本发明属于磁性材料防护领域，具体涉及一种烧结钕铁硼磁体表面复合涂层的制备方法。
背景技术：
：烧结钕铁硼磁体(ndfeb)以其优异的磁性能(磁能积、矫顽力和剩磁)被广泛应用于国民经济的各个领域。由于烧结钕铁硼磁体主要包括以下三相：主相nd2fe14b、富nd相和富b相，并且各相之间的电位差相差较大，因此在高温、潮湿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。为了提高烧结钕铁硼磁体的耐腐蚀性能，通常采用以下两种方式：添加合金元素法和表面防护处理法。其中，合金化法会在一定程度上降低磁体的磁性能，且防腐蚀效果不明显。目前工业生产上主要采用添加防护涂层的方式来提高烧结钕铁硼磁体的耐腐蚀性能。目前，烧结钕铁硼磁体表面常用的防护措施如下：电镀、化学镀、有机涂层、物理气相沉积以及复合镀层。其中，电镀方法具有简单易操作、成本投入低、易于实现批量化生产等优势，是钕铁硼磁体表面防护最常用的技术手段。但是，采用电镀方法制备的防护涂层表面结合力低，涂层易出现起泡、脱落等现象，涂层孔隙率高，而且电镀废水的排放易造成环境污染问题。针对风力发电、航空航天等尖端
技术领域：
对磁体表面防护技术提出的更高的要求，需要开发烧结钕铁硼磁体表面新型高结合力、高耐蚀涂层制备技术是一个亟待解决的课题。熔覆技术包括激光熔覆技术和等离子体熔覆技术。其中等离子体熔覆是近年发展起来的一种表面处理技术，所采用的等离子束是一种电离弧。与激光熔覆技术相比，等离子体熔覆技术是将高温加热所用的激光束改为高能量密度的等离子束，不易产生裂纹、气孔等缺陷，工艺过程简单，污染少，生产效率高、原料利用率高。等离子体熔覆技术制备的防护涂层与基体之间为冶金结合，涂层与基体之间具有很高的结合力。直接在烧结钕铁硼磁体表面制备陶瓷基熔覆层存在以下问题：烧结钕铁硼磁体与陶瓷基熔覆层之间的匹配性不理想，涂层内含有较多的孔隙，脆性较大，导致陶瓷基熔覆层的质量不易控制。技术实现要素：基于此，本发明提供了一种烧结钕铁硼磁体表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：一种烧结钕铁硼磁体表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：a、金属基熔覆材料的制备：将金属基合金粉末与金属基增强材料混合均匀；b、金属基熔覆层的制备：采用等离子体熔覆工艺，在预处理后的烧结钕铁硼的表面制备金属基熔覆层；c、陶瓷基熔覆材料的制备：将陶瓷基粉末与陶瓷基增强材料混合均匀；d、陶瓷基熔覆材料的制备：采用等离子体熔覆工艺，在金属基熔覆层上制备陶瓷基熔覆层；e、对经步骤d处理后的烧结钕铁硼磁体进行热处理。进一步的，步骤a中，所述金属基合金粉末的粒径为20～200μm，所述金属基增强材料的粒径为60～200nm；所述金属基合金粉末和金属基增强材料的质量比为(40～80):1。。本发明中将不同粒径的合金粉末和金属基增强材料混合，从而改善涂层的纤维形貌，提高涂层的纤维硬度，降低涂层的孔隙率。同时为了进一步提高涂层的性能，优选的，将金属基合金粉末作为基体相，将金属基增强材料作为填充材料，优选两者的质量比为(40～80):1，可以使涂层性能达到最优。进一步的，步骤a中，所述金属基合金粉末为钴基合金粉末、镍基合金粉末、铁基合金粉末、铝基合金粉末中的一种或两种以上的混合，所述金属基增强材料为纤维增强材料、晶须增强材料、纳米颗粒增强材料中的一种或两种以上的混合。这里的纤维增强材料可以选自碳纤维、玻璃纤维等，晶须增强材料和纳米颗粒增强材料可以选自sic、si3n4、al2o3·b2o3、tic等，可以理解的是，以上材料的选择仅用于举例以使得本发明的技术方案更加清楚，而不用于限定本发明的保护范围，本领域技术人员都知晓的材料选择均可用于本发明中。进一步的，步骤b中，所述等离子体熔覆工艺的参数为：熔覆电流为150～210a，扫描速度为2～12mm/s，喷嘴距磁体4～10mm，送粉量为3～5g/min，氩气作为保护气体。进一步的，步骤b中，所述预处理依次包括除油、酸洗和水洗。优选的，所述除油采用的除油液温度为55～95℃，ph为9～13，除油时间为15～25min；所述酸洗采用的酸洗液为10～24wt％的硝酸溶液，酸洗时间为5～20s；所述水洗为超声强袭2～4min。进一步的，步骤c中，所述陶瓷基粉末的粒径为100～500μm，所述陶瓷基增强材料的粒径为50～200nm；所述陶瓷基粉末和陶瓷基增强材料的质量比为(30～60):1。本发明中选择不同粒径的陶瓷基粉末和陶瓷基增强材料混合可以改善涂层的显微形貌、降低孔隙率、提高显微硬度。具体的，将陶瓷基合金粉末作为基体相，陶瓷基增强材料作为填充材料，对两者的质量比进行了优选，优选为质量比(30～60):1，从而使得本发明的涂层性能达到最优。进一步的，步骤c中，所述陶瓷基粉末为氮化硅、碳化硅中的一种或两种的混合，所述陶瓷基增强材料为纤维增强材料、晶须增强材料中的一种或两种的混合。由于碳化硅和氮化硅导热率大、硬度高、高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、抗热震并且耐化学腐蚀，因此，本发明中可优选氮化硅、碳化硅中的一种作为陶瓷基粉末。进一步的，步骤d中，所述等离子体熔覆工艺的参数为：熔覆电流为180～240a，扫描速度为3～10mm/s，喷嘴距磁体4～10mm，送粉量为2～4g/min，氩气作为保护气体。进一步的，其特征在于，步骤e中，所述热处理的工艺参数为：温度470～530℃，时间4～6h。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用等离子体熔覆技术在预处理后的ndfeb磁体表面依次制备了金属基熔覆层和陶瓷基熔覆层，同时在金属基熔覆层和陶瓷基熔覆层中添加有增强材料，金属基熔覆层的热膨胀系数与ndfeb基体和陶瓷基熔覆层具有良好的匹配性，能够同时与基体与涂层形成高的结合强度，实现了陶瓷基熔覆层与ndfeb基体之间的最佳匹配。最后，对涂覆复合涂层的钕铁硼磁体进行热处理，可以消除涂层与基体之间产生的应力，进一步提高膜/基结合强度。因此，制备的金属基/陶瓷基复合涂层具有单一熔覆层所无法比拟的优势，该复合涂层致密无孔隙，具有高结合力、高耐蚀、高耐磨的特点，能够为烧结ndfeb磁体提供更加优异的腐蚀防护作用。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本实施例中采用规格为24mm×16mm×3mm的烧结ndfeb磁体(未充磁，由安徽大地熊新材料股份有限公司提供)。磁体预处理：采用温度为55℃、ph值为9的除油液对烧结ndfeb磁体除油15min；然后采用10wt％的硝酸溶液酸洗烧结ndfeb磁体5s；最后，将磁体在去离子水中超声清洗2min。金属基熔覆材料的制备：将钴基合金粉末(粒径20μm)和碳纤维增强材料(粒径为60nm)按质量比40:1进行混合，机械搅拌6h。金属基熔覆层的制备：将预处理后的烧结ndfeb磁体和所制备的金属基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在烧结ndfeb磁体表面制备金属基熔覆层。等离子体熔覆的参数为：熔覆电流为150a，扫描速度为2mm/s，喷嘴距磁体4mm，送粉量为3g/min，氩气作为保护气体。陶瓷基熔覆材料的制备：将氮化硅陶瓷基粉末(粒径100μm)和碳纤维增强材料(粒径50nm)按质量比30:1进行混合，机械搅拌8h。陶瓷基熔覆层的制备：将涂覆金属基熔覆层的烧结ndfeb磁体和陶瓷基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在涂覆金属基熔覆层的磁体表面制备陶瓷基熔覆层。等离子体熔覆的条件为：熔覆电流为180a，扫描速度为3mm/s，喷嘴距磁体4mm，送粉量为2g/min，氩气作为保护气体。磁体热处理：对涂覆复合涂层后的烧结钕铁硼磁体于470℃热处理4h。将本实施例制得的样品命名为样品1a。实施例2本实施例中采用规格为24mm×16mm×3mm的烧结ndfeb磁体(未充磁，由安徽大地熊新材料股份有限公司提供)。磁体预处理：采用温度为75℃、ph值为10的除油液对烧结ndfeb磁体除油20min；然后采用17wt％的硝酸溶液酸洗烧结ndfeb磁体12s；最后，将磁体在去离子水中超声清洗3min。金属基熔覆材料的制备：将钴基合金粉末(粒径110μm)和碳纤维增强材料(粒径130nm)按质量比60:1进行混合，机械搅拌8h。金属基熔覆层的制备：将预处理后的烧结ndfeb磁体和所制备的金属基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在烧结ndfeb磁体表面制备金属基熔覆层。等离子体熔覆的参数为：熔覆电流为180a，扫描速度为7mm/s，喷嘴距磁体7mm，送粉量为4g/min，氩气作为保护气体。陶瓷基熔覆材料的制备：将氮化硅陶瓷基粉末(粒径300μm)和碳纤维增强材料(粒径125nm)按质量比45:1进行混合，机械搅拌10h。陶瓷基熔覆层的制备：将涂覆金属基熔覆层的烧结ndfeb磁体和陶瓷基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在涂覆金属基熔覆层的磁体表面制备陶瓷基熔覆层。等离子体熔覆的条件为：熔覆电流为180a，扫描速度为3mm/s，喷嘴距磁体7mm，送粉量为2g/min，氩气作为保护气体。磁体热处理：对涂覆复合涂层后的烧结钕铁硼磁体于500℃热处理5h。将本实施例制得的样品命名为样品2a。实施例3本实施例中采用规格为24mm×16mm×3mm的烧结ndfeb磁体(未充磁，由安徽大地熊新材料股份有限公司提供)。磁体预处理：采用温度为95℃、ph值为13的除油液对烧结ndfeb磁体除油25min；然后采用24wt％的硝酸溶液酸洗烧结ndfeb磁体20s；最后，将磁体在去离子水中超声清洗4min。金属基熔覆材料的制备：将钴基合金粉末(粒径200μm)和碳纤维增强材料(粒径200nm)按质量比80:1进行混合，机械搅拌10h。金属基熔覆层的制备：将预处理后的烧结ndfeb磁体和所制备的金属基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在烧结ndfeb磁体表面制备金属基熔覆层。等离子体熔覆的参数为：熔覆电流为210a，扫描速度为12mm/s，喷嘴距磁体10mm，送粉量为5g/min，氩气作为保护气体。陶瓷基熔覆材料的制备：将氮化硅陶瓷基粉末(粒径500μm)和碳纤维增强材料(粒径200nm)按质量比60:1进行混合，机械搅拌12h。陶瓷基熔覆层的制备：将涂覆金属基熔覆层的烧结ndfeb磁体和陶瓷基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在涂覆金属基熔覆层的磁体表面制备陶瓷基熔覆层。等离子体熔覆的条件为：熔覆电流为240a，扫描速度为10mm/s，喷嘴距磁体10mm，送粉量为4g/min，氩气作为保护气体。磁体热处理：对涂覆复合涂层后的烧结钕铁硼磁体于530℃热处理6h。将本实施例制得的样品命名为样品3a。实施例4本实施例中采用规格为24mm×16mm×3mm的烧结ndfeb磁体(未充磁，由安徽大地熊新材料股份有限公司提供)。磁体预处理：采用温度为75℃、ph值为10的除油液对烧结ndfeb磁体除油20min；然后采用17wt％的硝酸溶液酸洗烧结ndfeb磁体12s；最后，将磁体在去离子水中超声清洗3min。金属基熔覆材料的制备：将镍基合金粉末(粒径110μm)和sic增强材料(粒径130nm)按质量比60:1进行混合，机械搅拌8h。金属基熔覆层的制备：将预处理后的烧结ndfeb磁体和所制备的金属基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在烧结ndfeb磁体表面制备金属基熔覆层。等离子体熔覆的参数为：熔覆电流为180a，扫描速度为7mm/s，喷嘴距磁体7mm，送粉量为4g/min，氩气作为保护气体。陶瓷基熔覆材料的制备：将碳化硅陶瓷基粉末(粒径300μm)和氧化铝晶须增强材料(粒径125nm)按质量比45:1进行混合，机械搅拌10h。陶瓷基熔覆层的制备：将涂覆金属基熔覆层的烧结ndfeb磁体和陶瓷基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在涂覆金属基熔覆层的磁体表面制备陶瓷基熔覆层。等离子体熔覆的条件为：熔覆电流为180a，扫描速度为3mm/s，喷嘴距磁体7mm，送粉量为2g/min，氩气作为保护气体。磁体热处理：对涂覆复合涂层后的烧结钕铁硼磁体于500℃热处理5h。实施例5本实施例中采用规格为24mm×16mm×3mm的烧结ndfeb磁体(未充磁，由安徽大地熊新材料股份有限公司提供)。磁体预处理：采用温度为75℃、ph值为10的除油液对烧结ndfeb磁体除油20min；然后采用17wt％的硝酸溶液酸洗烧结ndfeb磁体12s；最后，将磁体在去离子水中超声清洗3min。金属基熔覆材料的制备：将铝基合金粉末(粒径110μm)和si3n4增强材料(粒径130nm)按质量比60:1进行混合，机械搅拌8h。金属基熔覆层的制备：将预处理后的烧结ndfeb磁体和所制备的金属基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在烧结ndfeb磁体表面制备金属基熔覆层。等离子体熔覆的参数为：熔覆电流为180a，扫描速度为7mm/s，喷嘴距磁体7mm，送粉量为4g/min，氩气作为保护气体。陶瓷基熔覆材料的制备：将碳化硅陶瓷基粉末(粒径300μm)和玻璃纤维增强材料(粒径125nm)按质量比45:1进行混合，机械搅拌10h。陶瓷基熔覆层的制备：将涂覆金属基熔覆层的烧结ndfeb磁体和陶瓷基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在涂覆金属基熔覆层的磁体表面制备陶瓷基熔覆层。等离子体熔覆的条件为：熔覆电流为180a，扫描速度为3mm/s，喷嘴距磁体7mm，送粉量为2g/min，氩气作为保护气体。磁体热处理：对涂覆复合涂层后的烧结钕铁硼磁体于500℃热处理5h。对比例1本对比例中采用规格为24mm×16mm×3mm的烧结ndfeb磁体(未充磁，由安徽大地熊新材料股份有限公司提供)。磁体预处理：采用温度为95℃、ph值为9～13的除油液对烧结ndfeb磁体除油25min；然后采用24wt％的硝酸溶液酸洗烧结ndfeb磁体20s；最后，将磁体在去离子水中超声清洗4min。电镀zn的制备：采用电镀工艺在预处理后的钕铁硼磁体表面上电沉积锌镀层，锌镀层的电镀工艺参数：ph值为4.5，温度为30℃，电流密度为2a/dm2，电镀时间为30min。将本对比例制得的样品命名为样品1b。对比例2本对比例中采用规格为24mm×16mm×3mm的烧结ndfeb磁体(未充磁，由安徽大地熊新材料股份有限公司提供)。磁体预处理：采用温度为95℃、ph值为9～13的除油液对烧结ndfeb磁体除油25min；然后采用24wt％的硝酸溶液酸洗烧结ndfeb磁体20s；最后，将磁体在去离子水中超声清洗4min。金属基层的制备：采用喷涂工艺在预处理后的钕铁硼磁体表面上涂覆由粒径110μm的钴基合金和粒径130nm的碳纤维增强材料按质量比60:1组成的金属基涂层，喷涂工艺如下：喷涂油量控制在20ml/min，喷控压力为0.4mpa，雾化为0.24mpa，在100℃下预固化5min，然后进入烤箱烘烤，烤箱烘烤温度为180℃，烘烤时间30min。陶瓷基层的制备：采用喷涂工艺在金属基层的基础上涂覆由粒径300μm氮化硅陶瓷基粉末和粒径125nm的碳纤维增强材料按质量比45:1组成的陶瓷基涂层，喷涂工艺如下：喷涂油量控制在25ml/min，喷控压力为0.5mpa，雾化为0.26mpa，在120℃下预固化4min，然后进入烤箱烘烤，烤箱烘烤温度为2000℃，烘烤时间40min。将本对比例制得的样品命名为样品2b。对比例3本对比例中采用规格为24mm×16mm×3mm的烧结ndfeb磁体(未充磁，由安徽大地熊新材料股份有限公司提供)。磁体预处理：采用温度为95℃、ph值为9～13的除油液对烧结ndfeb磁体除油25min；然后采用24wt％的硝酸溶液酸洗烧结ndfeb磁体20s；最后，将磁体在去离子水中超声清洗4min。金属基熔覆层的制备：将预处理后的磁体和粒径200μm的钴基合金粉末制成的钴基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在ndfeb磁体表面制备钴基熔覆层。等离子体熔覆的参数为：熔覆电流为210a，扫描速度为12mm/s，喷嘴距磁体10mm，送粉量为5g/min，氩气作为保护气体。陶瓷基熔覆层的制备：将涂覆金属基熔覆层的烧结ndfeb磁体和粒径500μm氮化硅陶瓷制成的氮化硅陶瓷基熔覆材料置入等离子体熔覆设备中，在涂覆金属基熔覆层的磁体表面制备陶瓷基熔覆层。等离子体熔覆的条件为：熔覆电流为240a，扫描速度为10mm/s，喷嘴距磁体10mm，送粉量为4g/min，氩气作为保护气体。磁体热处理：对涂覆复合涂层后的烧结钕铁硼磁体于530℃热处理6h。将本实施例制得的样品命名为样品3b。对实施例1、2、3中制备的样品1a、2a、3a和对比例1、2、3中制备的样品1b、2b、3b进行盐雾试验[盐雾试验的条件为：试验箱温度为38℃，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/t34491-2017)，并对其耐磨性进行测试(按照标准《金属镀层的耐磨性试验方法》jish8503-1989)，按照磨损量可分为1级、2级、3级、4级、5级，级别越高代表磨损量越大，其测试结果见下表：样品盐雾试验(h)结合力(mpa)耐磨性(磨损量)样品1a841521级样品2a840531级样品3a842511级样品1b727.524级样品2b21617.323级样品3b192513级从上表可以看出，样品1a、2a、3a的耐盐雾试验能力明显优于样品1b、2b、3b的耐盐雾试验能力，结合力也明显高于样品1b、2b，且其磨损量也明显小于样品1b、2b、3b，说明采用等离子体熔覆技术配合优化后的涂层组分在烧结ndfeb磁体表面制备的复合涂层具有传统防护涂层所无法比拟的绝对优势。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。当前第1页12