一种采用爆炸喷涂在烧结NdFeB表面制备Al涂层的方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用爆炸喷涂在烧结NdFeB表面制备Al涂层的方法，经本发明方法得到的微米级Al涂层与NdFeB基体材料结合紧密，微米级Al涂层为纯铝相，且涂层均匀，致密度高、孔隙率低。具有Al涂层的烧结NdFeB在盐溶液中的腐蚀电流密度仅为烧结NdFeB的1/5，且Al涂层表面形成Al2O3氧化膜层，能够有效保护烧结NdFeB基体。
【专利说明】一种米用爆炸喷涂在烧结NdFeB表面制备AI涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种采用爆炸喷涂工艺在烧结NdFeB表面制备微米级A1涂层的方法。
【背景技术】
[0002] 烧结NdFeB是迄今为止磁性最强的永磁材料，广泛地应用于电子、机电、仪表和医 疗等诸多领域，是当今世界上发展最快，市场前景最好的永磁材料。但是烧结NdFeB材料的 一个最明显的缺点是耐腐蚀性差，从而大大地限制了这类磁体在高温和潮湿等环境中的应 用。
[0003] 爆炸喷涂（detonation flame spraying)是以瞬间释放的高能量（爆炸能量） 形成的热能将喷涂材料加热熔融，并使其加速而沉积到工件表面形成涂层的热喷涂工艺方 法。爆炸喷涂的原理图如图1所示。
[0004] 目前，提高NdFeB材料耐蚀性能的途径有合金化法和表面防护涂层法两种。NdFeB 磁体的表面防腐蚀涂层主要有金属涂层、有机涂层和复合涂层。工业应用中较为广泛的为 电镀Ni、Zn、Cu，化学镀Ni-P合金，离子镀Al，PVD镀TiN等。研究表明，纯A1镀层具有较 好的防腐蚀性能，并在镀层与基体之间的界面上存在一个较窄的成分过渡区，提高了镀层/ 基体的结合强度，同时满足耐腐蚀、颜色、耐磨损、电绝缘等性能要求，因而具有良好的发展 前景。但是现有的A1涂层技术仍存在着一些不足：均匀性差、结合力低、裂纹较高；且工艺 复杂，成本较高；值得注意的是，电镀、化学镀和电泳等过程所遗留下来的废液中含有大量 有毒物质，而且很难净化，其排放对生态环境十分不利。这一系列问题的解决，将有赖于新 的A1涂层工艺的开发。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是采用爆炸喷涂的方法在烧结NdFeB表面制备纯铝相的微米级A1 涂层。该方法制备的A1涂层在盐溶液中形成A1 203氧化膜层，能够有效提高烧结NdFeB基 体的耐蚀性能。
[0006] 本发明提出的一种采用爆炸喷涂在烧结NdFeB表面制备A1涂层的方法，其特征在 于包括有下列步骤：
[0007] 第一步：基体前处理
[0008] (A)采用未充磁的烧结NdFeB作为基体材料，硬度Hv = 6.20,密度D为7.5?7.6 ;
[0009] 将基体置于质量分数为99. 7%的酒精中进行超声清洗以除油，超声频率为30? 50ΚΗζ的条件下，超声清洗5?10 min后，自然凉干得到第一基体；
[0010] (B)对第一基体进行喷砂处理，得到粗糙度Ra = 3?3. 5的第二基体；
[0011] 第二步：采用爆炸喷涂制备A1涂层
[0012] 爆炸喷涂材料是粒度为300?400目的铝，所述铝的质量百分比纯度为99. 99% ;
[0013] 将爆炸喷涂材料装入气体爆炸喷涂设备中；
[0014] 将第二基体安装在夹具上；
[0015] 调节气体爆炸喷涂工艺参数：氧和乙炔的气体流量比为1.0?1.3:1，工作频率为 4?6次/秒，喷涂距离为100?140_，炮口直径为20?25mm，N 2送粉率为0. 3?0. 6克 /秒，喷涂材料表面升温为100?200°C ;制得16?20微米的A1涂层在烧结NdFeB表面。
[0016] 本发明采用爆炸喷涂工艺制备A1涂层的优点在于：本发明方法制备的A1涂层与 基体结合良好，涂层致密，厚度均匀，表面孔隙率低，仅为0.83%。在电化学测试研究中表 明，在3. 5wt% NaCl溶液中的腐蚀电流密度为1. 301X 10_5 A/cm2,仅为NdFeB基体的1/5， 且在浸泡过程中不断形成A120 3氧化膜层，可以有效保护烧结NdFeB基体，提高其耐蚀性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是爆炸喷涂的原理图。
[0018] 图2是经实施例1方法在烧结NdFeB表面制得的A1涂层的截面形貌SEM图。
[0019] 图3是经实施例1方法在烧结NdFeB表面制得的A1涂层与A1粉的XRD图谱对比。
[0020] 图4是经实施例1方法在烧结NdFeB表面制得的A1涂层及N35在盐溶液中的动 电位极化曲线对比。
[0021] 图5是经实施例1方法在烧结NdFeB表面制得的A1涂层和N35在盐溶液中的奈 奎斯特图对比。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0023] 本发明是一种采用爆炸喷涂在烧结NdFeB表面制备A1涂层的方法，包括有下列步 骤：
[0024] 第一步：基体前处理
[0025] ㈧采用未充磁的烧结NdFeB(N35)作为基体材料，硬度Hv = 6. 20,密度D为 7. 5 ?7. 6 ;
[0026] 将基体置于质量分数为99. 7%的酒精中进行超声清洗以除油，超声频率为30? 50ΚΗζ的条件下，超声清洗5?10 min后，自然凉干得到第一基体；
[0027] (B)对第一基体进行喷砂处理，得到粗糙度为3?3. 5 (Ra = 3?3. 5)的第二基 体；
[0028] 在本发明中，对烧结NdFeB进行清洁、除油及喷砂是为得到洁净的基体表面，这有 利于涂层与基体的结合，更加紧密。由于本发明中采用的爆炸喷涂是在相对低的温度下进 行涂层的制备，所以烧结NdFeB表面要有较大的粗糙度。
[0029] 第二步：采用爆炸喷涂制备A1涂层
[0030] 爆炸喷涂材料选用工业纯铝（质量百分比纯度为99. 99% )粉，铝粉粒度为300? 400 目；
[0031] 将爆炸喷涂材料装入气体爆炸喷涂设备中；
[0032] 将第二基体安装在夹具上；
[0033] 调节气体爆炸喷涂工艺参数，制备A1涂层；
[0034] 氧和乙炔的气体流量比为1.0?1.3:1，工作频率为4?6次/秒，喷涂距离为 100?140mm，炮口直径为20?25mm，N 2送粉率为0· 3?0· 6克/秒，喷涂材料表面升温为 100 ?200。。。
[0035] 在本发明中，采用选取的爆炸喷涂参数能够使A1涂层与基体结合紧密，在较低的 喷涂材料温度下，不会损伤烧结NdFeB的磁性。
[0036] 实施例1
[0037] 第一步：基体前处理
[0038] (A)采用牌号为N35未充磁的烧结NdFeB试样作为基体材料，硬度Hv = 6. 20,密 度D为7.6 ;
[0039] 将基体置于质量分数为99. 7%的酒精中进行超声清洗的除油处理，在频率为 30ΚΗζ的条件下，超声清洗5 min后，自然凉干得到第一基体；
[0040] (B)对第一基体安装在DB-1喷砂机上，调节压力为0· 7 MPa，选取60目的刚玉砂 进行喷砂处理，得到粗糙度为Ra = 3的第二基体；
[0041] 第二步：采用爆炸喷涂工艺制备A1涂层
[0042] 爆炸喷涂材料选用工业纯铝（质量百分比纯度为99. 99% )粉，平均粒径为38微 米；铝粉的XRD照片如图3所示，横坐标为角度，纵坐标为相对强度。
[0043] 将爆炸喷涂材料装入气体爆炸喷涂设备中；
[0044] 将第二基体安装在夹具上；
[0045] 调节气体爆炸喷涂工艺参数，制备A1涂层，得到具有A1涂层的基体；
[0046] 氧和乙炔的气体流量比为1. 2:1，工作频率为4次/秒，喷涂距离为120mm，炮口直 径为20mm，N2送粉率为0. 5克/秒，喷涂材料表面升温为120°C。
[0047] 第三步：耐腐蚀测试
[0048] 将实施例1制备的具有A1涂层的基体经SEM(如图2)和XRD (如图3)分析表明， A1涂层由纯铝相组成，说明喷涂过程中并未发生明显的氧化现象，涂层非常致密，厚度均 匀，为16. 805 μ m。爆炸喷涂A1涂层表面经打磨、抛光后在金相显微镜下孔隙率的测定，结 果为0. 83%，证明了爆炸喷涂具有低孔隙率的优点。
[0049] 分别对实施例1制备的具有A1涂层的基体和N35进行动电位极化曲线测试和交 流阻抗测试，研究其腐蚀电化学性能。测试主要采用传统的三电极电化学测试体系进行，参 比电极和辅助电极分别为饱和甘汞电极和钼片，工作电极为具有A1涂层的基体和N35,所 有测试均在室温（25°C )条件下完成，腐蚀介质为3. 5 wt% NaCl溶液。
[0050] 图4为具有A1涂层的基体和N35在3. 5 wt%NaCl溶液中的动电位极化曲线。在 图4中，横坐标为电流，纵坐标为电压。由图中可知，A1涂层腐蚀电流密度（1. 301Χ1(Γ5Α/ cm2)不到NdFeB基体腐蚀电流密度（6.536Xl(T5A/cm2)的五分之一。这说明，在3.5 wt% NaCl溶液中，A1涂层表面不断形成A1203氧化膜层，能够有效保护烧结NdFeB基体，提高其 耐蚀性能。
[0051] 图5为具有A1涂层的基体和牌号为N35在3. 5 wt%NaCl溶液中的奈奎斯特 (Nyquist)图。在图5中，横坐标为开环频率特性的实部（幅值），纵坐标为开环频率特性 的虚部（相位）。由图中可知,N35包含一个高频容抗弧和一个低频感抗弧，而A1涂层仅有 一个高频容抗弧。基体感抗弧的存在说明在腐蚀介质下，NdFeB表面容易形成点蚀，而A1涂 层则不易形成点蚀。同时，A1涂层的高频容抗弧半径远大于NdFeB基体，这说明，A1涂层的 阻抗远大于基体，因此，爆炸喷涂A1涂层能够很好地保护烧结NdFeB基体，该结果与上述动 电位极化曲线测试结果相一致。
[0052] 实施例2
[0053] 第一步：基体前处理
[0054] ㈧采用牌号为N35未充磁的烧结NdFeB试样作为基体材料，硬度Hv = 6. 20,密 度D为7.6 ;
[0055] 将基体置于质量分数为99. 7%的酒精中进行超声清洗的除油处理，在频率为 40ΚΗζ的条件下，超声清洗5 min后，自然凉干得到第一基体；
[0056] (B)对第一基体安装在DB-1喷砂机上，调节压力为0· 7 MPa，选取60目的刚玉砂 进行喷砂处理，得到粗糙度为Ra = 3. 5)的第二基体；
[0057] 第二步：采用爆炸喷涂制备A1涂层
[0058] 爆炸喷涂材料选用工业纯铝（质量百分比纯度为99. 99% )粉，平均粒径为38微 米；
[0059] 将爆炸喷涂材料装入气体爆炸喷涂设备中；
[0060] 将第二基体安装在夹具上；
[0061] 调节气体爆炸喷涂工艺参数，制备A1涂层，得到具有A1涂层的基体；
[0062] 氧和乙炔的气体流量比为1:1，工作频率为6次/秒，喷涂距离为100mm，炮口直径 为20mm，N 2送粉率为0. 6克/秒，喷涂材料表面升温为120°C。
[0063] 第三步：耐腐蚀测试
[0064] 将实施例2制备的具有A1涂层的基体经SEM和XRD分析表明，A1涂层由纯铝相组 成，说明喷涂过程中并未发生明显的氧化现象，涂层非常致密，厚度均匀，为18. 307μπι。爆 炸喷涂Α1涂层表面经打磨、抛光后在金相显微镜下孔隙率的测定，结果为0. 77%，证明了 爆炸喷涂具有低孔隙率的优点。
[0065] 对实施例2制备的具有Α1涂层的基体进行动电位极化曲线测试，测试主要采用传 统的三电极电化学测试体系进行，参比电极和辅助电极分别为饱和甘汞电极和钼片，工作 电极为具有Α1涂层的基体，所有测试均在室温（25°C )条件下完成，腐蚀介质为3. 5 wt% NaCl溶液。测得具有A1涂层基体的腐蚀电流密度为1. 240X 1(T5A/Cm2,这说明在3. 5 wt% NaCl溶液中，A1涂层表面不断形成A1203氧化膜层，能够有效保护烧结NdFeB基体。
[0066] 实施例3
[0067] 第一步：基体前处理
[0068] (A)采用牌号为N35未充磁的烧结NdFeB试样作为基体材料，硬度Hv = 6. 20,密 度D为7.6 ;
[0069] 将基体置于质量分数为99. 7%的酒精中进行超声清洗的除油处理，在频率为 30KHz的条件下，超声清洗15 min后，自然凉干得到第一基体；
[0070] (B)对第一基体安装在DB-1喷砂机上，调节压力为0· 7 MPa，选取60目的刚玉砂 进行喷砂处理，得到粗糙度为Ra = 3. 3的第二基体；
[0071] 第二步：采用爆炸喷涂制备A1涂层
[0072] 爆炸喷涂材料选用工业纯铝（质量百分比纯度为99. 99% )粉，平均粒径为38微 米；
[0073] 将爆炸喷涂材料装入气体爆炸喷涂设备中；
[0074] 将第二基体安装在夹具上；
[0075] 调节气体爆炸喷涂工艺参数，制备A1涂层，得到具有A1涂层的基体；
[0076] 氧和乙炔的气体流量比为1. 3:1，工作频率为5次/秒，喷涂距离为140mm，炮口直 径为25mm，N2送粉率为0. 5克/秒，喷涂材料表面升温为180°C。
[0077] 第三步：耐腐蚀测试
[0078] 将实施例3制备的具有A1涂层的基体经SEM和XRD分析表明，A1涂层由纯铝相组 成，说明喷涂过程中并未发生明显的氧化现象，涂层非常致密，厚度均匀，为17.638μπι。爆 炸喷涂Α1涂层表面经打磨、抛光后在金相显微镜下孔隙率的测定，结果为0. 81 %，证明了 爆炸喷涂具有低孔隙率的优点。
[0079] 对实施例3制备的具有Α1涂层的基体进行动电位极化曲线测试，测试主要采用传 统的三电极电化学测试体系进行，参比电极和辅助电极分别为饱和甘汞电极和钼片，工作 电极为具有Α1涂层的基体，所有测试均在室温（25°C )条件下完成，腐蚀介质为3. 5 wt% NaCl溶液。测得具有A1涂层基体的腐蚀电流密度为1. 309X 10_5A/Cm2,这说明在3. 5 wt% NaCl溶液中，A1涂层表面逐渐形成A1203氧化膜层，能够有效保护烧结NdFeB基体。
【权利要求】
1. 一种采用爆炸喷涂在烧结NdFeB表面制备A1涂层的方法，其特征在于包括有下列步 骤： 第一步：基体前处理 (A) 采用未充磁的烧结NdFeB作为基体材料，硬度Hv = 6. 20,密度D为7. 5?7. 6 ; 将基体置于质量分数为99. 7%的酒精中进行超声清洗以除油，超声频率为30?50ΚΗζ 的条件下，超声清洗5?10 min后，自然凉干得到第一基体； (B) 对第一基体进行喷砂处理，得到粗糙度Ra = 3?3. 5的第二基体； 第二步：采用爆炸喷涂制备A1涂层 爆炸喷涂材料是粒度为300?400目的铝，所述铝的质量百分比纯度为99. 99% ; 将爆炸喷涂材料装入气体爆炸喷涂设备中； 将第二基体安装在夹具上； 调节气体爆炸喷涂工艺参数：氧和乙炔的气体流量比为1.0?1.3:1，工作频率为4? 6次/秒，喷涂距离为100?140mm，炮口直径为20?25mm，N2送粉率为0· 3?0· 6克/秒， 喷涂材料表面升温为100?200°C ;制得16?20微米的A1涂层在烧结NdFeB表面。
2. 根据权利要求1所述的采用爆炸喷涂在烧结NdFeB表面制备A1涂层的方法，其特征 在于：在烧结NdFeB表面制得的A1涂层的孔隙率为0. 75 %?0. 85%。
3. 根据权利要求1所述的采用爆炸喷涂在烧结NdFeB表面制备A1涂层的方法，其特征 在于：在烧结NdFeB表面制得的A1涂层的腐蚀电流密度为1. 0?1. 5X 10_5A/cm2。
4. 根据权利要求1所述的采用爆炸喷涂在烧结NdFeB表面制备A1涂层的方法，其特征 在于：在烧结NdFeB表面制得的A1涂层的在盐溶液中形成A1 203氧化膜层，能够有效提高烧 结NdFeB基体的耐蚀性能。
【文档编号】C23C4/12GK104120377SQ201410361184
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】周春根, 马吉昭, 刘晓芳 申请人:北京航空航天大学