绿色镀膜技术让钕铁硼磁体材料大放异彩
年终岁尾，从包头中科泰磁涂层科技有限责任公司（以下简称“中科泰磁”）传出消息，该公司的全自动磁控溅射镀膜设备的设计工作已经完成，设备正在外省定制中，预计2021年4月安装完成。“目前，我们的生产线是年处理100吨钕铁硼磁体材料，安装新设备之后，年处理300吨~400吨钕铁硼磁体材料，生产效率提升4~5倍,人员减少30%。”中科泰磁董事长张延杰说。
近年来，社会各界环保意识日益加强，发展适应稀土永磁材料防护的绿色镀膜技术关系到该产业未来能否健康发展。“研究电镀技术、工艺和装备，使其达到提高性能、降低排放是国内钕铁硼行业共同关心的问题。研究并应用物理气相沉积磁控溅射技术，旨在提高我国磁体防护技术及大型稀土永磁材料表面防护设备的装备制造能力。”中国科学院研究员、博士生导师夏原说。
钕铁硼材料表面防护亟待升级
众所周知，钕铁硼永磁材料具有高剩磁、高矫顽力、高磁能积等突出的磁性能，因此，钕铁硼永磁材料被广泛地应用于风电、电动汽车、节能电机、智能手机、智能制造装备（工业机器人）、航空航天等高新技术领域的核心器件，已成为高新技术、新兴产业、社会进步的重要物质基础之一，永磁材料产业也因此成为一个具有重要战略意义的行业。
相关统计数据显示，我国拥有丰富的稀土资源，特别是钕铁硼磁粉中的主要原料——金属钕已探明储量占世界储量的48%。在钕铁硼永磁体产品方面，我国也是世界第一生产大国，但值得注意的是，国内钕铁硼磁体相关技术指标与国外高性能钕铁硼永磁体产品还有一定差距。
“近年来，以烧结钕铁硼为代表的永磁材料在制备工艺和磁性能的提高方面有了长足的进步，一批企业由于新设备的引进消化已经在提高磁性能方面可以与日本住友、信越等企业看齐。” 包头市金蒙汇磁材料有限责任公司技术副总王强说，但是，由于钕铁硼的结构，其耐蚀性能较差，必须通过防护处理才能应用，国内超过95%的烧结钕铁硼产品采用电镀防护技术，而一般又有超过65%的钕铁硼磁体的电镀是通过“外协”形式加工的。
据夏原介绍，钕铁硼的组织和化学性能使得其在电镀处理工艺过程中与酸洗液、电镀液发生反应，在防护镀层还没有覆盖磁体工件时，磁体就已经遭到腐蚀，在磁体表层产生疏松、电解液残留、裂纹等缺陷。钕铁硼企业自身的电镀加工以及通过“外协”加工，环保和排放治理的压力日益增加，在管理水平和产品一致性也参差不齐。
张延杰坦言，未来动力电机磁体是钕铁硼重要的应用方向，采用电镀难以满足防护要求，这是因为电机频繁启动导致电镀镀层应力在交变温场作用下发生波动性变化，最终导致镀层剥离。
给钕铁硼材料披上绿色外衣
王强给记者讲述了一个事实：目前我国钕铁硼产业存在的主要问题是钕铁硼产品档次低和质量差，国外产品平均价格是国内产品的3~4倍，而提高钕铁硼的表面防护水平，满足各种应用环境的要求，是提高钕铁硼产品质量、性能，进而提高其档次的关键之一。
“由于钕铁硼的市场前景及重要地位，国外各生产商皆将钕铁硼的表面防护技术作为重要技术秘密，因此，要提高产品竞争力，占领国际市场，发挥稀土大国的资源优势，必须发展具有我国自主知识产权的钕铁硼防护技术。”夏原说。
据中科院副研究员、博士后李光介绍，物理气相沉积薄膜技术（PVD）如磁控溅射、离子镀、蒸发镀，是沉积薄膜很好的手段，均可获得防护性镀层。采用该技术在钕铁硼表面沉积金属薄膜，其稳定性和镀层/基体结合力、致密度高，在冷热交变环境下的防腐能力较强。已有研究表明，如果沉积过程溅射粒子能量足够高，可以提高磁体矫顽力。另外，在物理气相沉积施镀过程中，镀层厚度受磁体工件边角的影响远低于电镀和化学镀，且制备过程不存在污染问题。
“物理气相沉积磁控溅射技术，是将正交电场与磁场施加于阳极（基材）、阴极（重稀土靶材）之间，使氩气在电场、磁场之间被激发出高能氩离子，通过撞击重稀土靶材将氩离子以原子形式沉积到基材表面，从而实现处于激发态的高能重稀土靶材原子均匀牢固地附着于基材表面，有利于后续高真空重稀土原子热扩散过程。”张延杰说道，目前申请专利15项，其中授权发明专利1项，实用新型专利6项，申请并授权商标4项。
采用绿色无污染的物理气相沉积技术是未来钕铁硼防护的发展方向。现已建成我国第一个年产百吨级连续化绿色无污染物理气相沉积产业化示范生产线，产品不仅可以满足风电、电动汽车等新兴应用领域要求，采用物理气相沉积防护的高温钐钴永磁还可满足高技术领域的需求。对于推广绿色镀膜的产业化，实现我国稀土永磁材料产品质量的提升具有重要意义。
作者：李宝乐
来源：中国有色网
附件下载地址
所有文章仅限阅读，禁止转载或复制！
上一篇：破碎难采矿体诱导冒落高效开采技术