一種采用爆炸噴涂在燒結(jié)NdFeB表面制備Al涂層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用爆炸噴涂在燒結(jié)NdFeB表面制備Al涂層的方法，經(jīng)本發(fā)明方法得到的微米級(jí)Al涂層與NdFeB基體材料結(jié)合緊密，微米級(jí)Al涂層為純鋁相，且涂層均勻，致密度高、孔隙率低。具有Al涂層的燒結(jié)NdFeB在鹽溶液中的腐蝕電流密度僅為燒結(jié)NdFeB的1/5，且Al涂層表面形成Al2O3氧化膜層，能夠有效保護(hù)燒結(jié)NdFeB基體。
【專利說明】一種米用爆炸噴涂在燒結(jié)NdFeB表面制備AI涂層的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種采用爆炸噴涂工藝在燒結(jié)NdFeB表面制備微米級(jí)A1涂層的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 燒結(jié)NdFeB是迄今為止磁性最強(qiáng)的永磁材料，廣泛地應(yīng)用于電子、機(jī)電、儀表和醫(yī) 療等諸多領(lǐng)域，是當(dāng)今世界上發(fā)展最快，市場(chǎng)前景最好的永磁材料。但是燒結(jié)NdFeB材料的 一個(gè)最明顯的缺點(diǎn)是耐腐蝕性差，從而大大地限制了這類磁體在高溫和潮濕等環(huán)境中的應(yīng) 用。
[0003] 爆炸噴涂（detonation flame spraying)是以瞬間釋放的高能量（爆炸能量） 形成的熱能將噴涂材料加熱熔融，并使其加速而沉積到工件表面形成涂層的熱噴涂工藝方 法。爆炸噴涂的原理圖如圖1所示。
[0004] 目前，提高NdFeB材料耐蝕性能的途徑有合金化法和表面防護(hù)涂層法兩種。NdFeB 磁體的表面防腐蝕涂層主要有金屬涂層、有機(jī)涂層和復(fù)合涂層。工業(yè)應(yīng)用中較為廣泛的為 電鍍Ni、Zn、Cu，化學(xué)鍍Ni-P合金，離子鍍Al，PVD鍍TiN等。研究表明，純A1鍍層具有較 好的防腐蝕性能，并在鍍層與基體之間的界面上存在一個(gè)較窄的成分過渡區(qū)，提高了鍍層/ 基體的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)滿足耐腐蝕、顏色、耐磨損、電絕緣等性能要求，因而具有良好的發(fā)展 前景。但是現(xiàn)有的A1涂層技術(shù)仍存在著一些不足：均勻性差、結(jié)合力低、裂紋較高；且工藝 復(fù)雜，成本較高；值得注意的是，電鍍、化學(xué)鍍和電泳等過程所遺留下來的廢液中含有大量 有毒物質(zhì)，而且很難凈化，其排放對(duì)生態(tài)環(huán)境十分不利。這一系列問題的解決，將有賴于新 的A1涂層工藝的開發(fā)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是采用爆炸噴涂的方法在燒結(jié)NdFeB表面制備純鋁相的微米級(jí)A1 涂層。該方法制備的A1涂層在鹽溶液中形成A1 203氧化膜層，能夠有效提高燒結(jié)NdFeB基 體的耐蝕性能。
[0006] 本發(fā)明提出的一種采用爆炸噴涂在燒結(jié)NdFeB表面制備A1涂層的方法，其特征在 于包括有下列步驟：
[0007] 第一步：基體前處理
[0008] (A)采用未充磁的燒結(jié)NdFeB作為基體材料，硬度Hv = 6.20,密度D為7.5?7.6 ;
[0009] 將基體置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 7%的酒精中進(jìn)行超聲清洗以除油，超聲頻率為30? 50ΚΗζ的條件下，超聲清洗5?10 min后，自然涼干得到第一基體；
[0010] (B)對(duì)第一基體進(jìn)行噴砂處理，得到粗糙度Ra = 3?3. 5的第二基體；
[0011] 第二步：采用爆炸噴涂制備A1涂層
[0012] 爆炸噴涂材料是粒度為300?400目的鋁，所述鋁的質(zhì)量百分比純度為99. 99% ;
[0013] 將爆炸噴涂材料裝入氣體爆炸噴涂設(shè)備中；
[0014] 將第二基體安裝在夾具上；
[0015] 調(diào)節(jié)氣體爆炸噴涂工藝參數(shù)：氧和乙炔的氣體流量比為1.0?1.3:1，工作頻率為 4?6次/秒，噴涂距離為100?140_，炮口直徑為20?25mm，N 2送粉率為0. 3?0. 6克 /秒，噴涂材料表面升溫為100?200°C ;制得16?20微米的A1涂層在燒結(jié)NdFeB表面。
[0016] 本發(fā)明采用爆炸噴涂工藝制備A1涂層的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明方法制備的A1涂層與 基體結(jié)合良好，涂層致密，厚度均勻，表面孔隙率低，僅為0.83%。在電化學(xué)測(cè)試研究中表 明，在3. 5wt% NaCl溶液中的腐蝕電流密度為1. 301X 10_5 A/cm2,僅為NdFeB基體的1/5， 且在浸泡過程中不斷形成A120 3氧化膜層，可以有效保護(hù)燒結(jié)NdFeB基體，提高其耐蝕性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是爆炸噴涂的原理圖。
[0018] 圖2是經(jīng)實(shí)施例1方法在燒結(jié)NdFeB表面制得的A1涂層的截面形貌SEM圖。
[0019] 圖3是經(jīng)實(shí)施例1方法在燒結(jié)NdFeB表面制得的A1涂層與A1粉的XRD圖譜對(duì)比。
[0020] 圖4是經(jīng)實(shí)施例1方法在燒結(jié)NdFeB表面制得的A1涂層及N35在鹽溶液中的動(dòng) 電位極化曲線對(duì)比。
[0021] 圖5是經(jīng)實(shí)施例1方法在燒結(jié)NdFeB表面制得的A1涂層和N35在鹽溶液中的奈 奎斯特圖對(duì)比。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023] 本發(fā)明是一種采用爆炸噴涂在燒結(jié)NdFeB表面制備A1涂層的方法，包括有下列步 驟：
[0024] 第一步：基體前處理
[0025] ㈧采用未充磁的燒結(jié)NdFeB(N35)作為基體材料，硬度Hv = 6. 20,密度D為 7. 5 ?7. 6 ;
[0026] 將基體置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 7%的酒精中進(jìn)行超聲清洗以除油，超聲頻率為30? 50ΚΗζ的條件下，超聲清洗5?10 min后，自然涼干得到第一基體；
[0027] (B)對(duì)第一基體進(jìn)行噴砂處理，得到粗糙度為3?3. 5 (Ra = 3?3. 5)的第二基 體；
[0028] 在本發(fā)明中，對(duì)燒結(jié)NdFeB進(jìn)行清潔、除油及噴砂是為得到潔凈的基體表面，這有 利于涂層與基體的結(jié)合，更加緊密。由于本發(fā)明中采用的爆炸噴涂是在相對(duì)低的溫度下進(jìn) 行涂層的制備，所以燒結(jié)NdFeB表面要有較大的粗糙度。
[0029] 第二步：采用爆炸噴涂制備A1涂層
[0030] 爆炸噴涂材料選用工業(yè)純鋁（質(zhì)量百分比純度為99. 99% )粉，鋁粉粒度為300? 400 目；
[0031] 將爆炸噴涂材料裝入氣體爆炸噴涂設(shè)備中；
[0032] 將第二基體安裝在夾具上；
[0033] 調(diào)節(jié)氣體爆炸噴涂工藝參數(shù)，制備A1涂層；
[0034] 氧和乙炔的氣體流量比為1.0?1.3:1，工作頻率為4?6次/秒，噴涂距離為 100?140mm，炮口直徑為20?25mm，N 2送粉率為0· 3?0· 6克/秒，噴涂材料表面升溫為 100 ?200。。。
[0035] 在本發(fā)明中，采用選取的爆炸噴涂參數(shù)能夠使A1涂層與基體結(jié)合緊密，在較低的 噴涂材料溫度下，不會(huì)損傷燒結(jié)NdFeB的磁性。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 第一步：基體前處理
[0038] (A)采用牌號(hào)為N35未充磁的燒結(jié)NdFeB試樣作為基體材料，硬度Hv = 6. 20,密 度D為7.6 ;
[0039] 將基體置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 7%的酒精中進(jìn)行超聲清洗的除油處理，在頻率為 30ΚΗζ的條件下，超聲清洗5 min后，自然涼干得到第一基體；
[0040] (B)對(duì)第一基體安裝在DB-1噴砂機(jī)上，調(diào)節(jié)壓力為0· 7 MPa，選取60目的剛玉砂 進(jìn)行噴砂處理，得到粗糙度為Ra = 3的第二基體；
[0041] 第二步：采用爆炸噴涂工藝制備A1涂層
[0042] 爆炸噴涂材料選用工業(yè)純鋁（質(zhì)量百分比純度為99. 99% )粉，平均粒徑為38微 米；鋁粉的XRD照片如圖3所示，橫坐標(biāo)為角度，縱坐標(biāo)為相對(duì)強(qiáng)度。
[0043] 將爆炸噴涂材料裝入氣體爆炸噴涂設(shè)備中；
[0044] 將第二基體安裝在夾具上；
[0045] 調(diào)節(jié)氣體爆炸噴涂工藝參數(shù)，制備A1涂層，得到具有A1涂層的基體；
[0046] 氧和乙炔的氣體流量比為1. 2:1，工作頻率為4次/秒，噴涂距離為120mm，炮口直 徑為20mm，N2送粉率為0. 5克/秒，噴涂材料表面升溫為120°C。
[0047] 第三步：耐腐蝕測(cè)試
[0048] 將實(shí)施例1制備的具有A1涂層的基體經(jīng)SEM(如圖2)和XRD (如圖3)分析表明， A1涂層由純鋁相組成，說明噴涂過程中并未發(fā)生明顯的氧化現(xiàn)象，涂層非常致密，厚度均 勻，為16. 805 μ m。爆炸噴涂A1涂層表面經(jīng)打磨、拋光后在金相顯微鏡下孔隙率的測(cè)定，結(jié) 果為0. 83%，證明了爆炸噴涂具有低孔隙率的優(yōu)點(diǎn)。
[0049] 分別對(duì)實(shí)施例1制備的具有A1涂層的基體和N35進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試和交 流阻抗測(cè)試，研究其腐蝕電化學(xué)性能。測(cè)試主要采用傳統(tǒng)的三電極電化學(xué)測(cè)試體系進(jìn)行，參 比電極和輔助電極分別為飽和甘汞電極和鉬片，工作電極為具有A1涂層的基體和N35,所 有測(cè)試均在室溫（25°C )條件下完成，腐蝕介質(zhì)為3. 5 wt% NaCl溶液。
[0050] 圖4為具有A1涂層的基體和N35在3. 5 wt%NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線。在 圖4中，橫坐標(biāo)為電流，縱坐標(biāo)為電壓。由圖中可知，A1涂層腐蝕電流密度（1. 301Χ1(Γ5Α/ cm2)不到NdFeB基體腐蝕電流密度（6.536Xl(T5A/cm2)的五分之一。這說明，在3.5 wt% NaCl溶液中，A1涂層表面不斷形成A1203氧化膜層，能夠有效保護(hù)燒結(jié)NdFeB基體，提高其 耐蝕性能。
[0051] 圖5為具有A1涂層的基體和牌號(hào)為N35在3. 5 wt%NaCl溶液中的奈奎斯特 (Nyquist)圖。在圖5中，橫坐標(biāo)為開環(huán)頻率特性的實(shí)部（幅值），縱坐標(biāo)為開環(huán)頻率特性 的虛部（相位）。由圖中可知,N35包含一個(gè)高頻容抗弧和一個(gè)低頻感抗弧，而A1涂層僅有 一個(gè)高頻容抗弧?；w感抗弧的存在說明在腐蝕介質(zhì)下，NdFeB表面容易形成點(diǎn)蝕，而A1涂 層則不易形成點(diǎn)蝕。同時(shí)，A1涂層的高頻容抗弧半徑遠(yuǎn)大于NdFeB基體，這說明，A1涂層的 阻抗遠(yuǎn)大于基體，因此，爆炸噴涂A1涂層能夠很好地保護(hù)燒結(jié)NdFeB基體，該結(jié)果與上述動(dòng) 電位極化曲線測(cè)試結(jié)果相一致。
[0052] 實(shí)施例2
[0053] 第一步：基體前處理
[0054] ㈧采用牌號(hào)為N35未充磁的燒結(jié)NdFeB試樣作為基體材料，硬度Hv = 6. 20,密 度D為7.6 ;
[0055] 將基體置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 7%的酒精中進(jìn)行超聲清洗的除油處理，在頻率為 40ΚΗζ的條件下，超聲清洗5 min后，自然涼干得到第一基體；
[0056] (B)對(duì)第一基體安裝在DB-1噴砂機(jī)上，調(diào)節(jié)壓力為0· 7 MPa，選取60目的剛玉砂 進(jìn)行噴砂處理，得到粗糙度為Ra = 3. 5)的第二基體；
[0057] 第二步：采用爆炸噴涂制備A1涂層
[0058] 爆炸噴涂材料選用工業(yè)純鋁（質(zhì)量百分比純度為99. 99% )粉，平均粒徑為38微 米；
[0059] 將爆炸噴涂材料裝入氣體爆炸噴涂設(shè)備中；
[0060] 將第二基體安裝在夾具上；
[0061] 調(diào)節(jié)氣體爆炸噴涂工藝參數(shù)，制備A1涂層，得到具有A1涂層的基體；
[0062] 氧和乙炔的氣體流量比為1:1，工作頻率為6次/秒，噴涂距離為100mm，炮口直徑 為20mm，N 2送粉率為0. 6克/秒，噴涂材料表面升溫為120°C。
[0063] 第三步：耐腐蝕測(cè)試
[0064] 將實(shí)施例2制備的具有A1涂層的基體經(jīng)SEM和XRD分析表明，A1涂層由純鋁相組 成，說明噴涂過程中并未發(fā)生明顯的氧化現(xiàn)象，涂層非常致密，厚度均勻，為18. 307μπι。爆 炸噴涂Α1涂層表面經(jīng)打磨、拋光后在金相顯微鏡下孔隙率的測(cè)定，結(jié)果為0. 77%，證明了 爆炸噴涂具有低孔隙率的優(yōu)點(diǎn)。
[0065] 對(duì)實(shí)施例2制備的具有Α1涂層的基體進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試，測(cè)試主要采用傳 統(tǒng)的三電極電化學(xué)測(cè)試體系進(jìn)行，參比電極和輔助電極分別為飽和甘汞電極和鉬片，工作 電極為具有Α1涂層的基體，所有測(cè)試均在室溫（25°C )條件下完成，腐蝕介質(zhì)為3. 5 wt% NaCl溶液。測(cè)得具有A1涂層基體的腐蝕電流密度為1. 240X 1(T5A/Cm2,這說明在3. 5 wt% NaCl溶液中，A1涂層表面不斷形成A1203氧化膜層，能夠有效保護(hù)燒結(jié)NdFeB基體。
[0066] 實(shí)施例3
[0067] 第一步：基體前處理
[0068] (A)采用牌號(hào)為N35未充磁的燒結(jié)NdFeB試樣作為基體材料，硬度Hv = 6. 20,密 度D為7.6 ;
[0069] 將基體置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 7%的酒精中進(jìn)行超聲清洗的除油處理，在頻率為 30KHz的條件下，超聲清洗15 min后，自然涼干得到第一基體；
[0070] (B)對(duì)第一基體安裝在DB-1噴砂機(jī)上，調(diào)節(jié)壓力為0· 7 MPa，選取60目的剛玉砂 進(jìn)行噴砂處理，得到粗糙度為Ra = 3. 3的第二基體；
[0071] 第二步：采用爆炸噴涂制備A1涂層
[0072] 爆炸噴涂材料選用工業(yè)純鋁（質(zhì)量百分比純度為99. 99% )粉，平均粒徑為38微 米；
[0073] 將爆炸噴涂材料裝入氣體爆炸噴涂設(shè)備中；
[0074] 將第二基體安裝在夾具上；
[0075] 調(diào)節(jié)氣體爆炸噴涂工藝參數(shù)，制備A1涂層，得到具有A1涂層的基體；
[0076] 氧和乙炔的氣體流量比為1. 3:1，工作頻率為5次/秒，噴涂距離為140mm，炮口直 徑為25mm，N2送粉率為0. 5克/秒，噴涂材料表面升溫為180°C。
[0077] 第三步：耐腐蝕測(cè)試
[0078] 將實(shí)施例3制備的具有A1涂層的基體經(jīng)SEM和XRD分析表明，A1涂層由純鋁相組 成，說明噴涂過程中并未發(fā)生明顯的氧化現(xiàn)象，涂層非常致密，厚度均勻，為17.638μπι。爆 炸噴涂Α1涂層表面經(jīng)打磨、拋光后在金相顯微鏡下孔隙率的測(cè)定，結(jié)果為0. 81 %，證明了 爆炸噴涂具有低孔隙率的優(yōu)點(diǎn)。
[0079] 對(duì)實(shí)施例3制備的具有Α1涂層的基體進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試，測(cè)試主要采用傳 統(tǒng)的三電極電化學(xué)測(cè)試體系進(jìn)行，參比電極和輔助電極分別為飽和甘汞電極和鉬片，工作 電極為具有Α1涂層的基體，所有測(cè)試均在室溫（25°C )條件下完成，腐蝕介質(zhì)為3. 5 wt% NaCl溶液。測(cè)得具有A1涂層基體的腐蝕電流密度為1. 309X 10_5A/Cm2,這說明在3. 5 wt% NaCl溶液中，A1涂層表面逐漸形成A1203氧化膜層，能夠有效保護(hù)燒結(jié)NdFeB基體。
【權(quán)利要求】
1. 一種采用爆炸噴涂在燒結(jié)NdFeB表面制備A1涂層的方法，其特征在于包括有下列步 驟： 第一步：基體前處理 (A) 采用未充磁的燒結(jié)NdFeB作為基體材料，硬度Hv = 6. 20,密度D為7. 5?7. 6 ; 將基體置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 7%的酒精中進(jìn)行超聲清洗以除油，超聲頻率為30?50ΚΗζ 的條件下，超聲清洗5?10 min后，自然涼干得到第一基體； (B) 對(duì)第一基體進(jìn)行噴砂處理，得到粗糙度Ra = 3?3. 5的第二基體； 第二步：采用爆炸噴涂制備A1涂層 爆炸噴涂材料是粒度為300?400目的鋁，所述鋁的質(zhì)量百分比純度為99. 99% ; 將爆炸噴涂材料裝入氣體爆炸噴涂設(shè)備中； 將第二基體安裝在夾具上； 調(diào)節(jié)氣體爆炸噴涂工藝參數(shù)：氧和乙炔的氣體流量比為1.0?1.3:1，工作頻率為4? 6次/秒，噴涂距離為100?140mm，炮口直徑為20?25mm，N2送粉率為0· 3?0· 6克/秒， 噴涂材料表面升溫為100?200°C ;制得16?20微米的A1涂層在燒結(jié)NdFeB表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用爆炸噴涂在燒結(jié)NdFeB表面制備A1涂層的方法，其特征 在于：在燒結(jié)NdFeB表面制得的A1涂層的孔隙率為0. 75 %?0. 85%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用爆炸噴涂在燒結(jié)NdFeB表面制備A1涂層的方法，其特征 在于：在燒結(jié)NdFeB表面制得的A1涂層的腐蝕電流密度為1. 0?1. 5X 10_5A/cm2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用爆炸噴涂在燒結(jié)NdFeB表面制備A1涂層的方法，其特征 在于：在燒結(jié)NdFeB表面制得的A1涂層的在鹽溶液中形成A1 203氧化膜層，能夠有效提高燒 結(jié)NdFeB基體的耐蝕性能。
【文檔編號(hào)】C23C4/12GK104120377SQ201410361184
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】周春根, 馬吉昭, 劉曉芳 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)