFeB. Těsnění otvoru je způsob, jak namočit prostředek pro utěsňování pórů do mikrodruhu obrobku a pak ho ztuhnout do pevného tělesa. Těsnicí otvor může účinně zabránit tomu, aby se kyselina a alkálie infiltrovaly do pórů materiálu NdFeB v procesu odstranění oleje a rzi a aby se zabránilo vnitřní a vnější korozi způsobené magnetem. V současné době jsou hlavní metody těsnění otvorů následující: (1) namáčení stearátu zinečnatého, ohřev stearátu zinku na roztavený stav, poté vložení vzorku do něj, vyjmutí a chlazení po 20 minutách a ztuhnutí díry v magnetickém póru ; (2) když jsou póry utěsněny vroucí vodou, vzorek NdFeB se vloží do vroucí deionizované vody a vaří po dobu 3-5 minut. Voda se nasává do vnitřních pórů magnetu kapilárním účinkem. (3) ponořte vzorek do prostředku pro utěsnění pórů a vložte jej do vakuové nádoby po dobu 10-15 minut. Po vyjmutí vzorku promyjte při určité teplotě a ztuhnte ve vytvrzovacím médiu. Wang xin a kol. že těsnicí otvor může výrazně zlepšit přilnavost filmové základny a odolnost magnetu proti korozi. Xiao xiangding a kol. srovnával účinek magnetického těsnicího účinku organického rychlého tuhnutí s organickým infiltračním činidlem a anorganického prostředku pro utěsnění pórů z anorganického vodního skla na odolnost magnetu proti korozi prostřednictvím experimentů a stanovil, že rychlé ztuhnutí organického impregnačního činidla je vhodným činidlem pro utěsňování pórů NdFeB. NdFeB magnety musí být vysušeny po utěsnění, aby se snížily zbytky roztoku. Ochranný potah PVD byl nanesen na NdFeB poté, co byl těsnicí otvor vysušen. Tato metoda je účinná.

Materiál permanentního magnetu NdFeB by se měl vyvarovat korozi vysoce kyselými nebo alkalickými čisticími prostředky při odstraňování ropy a hrdze. Zhou qi a kol. že neodym v materiálech permanentních magnetů Cl- a NdFeB reagoval silně, takže kyselina chlorovodíková byla kontraindikována během moření a odstraňování hrdla. Současně se v roztoku odstraňování odpadních vod a odstraňování oleje přidávají látky s komplexační schopností a inhibitory koroze, aby se zabránilo oxidaci neodymu a přebroušení matrice. Rao hou et al. studovali různé techniky odstraňování ropy před niklováním NdFeB a výsledky ukázaly, že roztoky Na3PO4 a Na2CO3 byly nejprve použity pro odstraňování chemických olejů a nejúčinnější odstranění elektrického oleje, zatímco nejméně efektivní byl čistič kovů. Nd NdFeB je velmi aktivní kov. Při odstraňování anodického oleje se povrch substrátu snadno oxiduje a rozpouští, což vede k nadměrné korozi. Proto je při procesu odstraňování oleje lepší použít katodu k odstraňování oleje. JingChen a kol. používalo anodické elektrolytické leptání k odstranění oxidového filmu na magnetickém povrchu, když byl elektrolyticky nanášen al-mn povlak na NdFeB. Tato metoda nejenže účinně odstraní oxidový film na magnetickém povrchu, ale také velmi zlepší vazebnou sílu mezi povlakem a substrátem. Navíc ultrazvukové čištění pomáhá léčit NdFeB před pokovením. Li xiaodong studoval proces čištění magnetických materiálů a věřil, že kombinace vysokofrekvenčního a nízkofrekvenčního ultrazvuku může výrazně zlepšit čistotu čisticích obrobků.

Tryskání suchým pískem je účinnou metodou k odstranění produktů koroze a oxidů na pracovní ploše. S vysokou účinností, vysokým mechanickým stupněm a dobrou kvalitou odstraňování rzi je vhodný pro odstranění korozního povrchu NdFeB a dalších práškových metalurgických materiálů. Drsnost povrchu matrice po pískování může zlepšit vazebnou sílu mezi filmem a matricí. Han wensheng et al. studoval různé předběžné procesy na povrchu NdFeB a nahradil odstranění tradičního odstraňování alkalického oleje a odstraňování rzi mořením odstraňováním ropného oleje a otryskáním suchým pískem. Studie ukázala, že tato předběžná úprava před bezvadným pokovováním může zlepšit adhezi mezi povlakem a substrátem a získat krystalický jemný, hladký a hustý povlak. Je důležité poznamenat, že v důsledku materiálů NdFeB s permanentními magnety obsahujícími aktivní neodymové sloučeniny vzácných zemin dochází k pískování ve vzduchu poté, co se brzy vytvoří vrstva oxidového filmu, po vysušení dalšího zpracování oxidace, pokud neodstraňujete vrstvu oxidu , může ovlivnit kvalitu povlaku, způsobit špatnou kombinaci mezi substrátem a povrchem, autor se domnívá, že když PVD povlak může přijmout metodu bombardování iontů vysokou energií v peci pro odstranění oxidu na povrchu NdFeB.

3. Technologie post-zpracování

Po nanesení PVD s ochranným povlakem může účinný postup následného zpracování dále zlepšit odolnost povlaku proti korozi, a tím splňovat požadavky na údržbu permanentního magnetického materiálu NdFeB v drsném prostředí s vysokou teplotou a silnou korozivitou a prodloužit jeho životnost. Běžné ošetření po ošetření zahrnují stříkání pece, vakuové tepelné ošetření, chemickou konverzi atd.

Tang zhihui a kol. studoval účinek broušení na mikromorfologii a odolnost proti povětrnostním vlivům iontového povlaku. Sun bao-yu et al. používala technologii dc magnetronového rozprašování pro provádění vakuového tepelného zpracování na magnetickém materiálu z hliníkové fólie po hliníkovém pokovování na povrchu magnetu NdFeB. Výsledky ukazují, že materiál NdFeB s povlakem z hliníkového povlaku po 650 ° C , po 10 minutách po tepelném zpracování, Al fóliová vrstva a NdFeB substrát v metalurgickém pojivovém rozhraní zlepšuje adhezi filmu, udržuje celistvost povlaku, zlepšit odolnost proti korozi materiálů NdFeB s permanentními magnety. Sun bao-yu et al. připravený film DyAl na povrchu sintrovaného NdFeB magnetu, provedl vakuovou difuzní infiltraci a ošetření stárnutí na povlakových vzorcích a studie ukázala, že Dy a Al element difundují do povrchového substrátu a vnitřní koercitivita magnetu zvyšuje Hcj, tepelná odolnost a odolnost proti korozi. Xie fazhen a kol. nanášené hliníkové pokovování na permanentním magnetickém materiálu NdFeB a úpravě chromátové konverze, aby se zlepšila odolnost magnetu proti korozi proti slunečnímu spreji jednou.

4. Závěrečné poznámky

Zlepšení odolnosti materiálů s permanentními magnety NdFeB proti korozi je systematickým projektem, který musí být podrobně studován z několika aspektů, jako je proces předběžného pokovování, proces pokovování a postprotlační proces. I když PVD je slibnou technikou ochrany povrchu pro NdFeB, je třeba vylepšit následující aspekty.

(1) přijetí jediné membránové vrstvy není dobrým řešením problému špatné odolnosti proti korozi permanentního magnetického materiálu NdFeB a pro získání vícevrstvých filmů by měl být vyvinut multi-technologický způsob přípravy kompozitů. Je třeba poznamenat, že magnetická energie matrice NdFeB nemůže být poškozena vícevrstvými vrstvami, které zlepšují odolnost proti korozi permanentního magnetického materiálu NdFeB.

(2), jelikož magnetická ochrana vyžaduje stejné pokovování na všech površích obrobku NdFeB, měla by být při přípravě PVD řešena trojrozměrná rotace magnetu NdFeB, aby se zajistila konzistence kvality filmu.

(3) při použití PVD pro přípravu ochranného povlaku jsou konstruovány různé barevné konstrukce pro výrobky NdFeB různých tvarů, aby se co nejvíce zvýšil počet pecí, což přispívá ke snížení nákladů na výrobu PVD technologie ve velkém měřítku a zlepšení své tržní konkurenceschopnosti, s cílem nahradit stávající technologie pokovování a chemické pokovování, které jsou těžké na životní prostředí a zdroje.

(4) byly vyvinuty další procesy před zpracováním a následným zpracováním, které jsou vhodné pro výrobu PVD technologie ve velkém měřítku, aby bylo dosaženo plné vůle proti korozi odolnosti ochranného povlaku na základě zajištění integrity magnetického materiálu.