NdFeB稀土永磁表面处理工艺比较

1、2001年10月磁性材料及器件 41 -:1001 -3830 (2001) 05-0041 -03NdFeB何水校（中国西南应用磁学硯究所，四川嗚阳671000）:简娶介绍NdFeB烯土水磁表面锈蚀机理和主要的抗氧化涂覆方法.并对各种 保护涂层的优缺点进行了初步比较研究。:NdFeB稀土永磁：表面处理：分子气相沉积:TM 271 07: A© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -© 1994-2009 C

2、hina Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -1前言而镀锯的NdFeB经1000h湿热储存，表面仅有轻微氧化;美IG公司也开始喷涂白© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -日本住友特殊金属公司的佐川真人于1983年率先报道了第三代稀土永磁色保护层，以防NdFeB表面氧化。据作者近日

3、赴美考察了解，1998年以来.一种新的© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -NdFeB山永磁体的诞生。1984年奏日等 磁材表面处理工艺VDP正在快速推广应© 1994-2009 Chin

4、a Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -国就开始了 NdFeB的商品生产，到2000年,全世界NdFeB稀土永磁的产量达到创 记录的1. 26万吨估计60%以上被用于各 类永磁电机中。未来十年,NdFeB稀土永 磁，特别是粘结磁体仍将保持快速增长的势 头。 用。经过十多年的努力.NdFeB稀土永磁 的表面涂覆技术日臻完善，成果累累。本文 简要介绍了NdFeB表面锈蚀的机理和主要 的抗氧化涂覆方法并对各种保护涂层的优 缺点作了初步的比较研究。© 19

5、94-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -1950 年,汽车中最多只有两块永磁体，一块用于速度表，一块用于扬声器。时2 NdFeB表面锈蚀机理和涂层要求© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -至今日、汽车中平均有41处采用永磁体，豪 华轿车中更多达70处以上价

6、格越来越低 的NdFeB永磁正逐步替代铁氧体和铝镰钻永磁。八十年代中期，美国一家公司首先将NdFeB用于计算机磁盘驱动器的音圈电机十多年来的研究已经证实通常 NdFeB是由薄层相的富Nd和富B相及基 相NckFeuB相所组成,为获得优良的磁性.这种复合的金相结构是必要的。然而正是© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -（VCM）,不到一年就因NdFeB表面氧化而这种复相结构对磁体抗氧化带来不利。互相© 19

7、94-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -:2001-06-28被索赔导致公司倒闭。1986年住友报道 了NdFeB保护涂层的实验结果:在湿热（温 度60°C湿度90% ）条件下，未加保护涂层 的NdFeB储存200h后即可见氧化现象, 1000h后表面严重氧化磁通密度下降4% , 接触的不同相因其电动势的差异而形成“电 池”薄层相为阳极,基相为阴极。Nd和Fe 又极易氧化体积极小的薄层相在相对很大 的阳极电流作用下被加速腐蚀

8、，这种腐蚀沿基相晶界进行。此外氢极易渗入NdFeB晶© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2001年10月磁性材料及器件 41 -© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5界，使磁体产生“氢碎”而粉化。可以说, “电池”作用和“氢碎”作用是NdFeB

9、稀土永 磁锈蚀、粉化的主要原因。核、验证，如1EC6S-2-11标准就规定了盐雾 试验等级；日本一些公司采用过饱和食盐溶 液浸泡时间来考核验证等等° 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 52 2 NdFeB根据以上分析，对NdFeB保护涂层的4几种涂覆技术的比较 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5基本要求应当是：涂层应尽可能地薄,使磁体应用时 不致产生太大的气隙：涂层应具有足够长的使用寿命：涂层的附着力要足够好保证在磁 路中不会脱落；工艺过程中应尽可能避免氢气渗 入,最好能与氢气隔绝；几度风雨，几度春秋，形形色色的N

10、dFeB稀土永磁表面涂层技术经十多年的发展，目前比较公认的有：树脂涂层人1离 子镀島N i镀层和分子气相沉积（VDP）等 几种。主要采用喷涂或电泳方法，将环氧树脂 涂覆在磁体表面。在各种树脂中环氧树脂 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5工艺应适用于各种复杂形状的磁的吸水性和渗透性最小，因而具有优异的防 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5体。水性、抗化学侵蚀及粘结特，性c环氧树脂喷 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 53

11、涂层质量验证及加速试验条件由于涂层材料不同，涂层质量指标也有所不同。对金属镀层而言电镀层的厚度、附涂或电泳前必须认真清除NdFeB 表面油污。当涂层厚度为2（ 30Mn的磁 体,在湿热（温度80°C.湿度90% ）条件下, 涂覆前用溶剂清洗表面的能支持50h;用喷 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5着力、电阻率等是必须考虑的技术指标;对沙清洗表面的能支持100h;用磷酸锌清洗 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5绝缘涂层而言,厚、表面电阻、耐压

12、强度、介电常数、附着力、密度等技术参数都很重表面的能支持300h以上而不发生任何锈 斑。 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5要。大多数企业要想完整地测量上述技术指 标是有困难的，一方面是因为技术力量和技 术手段不足另一方面从经济上考虑也不合 算,更主要的一点是确无必要。实践是检验 真理的唯一标准。人们更多的是选用加速试 验来验证涂层质量和电镀的实际效果。目前国内外普遍采用的加速试验主要内容有：（1）低温试验、（2）高温储茯（3）湿 热储存湿热循环、加速的湿撇（6） 温度交变、盐雾试验、SO2侵蚀、（9） H:S侵蚀、（10）过饱和食盐溶液浸泡等。第 （10）

13、项是最简便易行、快速实用的方法，对 中小型NdFeB稀土永磁生产企业特别有 用，大多数磁体用户也能接受。为了与国际接轨，可以也应该采用EC 标准对NdFeB稀土永磁涂层质量进行考© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Pi4 2 A1离子镀层是将金属离子沉积在磁体表 面，涂覆金属在负压的A I气氛中被加热成 为离子化蒸汽，A 1因沉积率高、抗蚀性好而 被首选为沉积金属，镀层厚度一般为7 13，但A 1离子镀层表面粗糙且有缝隙, 需用玻璃小球进行喷丸处理，再用亚锯酸盐 使A 1钝化,达到封闭表面缝隙和孔洞的目 的。4 3 Ni在NdF

14、eB磁体表面镀NhZn、Sn、Cr 等金属，需在化学成分上进行调整.以缓解 电镀对磁体表面产生的过度反应,N i镀层 厚度一般为715艸，阴极电镀Sn的厚度 为12-24pm。此外也可采用氮化钛或在镀 NbZn等金属后再加一层树脂，以提高耐腐 ing House. All rights reserved, 42 J M agn M ater DevicesVol 32No 5>2001年10月磁性材料及器件43致密的、十分均匀的Parylene保护不会蚀性。4 4与A 1离子气相沉积镀层不同，目前国 际上最为流行的是分子气相沉积涂层工 艺，亦 即 VDP (V aporized Depo

15、sit Piucess)工艺,VDP工艺采用一种叫侬 Parylene的新型高分子聚合物作为涂覆材 料,其工艺过程可分为三个步骤如图1所 Zjo图1 VDP气相分子沉积工艺过程第一步是在大约150£温度下将固态 的高分子二聚物在真空中进行蒸发，使这种 白色粉末直接升华为气态;第二步是对这种 气态的髙分子二聚物加温至68()£左右，使 其裂解为具有活性的单体:第三步是使气态 的单体象云雾般充满真空状态下的沉积室, 然后在NdFeB磁体表面发生聚合，不断生 长成薄膜涂层，直至单体不再存在为止。由于气相分子几乎无孔不入，所以 VDP工艺能适应各种形状的磁体.包括尖 锐的边缘、针孔

16、、微裂纹甚至盲孔，均将生成 出现液态涂覆时在小孔、相邻的表面以及拐 角处形成的“桥接”;此外，由于气相分子沉 积是在室温下进行的.所以也不会产生液态 涂覆时的凝固应力和加热过程导致的严重 张力。同真空金属镀膜不同VDP工艺沉积 速度相当快通常每分钟可沉积(1 2口m动力学研究表明，沉积速度与沉积室内单体浓 度平方成正比，与温度成反比；只要控制单 体浓度、沉积时间和温度就可控制涂层厚 度，一般Parylene薄膜的厚度控制在1 IOOmb之间。5结语为了提高NdFeB稀土永磁体表面抗氧 化耐腐蚀性能，人们也从改变微观结构、添 加Mo或Co+ V等成分入手、做了大量工 作但到目前为止，比较有效的方

17、法还是采 用表面涂层技术。在上述几种涂层技术中, 单纯的树脂涂层和N b Zn> Sn等金属镀层 抗锈蚀的效果不够理想:A 1离子气相沉积 工艺相当复杂，大生产中难以推广；VDP工 艺较为简便但目前主要的原材料Parylene 尚需进口。中国西南应用磁学研究所作为我国磁 性行业的学术和技术带头人在国内率先引 进了 VDP工艺设备和技术。今年6月，受领 导的委派，作者赴美接受技术培训并对 VDP工艺设备进行了初步验收结果表明, VDP设备和技术是比较先进的.自动化程 度也很髙。既可满足科研开发应用，也可用 于大生产；这种工艺技术既可用于NdFeB 稀土永磁表面涂层，也可用于软磁铁氧体磁 芯尤其对髙导小磁芯具有重要的意义。当 然要掌握磁材预处理工艺、涂层质量控制 和检测技术、VDP设备保养与维修技术等 尚需作岀巨大努力。此外,原材料Parylene 和设备的国产化也应及早提到议事日程。只 有这样,VDP工艺设备的引进才能充分