本發明屬于稀土永磁材料表面防護領域，特別涉及一種燒結釹鐵硼表面高耐蝕高結合力涂層的制備方法。
背景技術：
：燒結NdFeB永磁材料自1983年問世以來，因其具有高剩磁密度、高矯頑力和高磁能積的特點廣泛運用于能源、交通、機械、醫療、計算機和家電等領域。但是，由粉末冶金工藝制備的燒結NdFeB磁體具有多相結構，各相之間電位差較大，在電化學環境中，易產生電偶腐蝕，從而導致燒結NdFeB磁體耐蝕性能極差，嚴重限制磁體應用領域的進一步拓展。因此，如何提高燒結釹鐵硼的耐腐蝕性能一直是釹鐵硼行業關注的焦點。目前，提高燒結釹鐵硼永磁材料耐腐蝕性能的方法主要有合金化法和外加防護涂覆層的方法。合金化法會在一定程度上降低磁體磁性能，而表面防護處理是經濟、有效而有前途的一種方法。目前用于在燒結釹鐵硼表面添加防護層的方法主要有：電鍍，化學鍍，氣相沉積等。其中電鍍工藝盡管發展多年已較為成熟，但仍存在鍍層孔隙率大，不致密和不均勻等缺陷，且新鍍種研發困難，難以跟上磁體應用的擴張。化學鍍的鍍層均勻，適合復雜零件，但其鍍層厚度有限，鍍膜內應力高，容易開裂；且其工藝復雜，鍍液維護困難。氣相沉積法環保清潔，涂層結合力和耐蝕性均較好，但是由于磁體吸氫造成涂層容易脆裂。因此釹鐵硼的表面防護工藝還有很大的完善空間。技術實現要素：本發明針對現有技術的不足，提供一種采用粉末等離子弧堆焊的方式在燒結釹鐵硼表面制備合金涂層，旨在有效改善燒結釹鐵硼磁體表面的防腐蝕性能以及膜基間的結合力。一種燒結釹鐵硼表面的高耐蝕、高結合力涂層的制備方法，其包括以下步驟：(1)將燒結態釹鐵硼磁體進行預熱；(2)將金屬合金粉末烘干并冷卻至室溫；(3)采用等離子弧粉末堆焊方法將干燥的金屬合金粉末焊接在燒結態釹鐵硼磁體的表面形成合金焊層；(4)進行二級回火熱處理。進一步方案，所述步驟(1)中的燒結態釹鐵硼磁體為塊狀或圓柱狀結構，且燒結后尚未經回火熱處理的大型工件。進一步方案，所述燒結態釹鐵硼磁體的預熱的溫度為100～150℃、時間為10-12min。在預熱前對燒結釹鐵硼磁體進行除油前處理或除油和酸洗前處理。即本發明中燒結態釹鐵硼磁體在預熱可進行前處理，如除油前處理或除油和酸洗前處理；也可不進行前處理，則節省了常規表面防護中繁瑣的前處理工序，提高了工作效率。進一步方案，所述步驟(2)中的金屬合金粉末烘干是指在150～200℃下烘干1～2h。進一步方案，所述步驟(2)中的金屬合金粉末為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，金屬合金粉末的粒徑為100～150um。進一步方案，所述步驟(3)中的等離子弧粉末堆焊方法中同步送粉器的同步送粉率為20～25g/min、氬氣流量為10～14L/min；離子氣氬氣流量為5～7L/min、保護氣氬氣流量為6～10L/min；非弧電壓為DC15～20v，轉移弧電流為DC130～140A；焊槍噴嘴與待焊工件之間的距離為8～10mm，焊槍行走速度為70～80mm/min。進一步方案，所述步驟(4)中的二級回火熱處理中一級回火處理的溫度為900-920℃、時間為1.5-2.5h；二級回火處理的溫度為480-520℃、時間為2-3h。本發明所采用的等離子弧粉末堆焊是以等離子弧作為熱源，應用等離子弧產生的高溫將合金粉末與基體表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴散、凝固，等離子束離開后自激冷卻，形成一層高性能的合金層，從而實現零件表面的強化與硬化的堆焊工藝。由于等離子弧具有電弧溫度高、傳熱率大、穩定性好，熔深可控性強，通過調節相關的堆焊參數，可對堆焊層的厚度、寬度、硬度在一定范圍內自由調整。本發明采用等離子弧粉末堆焊方法將是指金屬合金粉體堆焊到燒結態釹鐵硼磁體表面，其具體為：將預熱后的燒結態釹鐵硼磁體置于工作臺，將干燥的金屬合金粉體裝進焊機的同步送粉器中；點燃非弧后，開啟同步送粉器保證遠離轉移弧焰心但又不超出轉移弧產生的弧斑區域；然后調整輸送金屬合金粉體的送粉氣流量，使粉流與焊槍內離子氣、保護氣形成能產生穩定非弧的等離子體環境，待非弧與粉流均穩定后，進行堆焊，得到合金焊層。本發明在燒結釹鐵硼表面制備的涂層與現有技術相比，其有益效果體現在：1、本發明等離子弧粉末堆焊方法將金屬合金粉末熔覆在磁體表面，使二者之間呈冶金結合，其結合強度高；2、堆焊的金屬合金層的組織致密、成型美觀，其耐蝕和耐磨性好；3、由于本發明采用堆焊方法將金屬合金粉末焊接在燒結態釹鐵硼磁體的表面，其速度快，NdFeB在焊縫金屬層中的百分比即稀釋率低至5％～10％，故對釹鐵硼磁體影響較小，堆焊的合金層質量越高；4、等離子弧的溫度高、能量集中、穩定性好，在工件上引起的殘余應力和變形小；5、對銹蝕及油污的磁體表面可不經過復雜繁瑣的前處理工藝，直接進行等離子堆焊，從而減少工序，提高工作效率；6、對燒結態磁體直接進行堆焊，而后入爐對磁體回火熱處理，這樣可以同時實現堆焊層內應力的消除，無需添加工序；7、與釹鐵硼其他表面防護技術相比，堆焊過程易實現機械化、自動化，設備構造簡單，節能易操作。具體實施方式下面將結合具體的實施例來說明本發明的內容。實施例1本實施例按如下步驟制備燒結釹鐵硼表面高耐蝕高結合力涂層：(1)采用除油+酸洗的方式，對燒結態NdFeB磁體進行鍍膜前處理，具體為：將燒結態釹鐵硼磁體在除油液中浸泡8min，而后在質量分數3％的稀硝酸中清洗50s；(2)將經前處理后的磁體置于120℃保溫爐中預熱10min；(3)將粒徑為100um的鎳基合金粉末置于200℃溫度中烘干1.5h，待冷卻至室溫后，將金屬合金粉體裝進焊機的同步送粉器；(4)將預熱后的磁體置于工作臺，點燃非弧后，開啟焊機的同步送粉器保證遠離轉移弧焰心但又不超出轉移弧產生的弧斑區域，調整輸送金屬合金粉體送粉氣流量，使粉流與焊槍內離子氣、保護氣形成能產生穩定非弧的等離子體環境，待非弧與粉流均穩定后，進行堆焊，得到Ni基合金焊層；其主要工藝參數如下：同步送粉器氬氣流量為12L/min，同步送粉器的送粉率為20g/min；焊槍噴嘴與待焊工件之間的距離為8mm，非弧電壓為DC18v，轉移弧電流為DC130A，鎢極直徑為4mm，離子氣氬氣流量為6L/min，保護氣氬氣流量為10L/min，焊槍行走速度為90mm/min；(5)將焊后工件進行二級回火熱處理，具體為：900℃一級回火2h，500℃二級回火2.5h。實施例2(1)將燒結態釹鐵硼磁體在除油液中浸泡8min除油(2)將除油后的磁體置于110℃恒溫干燥箱中預熱10min；(3)將粒徑為120um的銅基合金粉末放置于180℃下烘干1.2h，待冷卻至室溫后，將金屬合金粉體裝進焊機的同步送粉器；(4)將預熱后的磁體置于工作臺，點燃非弧后，開啟焊機的同步送粉器保證遠離轉移弧焰心但又不超出轉移弧產生的弧斑區域，調整輸送金屬合金粉體的送粉氣流量，使粉流與焊槍內離子氣、保護氣形成能產生穩定非弧的等離子體環境，待非弧與粉流均穩定后，進行堆焊，得到銅基合金焊層；其主要工藝參數如下：同步送粉器氬氣流量為：14L/min，同步送粉器的送粉率為25g/min，焊槍噴嘴與待焊工件之間的距離為10mm。非弧電壓為DC20v，轉移弧電流為DC140A，鎢極直徑為4mm，離子氣氬氣流量為7L/min，保護氣氬氣流量為10L/min，焊槍行走速度為90mm/min。(5)將焊后工件進行二級回火熱處理，900℃一級回火2h，480℃二級回火2h。實施例3(1)將燒結態釹鐵硼磁體于150℃下預熱12min；(2)將粒徑為150um的鈷基合金粉末置于200℃下烘干1.5h，待冷卻至室溫后，將其裝進焊機的同步送粉器；(3)將預熱后的磁體置于工作臺，點燃非弧后，開啟焊機的同步送粉器保證遠離轉移弧焰心但又不超出轉移弧產生的弧斑區域，調整輸送金屬合金粉體的送粉氣流量，使粉流與焊槍內離子氣、保護氣形成能產生穩定非弧的等離子體環境，待非弧與粉流均穩定后，進行堆焊，得到鈷基合金焊層；其主要工藝參數如下：同步送粉器氬氣流量為：10L/min，同步送粉器的送粉率為18g/min，焊槍噴嘴與待焊工件之間的距離為10mm。非弧電壓為DC18v，轉移弧電流為DC125A，鎢極直徑為4mm，離子氣氬氣流量為6L/min，保護氣氬氣流量為9L/min，焊槍行走速度為80mm/min。(4)將焊后工件進行二級回火熱處理，920℃一級回火2h，480℃二級回火2.5h。對比例1為對比研究，按如下步驟在燒結釹鐵硼表面制備傳統電鍍Ni樣品：(1)將燒結釹鐵硼磁體堿洗除油4min；(2)在3wt％的稀硝酸溶液中酸洗4min，酸洗后再超聲水洗至釹鐵硼磁體的表面呈銀白色；(3)在3wt％檸檬酸鈉中活化，活化后進行超聲水洗，最后電鍍。其中電沉積采用雙層鎳工藝，暗鎳鍍液溫度為45℃，鍍液pH值為4.8，電流密度為0.5A/dm2，沉積時間100min；光亮鎳鍍液溫度為50℃，鍍液PH值為4.3，電流密度為0.5A/dm2，沉積時間30min。對比例2為對比研究，按如下步驟在燒結釹鐵硼表面制備傳統電鍍Zn樣品：(1)將燒結釹鐵硼磁體堿洗除油4min；(2)在3wt％的稀硝酸溶液中酸洗3min，酸洗后于超聲水洗至釹鐵硼磁體的表面呈銀白色；(3)在3wt％檸檬酸鈉中活化，活化后進行超聲水洗，最后電鍍。電沉積采用氯化鉀鍍鋅工藝。鍍液成分為：氯化鉀180g/L，氯化鋅60g/L，硼酸25g/L。電鍍工藝參數為：PH值為5.0；溫度25℃，電流密度0.5A/dm2，沉積時間30min。對比例3直接選用未添加任何防護層的燒結釹鐵硼磁體作為對比例3。對上述實施例1-3和對比例1-3所制得的樣品進行耐腐蝕性能測試及膜基結合力大小測試，其中失重實驗條件為121℃，2atm，300h，中性鹽霧實驗條件為35℃，95％RH，5wt％NaCl，結合力大小由拉力測試法測得，樣品表面大小224mm2，位移速度為1mm/min。具體實驗測得數據如下表1所示。表1.耐腐蝕及結合力實驗測試數據樣品失重實驗mg/cm2中性鹽霧實驗h結合力MPa實施例10.0837256.24實施例20.2728448.12實施例30.06435941.37對比例15.6213621.15對比例24.257218.27對比例337.110.16/由表1可以明顯看出，采用本發明利用等離子弧堆焊技術進行燒結釹鐵硼表面防護可以明顯改善磁體涂層耐蝕性能；在高壓加速腐蝕環境中失重量較少，僅失重0.06-0.27mg/cm2，而燒結釹鐵硼磁體本身失重為37.11mg/cm2，對比例1、2中傳統電鍍工藝防護磁體失重達到4.25-5.62mg/cm2。并且，本發明制備的防護涂層與磁體之間的結合力高，是傳統電鍍鍍層的2-3倍。上述實施方案和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。當前第1頁1 2 3