本发明属于稀土永磁材料表面防护领域，特别涉及一种烧结钕铁硼表面高耐蚀高结合力涂层的制备方法。
背景技术：
：烧结NdFeB永磁材料自1983年问世以来，因其具有高剩磁密度、高矫顽力和高磁能积的特点广泛运用于能源、交通、机械、医疗、计算机和家电等领域。但是，由粉末冶金工艺制备的烧结NdFeB磁体具有多相结构，各相之间电位差较大，在电化学环境中，易产生电偶腐蚀，从而导致烧结NdFeB磁体耐蚀性能极差，严重限制磁体应用领域的进一步拓展。因此，如何提高烧结钕铁硼的耐腐蚀性能一直是钕铁硼行业关注的焦点。目前，提高烧结钕铁硼永磁材料耐腐蚀性能的方法主要有合金化法和外加防护涂覆层的方法。合金化法会在一定程度上降低磁体磁性能，而表面防护处理是经济、有效而有前途的一种方法。目前用于在烧结钕铁硼表面添加防护层的方法主要有：电镀，化学镀，气相沉积等。其中电镀工艺尽管发展多年已较为成熟，但仍存在镀层孔隙率大，不致密和不均匀等缺陷，且新镀种研发困难，难以跟上磁体应用的扩张。化学镀的镀层均匀，适合复杂零件，但其镀层厚度有限，镀膜内应力高，容易开裂；且其工艺复杂，镀液维护困难。气相沉积法环保清洁，涂层结合力和耐蚀性均较好，但是由于磁体吸氢造成涂层容易脆裂。因此钕铁硼的表面防护工艺还有很大的完善空间。技术实现要素：本发明针对现有技术的不足，提供一种采用粉末等离子弧堆焊的方式在烧结钕铁硼表面制备合金涂层，旨在有效改善烧结钕铁硼磁体表面的防腐蚀性能以及膜基间的结合力。一种烧结钕铁硼表面的高耐蚀、高结合力涂层的制备方法，其包括以下步骤：(1)将烧结态钕铁硼磁体进行预热；(2)将金属合金粉末烘干并冷却至室温；(3)采用等离子弧粉末堆焊方法将干燥的金属合金粉末焊接在烧结态钕铁硼磁体的表面形成合金焊层；(4)进行二级回火热处理。进一步方案，所述步骤(1)中的烧结态钕铁硼磁体为块状或圆柱状结构，且烧结后尚未经回火热处理的大型工件。进一步方案，所述烧结态钕铁硼磁体的预热的温度为100～150℃、时间为10-12min。在预热前对烧结钕铁硼磁体进行除油前处理或除油和酸洗前处理。即本发明中烧结态钕铁硼磁体在预热可进行前处理，如除油前处理或除油和酸洗前处理；也可不进行前处理，则节省了常规表面防护中繁琐的前处理工序，提高了工作效率。进一步方案，所述步骤(2)中的金属合金粉末烘干是指在150～200℃下烘干1～2h。进一步方案，所述步骤(2)中的金属合金粉末为Ni基合金粉末、Co基合金粉末、Cu基合金粉末或Fe基合金粉末，金属合金粉末的粒径为100～150um。进一步方案，所述步骤(3)中的等离子弧粉末堆焊方法中同步送粉器的同步送粉率为20～25g/min、氩气流量为10～14L/min；离子气氩气流量为5～7L/min、保护气氩气流量为6～10L/min；非弧电压为DC15～20v，转移弧电流为DC130～140A；焊枪喷嘴与待焊工件之间的距离为8～10mm，焊枪行走速度为70～80mm/min。进一步方案，所述步骤(4)中的二级回火热处理中一级回火处理的温度为900-920℃、时间为1.5-2.5h；二级回火处理的温度为480-520℃、时间为2-3h。本发明所采用的等离子弧粉末堆焊是以等离子弧作为热源，应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，等离子束离开后自激冷却，形成一层高性能的合金层，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺。由于等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强，通过调节相关的堆焊参数，可对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。本发明采用等离子弧粉末堆焊方法将是指金属合金粉体堆焊到烧结态钕铁硼磁体表面，其具体为：将预热后的烧结态钕铁硼磁体置于工作台，将干燥的金属合金粉体装进焊机的同步送粉器中；点燃非弧后，开启同步送粉器保证远离转移弧焰心但又不超出转移弧产生的弧斑区域；然后调整输送金属合金粉体的送粉气流量，使粉流与焊枪内离子气、保护气形成能产生稳定非弧的等离子体环境，待非弧与粉流均稳定后，进行堆焊，得到合金焊层。本发明在烧结钕铁硼表面制备的涂层与现有技术相比，其有益效果体现在：1、本发明等离子弧粉末堆焊方法将金属合金粉末熔覆在磁体表面，使二者之间呈冶金结合，其结合强度高；2、堆焊的金属合金层的组织致密、成型美观，其耐蚀和耐磨性好；3、由于本发明采用堆焊方法将金属合金粉末焊接在烧结态钕铁硼磁体的表面，其速度快，NdFeB在焊缝金属层中的百分比即稀释率低至5％～10％，故对钕铁硼磁体影响较小，堆焊的合金层质量越高；4、等离子弧的温度高、能量集中、稳定性好，在工件上引起的残余应力和变形小；5、对锈蚀及油污的磁体表面可不经过复杂繁琐的前处理工艺，直接进行等离子堆焊，从而减少工序，提高工作效率；6、对烧结态磁体直接进行堆焊，而后入炉对磁体回火热处理，这样可以同时实现堆焊层内应力的消除，无需添加工序；7、与钕铁硼其他表面防护技术相比，堆焊过程易实现机械化、自动化，设备构造简单，节能易操作。具体实施方式下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。实施例1本实施例按如下步骤制备烧结钕铁硼表面高耐蚀高结合力涂层：(1)采用除油+酸洗的方式，对烧结态NdFeB磁体进行镀膜前处理，具体为：将烧结态钕铁硼磁体在除油液中浸泡8min，而后在质量分数3％的稀硝酸中清洗50s；(2)将经前处理后的磁体置于120℃保温炉中预热10min；(3)将粒径为100um的镍基合金粉末置于200℃温度中烘干1.5h，待冷却至室温后，将金属合金粉体装进焊机的同步送粉器；(4)将预热后的磁体置于工作台，点燃非弧后，开启焊机的同步送粉器保证远离转移弧焰心但又不超出转移弧产生的弧斑区域，调整输送金属合金粉体送粉气流量，使粉流与焊枪内离子气、保护气形成能产生稳定非弧的等离子体环境，待非弧与粉流均稳定后，进行堆焊，得到Ni基合金焊层；其主要工艺参数如下：同步送粉器氩气流量为12L/min，同步送粉器的送粉率为20g/min；焊枪喷嘴与待焊工件之间的距离为8mm，非弧电压为DC18v，转移弧电流为DC130A，钨极直径为4mm，离子气氩气流量为6L/min，保护气氩气流量为10L/min，焊枪行走速度为90mm/min；(5)将焊后工件进行二级回火热处理，具体为：900℃一级回火2h，500℃二级回火2.5h。实施例2(1)将烧结态钕铁硼磁体在除油液中浸泡8min除油(2)将除油后的磁体置于110℃恒温干燥箱中预热10min；(3)将粒径为120um的铜基合金粉末放置于180℃下烘干1.2h，待冷却至室温后，将金属合金粉体装进焊机的同步送粉器；(4)将预热后的磁体置于工作台，点燃非弧后，开启焊机的同步送粉器保证远离转移弧焰心但又不超出转移弧产生的弧斑区域，调整输送金属合金粉体的送粉气流量，使粉流与焊枪内离子气、保护气形成能产生稳定非弧的等离子体环境，待非弧与粉流均稳定后，进行堆焊，得到铜基合金焊层；其主要工艺参数如下：同步送粉器氩气流量为：14L/min，同步送粉器的送粉率为25g/min，焊枪喷嘴与待焊工件之间的距离为10mm。非弧电压为DC20v，转移弧电流为DC140A，钨极直径为4mm，离子气氩气流量为7L/min，保护气氩气流量为10L/min，焊枪行走速度为90mm/min。(5)将焊后工件进行二级回火热处理，900℃一级回火2h，480℃二级回火2h。实施例3(1)将烧结态钕铁硼磁体于150℃下预热12min；(2)将粒径为150um的钴基合金粉末置于200℃下烘干1.5h，待冷却至室温后，将其装进焊机的同步送粉器；(3)将预热后的磁体置于工作台，点燃非弧后，开启焊机的同步送粉器保证远离转移弧焰心但又不超出转移弧产生的弧斑区域，调整输送金属合金粉体的送粉气流量，使粉流与焊枪内离子气、保护气形成能产生稳定非弧的等离子体环境，待非弧与粉流均稳定后，进行堆焊，得到钴基合金焊层；其主要工艺参数如下：同步送粉器氩气流量为：10L/min，同步送粉器的送粉率为18g/min，焊枪喷嘴与待焊工件之间的距离为10mm。非弧电压为DC18v，转移弧电流为DC125A，钨极直径为4mm，离子气氩气流量为6L/min，保护气氩气流量为9L/min，焊枪行走速度为80mm/min。(4)将焊后工件进行二级回火热处理，920℃一级回火2h，480℃二级回火2.5h。对比例1为对比研究，按如下步骤在烧结钕铁硼表面制备传统电镀Ni样品：(1)将烧结钕铁硼磁体碱洗除油4min；(2)在3wt％的稀硝酸溶液中酸洗4min，酸洗后再超声水洗至钕铁硼磁体的表面呈银白色；(3)在3wt％柠檬酸钠中活化，活化后进行超声水洗，最后电镀。其中电沉积采用双层镍工艺，暗镍镀液温度为45℃，镀液pH值为4.8，电流密度为0.5A/dm2，沉积时间100min；光亮镍镀液温度为50℃，镀液PH值为4.3，电流密度为0.5A/dm2，沉积时间30min。对比例2为对比研究，按如下步骤在烧结钕铁硼表面制备传统电镀Zn样品：(1)将烧结钕铁硼磁体碱洗除油4min；(2)在3wt％的稀硝酸溶液中酸洗3min，酸洗后于超声水洗至钕铁硼磁体的表面呈银白色；(3)在3wt％柠檬酸钠中活化，活化后进行超声水洗，最后电镀。电沉积采用氯化钾镀锌工艺。镀液成分为：氯化钾180g/L，氯化锌60g/L，硼酸25g/L。电镀工艺参数为：PH值为5.0；温度25℃，电流密度0.5A/dm2，沉积时间30min。对比例3直接选用未添加任何防护层的烧结钕铁硼磁体作为对比例3。对上述实施例1-3和对比例1-3所制得的样品进行耐腐蚀性能测试及膜基结合力大小测试，其中失重实验条件为121℃，2atm，300h，中性盐雾实验条件为35℃，95％RH，5wt％NaCl，结合力大小由拉力测试法测得，样品表面大小224mm2，位移速度为1mm/min。具体实验测得数据如下表1所示。表1.耐腐蚀及结合力实验测试数据样品失重实验mg/cm2中性盐雾实验h结合力MPa实施例10.0837256.24实施例20.2728448.12实施例30.06435941.37对比例15.6213621.15对比例24.257218.27对比例337.110.16/由表1可以明显看出，采用本发明利用等离子弧堆焊技术进行烧结钕铁硼表面防护可以明显改善磁体涂层耐蚀性能；在高压加速腐蚀环境中失重量较少，仅失重0.06-0.27mg/cm2，而烧结钕铁硼磁体本身失重为37.11mg/cm2，对比例1、2中传统电镀工艺防护磁体失重达到4.25-5.62mg/cm2。并且，本发明制备的防护涂层与磁体之间的结合力高，是传统电镀镀层的2-3倍。上述实施方案和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。当前第1页1 2 3