PVD NdFeB永久磁石材料の真空コーティング

- Nov 08, 2018-

PVD NdFeB永久磁石材料の真空コーティング


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NdFeBは、1980年代に開発された希土類永久磁石材料であり、小型で軽量であり、優れた磁気特性を有する。 それは広く電子情報、冶金、通信産業、医学および他の分野で使用されています。 現代の科学技術と情報産業は、新しいエネルギー、省エネルギー、環境保護産業などの軽量でインテリジェントな方向性が統合されている周波数変換空調コンプレッサーのような希土類永久磁石材料の性能のためのより高い需要は、産業用省エネルギーおよび新エネルギー自動車用電磁鋼は、高い保磁力、高い磁気エネルギー製品、高いコンシステンシー、高い耐食性および他の特性を有していなければならないが、これは従来の磁性鋼製造産業にとって大きな課題である時間、ndfeb永久磁石材料の耐食性はより高い要求を前に置いた。

 

現在、NbFeB永久磁石材料の耐食性を向上させる方法として、合金元素の添加や保護膜の追加がありますが、主な方法は保護膜(金属膜、有機膜、複合膜)を追加する方法です。 保護コーティングは、腐食相と基体との間の接触を防止して、磁石の腐食を遅らせることができる。 電気メッキ、電気メッキ、物理蒸着など電気メッキ保護技術は、低い技術的閾値、成熟プロセスおよび低価格のためにNdFeB永久磁石材料の保護に広く適用されている。 NdFeB永久磁石は、焼結粉末冶金工業、多孔質表面から、電気メッキまたは無電解メッキのプロセスで、酸性またはアルカリ電解質水溶液は必然的にNdFeBマトリックス孔に残って、真剣に保護コーティングの品質に影響を及ぼすNdFeBマトリックス予想される耐用年数に達することがなく、電気メッキおよび化学メッキ排水の排出。

 

また、環境を汚染します。 そのため、近年、国内外の研究者が表面保護技術研究、環境親和的技術としての物理蒸着(PVD)技術をめっきする代わりに開発を進めており、他の多くの技術にはない特徴があり、プロセスパラメータを制御することにより、小さな、均一な厚さ、フィルム接着優れためっきの粒子になることができます。 同時に、PVDは乾式めっき技術であり、めっき中の酸性またはアルカリ性の電解質溶液残留物やめっき時の水素吸収による脆いコーティングの欠陥を避けることができます。 しかし、Nd-FeB PVDの表面処理は、量産コストやいくつかの要因によって制限される。

 

本稿では、国内外のNdFeB永久磁石材料に適用されている各種PVD技術の概要を述べ、その基本原理、特性、研究状況について述べる。 NdFeB永久磁石材料に適用された物理的ガス堆積の関連する前処理および後処理プロセスも要約され、対応する分析が関連作業者の参照を提供するために行われた。

 

1.PVD保護技術

 

NdFeB永久磁石材料は、一般に、特定の温度および媒体条件下で動作し、長期的にはその外部サイズおよび磁気性能の完全性を維持することが要求される。 NdFeB材料が腐食すると、部分的表面積が組成および構造の損傷を引き起こし、磁気特性が低下し、その実用性に影響を及ぼす。 PVD技術は、NdFeB表面上に保護コーティングを堆積させることによって、この問題を効果的に解決することができる。 PVD技術によって製造されたコーティングは、良好な安定性、高い結合力および高い密度を有する。 さらに、PVDめっきの間に、磁気ワークピースの側面角度によって影響されるコーティングの厚さは、電気メッキおよび無電解メッキのそれよりもずっと低く、調製プロセスにおいて汚染はない。 さらに、PVD技術は、有望なNdFeB表面保護技術である広範囲のコーティングタイプ(Al、Ti / Al、Al / Al 2 O 3、TiNなど)を得ることができる。 現在、国内外のNdFeB永久磁石材料の表面処理に一般に使用されているPVD技術は、主に蒸発、マグネトロンスパッタリング、イオンプレーティングを含みます。 以下は、国内外の基本理念と研究状況から3つの技術の概要を示したものです。

 

1.1蒸発メッキ

 

蒸着のプロセスは、真空チャンバー内にワークピースを置き、それをある特定の方法で加熱することである。 この技術は装置が簡単でプロセスの制御が容易であるという利点があるが、一般的な熱蒸発によって得られる膜層は比較的粗く、接着力が弱く、厚い柱状結晶構造を形成しやすく、腐食液は容易にフィルム層を通過してNdFeB基材を腐食させる。 現在、表面保護処理のためのNdFeB永久磁石材料の蒸発メッキ技術は、海外ではあまり報告されていませんが、アルミニウム膜技術のイオン補助蒸着(Ion vapor deposition、IVD)の蒸発がわずかです。 IVD技術は、蒸発源の上のワークピースに負のバイアス圧力を加え、ワークピースの周囲にグロー放電を発生させることを指します。 蒸発コーティングプロセスでは、蒸発した金属蒸気原子がグロー領域を通過すると、ある金属原子が金属イオンにイオン化され、加速された金属イオンまたは原子がワークピース表面に移動して膜を形成する。 この手法で作製した金属コーティングは、密度が高く、基板との結合度が高く、蒸着速度が速いなどの長所があるため、NdFeB永久磁石材料の腐食防止にも適用できる。

 

1.2マグネトロンスパッタリング技術

 

マグネトロンスパッタリング技術は、ターゲット原子をグロー放電スパッタリングすることによって生成されたアルゴンイオンの後に、ワークピース上に膜を堆積させる技術である。 マグネトロンスパッタリングコーティングは、低い堆積温度、均一で制御可能な膜組成、基板の表面仕上げの変化がなく、基板への良好な接着を特徴とする。 NdFeB永久磁石材料の表面保護に適用することができます。

 

MaoSD et al。 dcマグネトロンスパッタリング技術を用いてNdFeB上にAl膜を堆積させて、柱状結晶構造を有するAl膜を得た。 図1(a)。 結果は、マグネトロンスパッタリングアルミニウムメッキが磁石の耐食性を改善することを示している。 アルミニウム被覆柱状結晶間の微細孔が膜を貫通するので、Al保護被覆を有する材料が腐食すると、腐食溶液はこれらの孔を通ってマトリックスに到達する。 MaoSDを用い、図1(b)に示すように、NdFeBの表面にAl膜を作製するイオンビームアシストマグネトロンスパッタリング(Ion-beam assisted deposition、IBAD)法を採用すると、柱状結晶構造、膜層はより均一で緻密であり、結果は、240時間中性塩霧試験後、純粋なAlマグネトロンスパッタリングフィルム表面が赤錆の大きな領域に見えるが、Al膜の調製量がわずかであることを示す。その耐腐食性能は明らかに改善されているが、これは主にIBAD-Al膜層によるものであり、酸化膜はより多くのものを有する。 MaoSD et al。 プラズマアシストマグネトロンスパッタリングによりAl / Al 2 O 3多層膜を作製した。

 

Li jinlong et al。 dcマグネトロンスパッタリング技術を用いてNdFeBの表面上にAlN / Al多層膜を堆積させた。 この研究では、NdFeBの表面に堆積したAlN / Al膜は、窒素アルゴン分圧が1:1である場合、より高密度であり、最も良好な耐食性を有することが示された。 AlN / Al多層膜の塩噴霧耐食性は、NbFeBの磁気エネルギーを破壊しないだけでなく、磁気エネルギーをわずかに増加させた単層Al膜の塩噴霧腐食耐性よりも著しく良好であった。 Ti / Al多層膜は単一のAl膜よりも表面が緻密であり、Ti層はAlの柱状結晶構造の成長を妨げることが示されている層。 その自己腐食電流は、純粋なAl薄膜よりも約2桁小さく、耐食性と破壊強度がより高い。

 

1.3イオンプレーティング

 

イオンプレーティング技術は、膜材料の不活性ガスグロー放電蒸気イオン化および基底ボンバードメントおよびコーティングの中心に、真空蒸着メッキおよびプラズマ活性化に基づいている。 真空蒸着およびスパッタリングの利点に加えて、イオンプレーティング技術は、グロー放電、プラズマ技術および真空蒸着コーティング技術を組み合わせている。 その上、それはまた、急速堆積、フィルム層の強い接着、良好な回折および広範囲のコーティング材料の利点を有する。

 

日本では、SPM(表面磁性体)、IPM(内部磁石)モーター、電気自動車のNdFeB材にイオンアルミニウムめっき技術が広く用いられています。1990年代には、NdFeB表面のAlめっきのイオンプレーティングによる製造が報告されました8.5ミクロンの厚さのアルミニウムめっき膜のような永久磁石材料にイオンプレーティング技術を頻繁に使用するXie Faは、保磁力、残留磁化および最大磁気エネルギー積がそれぞれ21.8%および2.1%だけ変化し、永久磁石材料間の膜層およびマトリックスは良好な結合強度を有するが、これは磁石および原子の表面上での高エネルギーイオン衝突によるものであり、ある程度のイオン注入を引き起こした;塩霧試験は塩水霧耐性8.5μm層でめっきされた永久磁石材料の時間は168時間に達した.AAliら 陰極アークイオンプレーティング技術を用いてNdFeB上にTiNセラミックコーティングを作製し、磁石自体の磁気特性に影響を与えずにNdFeBの耐食性を改善することができる。 アークイオンプレーティング法によりNdFeB磁石表面にZrN / TiN皮膜を作製した。 断面形態は、被覆が明らかに多層構造で比較的コンパクトであり、被覆と基質との間の結合力の向上に資する被覆と基質との間に明らかな遷移層が存在することを示した。その結果、ZrN / TiNコーティングは、NdFeB磁石の腐食速度を2桁低下させるだけでなく、磁石の耐摩耗性を改善することができることを示している。また、口腔科学の分野では、NdFeB永久磁石材料が、保磁力が高く、残留磁束密度が高く、磁気エネルギー蓄積が大きいため、歯科矯正治療には適していますが、耐食性に乏しく、経口環境下で長期間使用することができず、その適用が制限されています。NdFeBイオンプレーティングによる永久磁石材料は、口腔環境におけるNdFeB永久磁石材料の耐食性を改善することができる。

 

2.前処理工程

 

NdFeBは、永久磁石材料の表面に多数のルーズポアを有し、これは機械加工などの早期加工技術ならびに表面の残留油、埃および他の物質の影響を受け、PVD表面処理が困難になる。 従来のPVD前処理技術は、NdFeB表面洗浄には完全には適していない。 これは、金属清浄剤などの電解液水溶液を用いて磁性表面の汚れを清浄にする過程で、これらの処理液が細孔内に残留すると、被覆層の密着性が悪くなり、皮膜が剥がれやすくなるからである。 さらに、nd-feb永久磁石材料の粒界は、Nd相が豊富である。 前の処理プロセスが適切でない場合、結晶間の腐食も発生し、磁石の耐用年数を著しく短くする。 したがって、前処理プロセスは、コーティングの接着性および耐腐食性を改善するための鍵である。

 

現在、NdFeB永久磁石材料のプレプレート処理に関する研究はより頻繁であり、その大部分は電気メッキおよび化学メッキである。 これは、NdFeB PVDの表面処理が初期段階にあり、関連するPVD前処理技術もあまり研究されていないためであると著者は考えている。 しかし、電気メッキおよび無電解メッキのための多くの前処理プロセスが存在する。 Nd-FeBPVDの前処理において、電気めっきおよび無電解めっきのためのいくつかの良好な前処理プロセスを参照に使用することができる。 NdFeB永久磁石材料のプレプレーティングの一般的なプロセスには、研磨、研磨、油除去、さび除去、穴シーリング、活性化などが含まれる。

 

サンドペーパー研削および研磨処理は、従来のプレプレート処理法であり、小バッチ形状規則を有するNdFeB材料の処理に適し、バルクNdFeB材料の前処理には適していない。 穴あけ加工は、穴あけ加工剤を被加工物の微小孔に浸漬して固化させる方法である。 封止孔は、油や錆の除去過程においてNdFeB材の細孔内に酸やアルカリが浸入することを効果的に防止し、磁石による内外の腐食を防止することができる。 現在、ホール封止の主な方法は、(1)ステアリン酸亜鉛を浸漬し、ステアリン酸亜鉛を溶融状態まで加熱した後、試料を入れ、20分後に取り出して冷却し、磁性細孔内の穴を凝固させる; (2)気孔を沸騰水で密封する場合、NdFeB試料を沸騰脱イオン水に入れ、3〜5分間沸騰させる。 水は、毛細管作用を介して磁石の内部細孔に吸い込まれる。 (3)サンプルを細孔シーリング剤に浸漬し、10-15分間真空ケトルに入れる。 取り出した後、試料をある温度で洗浄し、硬化媒体中で固化させる。 Wang xin et al。 密封孔がフィルム基材の接着性及び磁石の耐食性を著しく改善できることを見出した。 Xiao xiangding et al。 有機浸透急冷凝固剤と無機水ガラス細孔シーリング剤との磁気シール効果が磁石の耐食性に及ぼす影響を実験的に比較し、急速凝固有機含浸剤が適切なNdFeB細孔シーリング剤であることを確認した。 NdFeB磁石は、溶液残渣を減らすために封止処理後に乾燥させなければならない。 封止孔を乾燥させた後、PVD保護膜をNdFeBに塗布した。 この方法は有効です。

 

NdFeB永久磁石材料は、油および錆除去の過程において、高度に酸性またはアルカリ性の洗浄剤による腐食を避けるべきである。 Zhou qi et al。 Cl-およびNdFeB永久磁石材料のネオジムが強く反応し、酸洗いおよび錆除去の際に塩酸が禁忌であることが示された。 同時に、除錆と油除去の溶液には、ネオジムの酸化とマトリックスの過食を防ぐために、錯化能を有する物質と腐食防止剤が加えられています。 Rao hou et al。 NdFeBニッケルめっきの前に異なる油除去技術を研究した結果、Na 3 PO 4およびNa 2 CO 3溶液が最初に化学的油除去のために使用され、次いで電気的油除去が最も効果的であり、金属洗浄剤が最も有効でないことが示された。 NdFeBのNdは非常に活性な金属である。 陽極油除去を行うと、基板表面が酸化されて溶解しやすくなり、過度の腐食が発生する。 従って、脱油工程においては、脱着用の陰極を用いる方が良い。 JingChen et al。 NdFeB上に電着されたAl-Mn被膜の場合、陽極電解エッチングを用いて磁性表面上の酸化膜を除去した。 この方法は、磁性表面上の酸化膜を効果的に除去することができるだけでなく、コーティングと基板との結合力を大きく改善する。 さらに、超音波補助洗浄は、めっきする前にNdFeBの処理に良い影響を与えます。 Li xiaodongは磁性材料のクリーニングプロセスを研究し、高周波および低周波超音波洗浄の組み合わせが洗浄ワークピースの清浄度を大幅に改善できると信じていました。

 

ドライサンドブラストは、作業面の腐食腐食生成物や酸化スケールを除去する有効な方法です。 高効率、高機械的な程度と良好な錆除去品質、それはNdFeBと他の粉末冶金材料の表面の錆の除去に適しています。 サンドブラスト処理後のマトリックスの表面粗さは、フィルムとマトリックスとの結合力を向上させることができる。 Han wensheng et al。 NdFeB表面上の異なるプレプレートプロセスを研究し、ベーキングオイル除去およびドライサンドブラストによる伝統的なアルカリ油除去および酸洗い錆除去に取って代わりました。 この研究は、無水メッキ前のこの前処理が、コーティングと基体との間の接着を改善し、結晶質の微細で滑らかで緻密なコーティングを得ることができることを示した。 NdFeB永久磁石材料が活性希土類ネオジムを含む結果として、大気中に砂がすぐに酸化膜の層を形成した後、酸化処理膜をさらに乾燥させた後に、酸化膜の層を除去しないとPVDコーティングがNdFeBの表面上の酸化物を除去するために炉内で高エネルギーイオン衝撃法を採用することができると著者は考えている。

 

3.後処理技術

 

PVDを保護コーティングでコーティングした後、効果的な後処理プロセスにより、コーティングの耐腐食性をさらに向上させることができ、高温および強力な腐食性を有する厳しい環境下でNdFeB永久磁石材料の使用要件を満たし、 一般的なメッキ後処理には、ショットピーニング、真空熱処理、化学変換などが含まれる。

 

Tang zhihui et al。 イオンアルミコーティングの微細形態および耐食性に及ぼすショットピーニングの効果を研究した。 Sun bao-yu et al。 dcマグネトロンスパッタリング技術を用いて、NdFeB磁石の表面にアルミニウムめっきを施した後、Alの磁性体を真空熱処理する。 結果は、650 、熱処理後10分後 のNdFeB永久磁石材料のAlめっき膜 、冶金学的結合界面におけるAl薄膜層およびNdFeB基板、膜接着性の改善、さらにコーティングの完全性を維持することを示すNdFeB永久磁石材料の耐食性を改善する。 Sun bao-yu et al。 焼結したNdFeB磁石の表面にDyAl合金膜を作製し、真空拡散浸透と時効処理を行い、DyとAl元素が表面基材中に拡散し、磁石の固有保磁力がHcj増加し、耐熱性、耐食性に優れています。 Xie fazhenら NdFeB永久磁石材料にアルミニウムめっきを施し、マグネットの耐塩腐食性を一度向上させるクロメート化処理を施しています。

 

4.注釈

 

NdFeB系永久磁石材料の耐食性の向上は系統的なプロジェクトであり、プレメッキプロセス、メッキプロセス、ポストメッキプロセスなどのいくつかの側面から総合的に検討する必要があります。 PVDはNdFeBの有望な表面保護技術であるが、以下の点でさらなる改善が必要である。

 

(1)単一の膜層を採用することは、NdFeB永久磁石材料の耐腐食性の問題に対する優れた解決策ではなく、多層膜を得るために複合技術複合材の製造方法を開発すべきである。 NdFeBマトリックスの磁気エネルギーは、NdFeB永久磁石材料の耐腐食性を改善する多層膜によって損傷されないことに注目することが重要である。

(2)磁気保護はNdFeBワークピースのすべての表面に等しいメッキを必要とするため、NdFeBマグネットの3次元回転は、膜品質の一貫性を保証するためにPVDの準備において解決されるべきである。

(3)PVDを用いて保護皮膜を作製する場合、異なる形状のNdFeB製品に対して異なるバレル構造が設計され、炉の数をできるだけ増やすことができ、PVD技術の大量生産のコストを削減することができ、環境と資源に重い既存の電気メッキ技術と化学メッキ技術を置き換えるために、市場競争力を改善しています。

(4)PVD技術の大規模生産に適したより多くの前処理および後処理プロセスが、磁性材料の完全性を保証することに基づいて保護コーティングの耐食性を十分に発揮するように開発されている。