一種磁性材料表面高耐蝕及耐高溫高壓環(huán)境腐蝕的復(fù)合防護(hù)涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種磁性材料表面高耐蝕及耐高溫高壓環(huán)境腐蝕的復(fù)合防護(hù)涂層及 其制備方法，屬于磁性材料表面防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 自1983年釹鐵硼永磁體問世以來，就以其優(yōu)異的磁性能而受到廣泛的關(guān)注。目 前已在各類永磁材料中占主導(dǎo)地位，尤其在2000年以后，產(chǎn)量迅速增長，年增長速率高達(dá) 26. 2%。由于燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的多相結(jié)構(gòu)使得釹鐵硼磁體極易腐蝕，極大的限制了燒 結(jié)釹鐵硼磁體的使用環(huán)境及應(yīng)用領(lǐng)域。為了提高釹鐵硼磁體的耐蝕性，通常采用調(diào)節(jié)磁體 的合金成分或者對(duì)磁體進(jìn)行涂層防護(hù)，前者通常以犧牲磁體磁性能為代價(jià)，且效果不明顯， 因此，表面添加防護(hù)涂層的方法成為了當(dāng)前釹鐵硼行業(yè)提高磁體耐蝕性能的主要手段。
[0003] 傳統(tǒng)鋅-鋁涂層是由片狀鋅、鋁粉以及粘接劑組成，其主要從以下幾個(gè)方面對(duì)基 體進(jìn)行表面防護(hù)：
[0004] (1)屏蔽：由于涂層是由大量的片狀鋅鋁片層疊而成，構(gòu)成了有效的阻擋層，延長 了腐蝕介質(zhì)的腐蝕通道。
[0005] (2)電化學(xué)保護(hù)：鋅、錯(cuò)對(duì)一般基體來說都是陽極性的，因而會(huì)對(duì)基體產(chǎn)生陽極保 護(hù)作用。
[0006] (3)鈍化：粘接劑中包含了氧化物和硅化物，多層鈍化使其被擊穿的難度和抗蝕 的持久性大為增加，它們都是腐蝕的緩蝕劑，會(huì)降低基體和鋅、鋁的腐蝕速率。
[0007] (4)自修復(fù)作用：當(dāng)鍍層遭到破壞暴露到腐蝕環(huán)境中，鋅和基體之間的原電池腐 蝕加速了鋅的腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物填滿了破壞空間，并與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，生成不溶的 碳酸鋅，又恢復(fù)了"阻擋"功能。
[0008] 傳統(tǒng)鋅-鋁涂層耐鹽霧腐蝕能力較強(qiáng)，但該涂層耐高溫高壓老化腐蝕試驗(yàn)（PCT實(shí) 驗(yàn)）能力只有50~90小時(shí)，這是因?yàn)殇\-鋁涂層本身是由片狀鋅、鋁粉以及有機(jī)粘接劑組 成，由于各成分之間的熱膨脹系數(shù)差異很大，在高溫老化腐蝕環(huán)境中，容易造成涂層粉化破 碎，最終導(dǎo)致涂層失效。在汽車油路等高溫高壓環(huán)境中，該涂層遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足使用性能的要 求。因此，開發(fā)高耐蝕同時(shí)耐高溫高壓環(huán)境腐蝕的新型涂鍍層成為磁性材料表面防護(hù)的技 術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種磁性材料表面高耐蝕及耐高溫高 壓環(huán)境腐蝕的復(fù)合防護(hù)涂層及其制備方法，改進(jìn)傳統(tǒng)的鋅-鋁涂層制備工藝，在保證涂層 耐鹽霧腐蝕能力的同時(shí)提高磁性材料表面防護(hù)涂層耐PCT試驗(yàn)的性能。
[0010] 為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：
[0011] -種磁性材料表面高耐蝕及耐高溫高壓環(huán)境腐蝕的復(fù)合防護(hù)涂層，包括：覆蓋在 磁性材料表面的噴涂鋅-鋁涂層，和覆蓋在所述噴涂鋅-鋁涂層外表面的物理氣相沉積鋁 膜層；
[0012] 所述噴涂鋅-鋁涂層由鋅-鋁凃液噴涂烘干而成，所述鋅-鋁凃液由片狀鋅粉、片 狀鋁粉、以及包含氧化物和硅化物的粘接劑組成；
[0013] 所述物理氣相沉積鋁膜層由物理氣相沉積方式制備（包括磁控濺射、離子濺射或 真空蒸鍍等方式）而成。
[0014] 作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述噴涂鋅-鋁涂層和所述物理氣相沉積鋁膜層依次 交替覆蓋在磁性材料表面。
[0015] 所述"依次交替覆蓋"是指：在磁性材料表面先覆蓋一層第一噴涂鋅-鋁涂層，再 在所述第一噴涂鋅-鋁涂層外覆蓋一層第一物理氣相沉積鋁膜層，再在所述第一物理氣相 沉積鋁膜層外再覆蓋一層第二噴涂鋅-鋁涂層，再在所述第二噴涂鋅-鋁涂層外表面覆蓋 一層第二物理氣相沉積鋁膜層，以此類推，直至覆蓋第N噴涂鋅-鋁涂層和第N物理氣相沉 積鋁膜層，N為2以上的自然數(shù)。
[0016] 上述的磁性材料表面高耐蝕及耐高溫高壓環(huán)境腐蝕的復(fù)合防護(hù)涂層的制備方法， 包括以下步驟：
[0017] 步驟一、對(duì)磁性材料表面進(jìn)行前處理（包括噴砂、拋光或酸洗等前處理方式）以去 除表面氧化層；
[0018] 具體地，所述步驟一可以為：將磁性材料在質(zhì)量濃度為3~5%的硝酸溶液中常溫 下清洗5~40秒以去除表面氧化層，將酸洗后產(chǎn)品進(jìn)行一級(jí)水洗0. 5~2分鐘，隨后進(jìn)行 二級(jí)水洗0. 5~2分鐘，二級(jí)水洗后的磁性材料在去離子水中超聲清洗3~6分鐘；將清洗 后的樣品在烘箱中以60~KKTC的溫度烘烤10~15分鐘，然后自然冷卻至常溫；或者將 磁性材料在噴砂機(jī)中進(jìn)行噴砂處理，以去除表面氧化層，噴砂材料可為玻璃珠，超聲波水洗 后冷風(fēng)吹干；或者采用砂紙打磨的方式對(duì)磁性材料進(jìn)行拋光處理，以去除表面氧化層，超聲 清洗后冷風(fēng)吹干。
[0019] 步驟二、將由片狀鋅粉、片狀鋁粉、以及包含氧化物和硅化物的粘接劑組成的 鋅-鋁涂液噴涂到經(jīng)過步驟一處理過的磁性材料表面，然后烘干使噴涂鋅-鋁涂層固化；
[0020] 具體地，所述步驟二可以為：在25~38°C下，將由片狀鋅粉、片狀鋁粉（二者片徑 0. 2-0. 5μm、粒徑18-30μm，可由河北興克粉體材料科技有限公司購買）、以及包含氧化物 和硅化物的粘接劑組成的鋅-鋁涂液置于噴壺中，利用噴槍對(duì)經(jīng)過步驟一處理過的磁性材 料表面進(jìn)行鋅-鋁涂層噴涂，將噴涂后的樣品在烘箱中以120~135°C的溫度預(yù)烘10分鐘， 隨后在260~300°C烘箱中固化40~50分鐘，取出樣品并冷卻至常溫。
[0021] 步驟三、通過物理氣相沉積設(shè)備在步驟二制備的噴涂鋅-鋁涂層外表面形成物理 氣相沉積以形成鋁膜層；
[0022] 具體地，所述步驟三可以為：選用ES500型磁控濺射真空鍍膜機(jī)中的真空蒸鍍 方式，在噴涂鋅-鋁涂層外表面進(jìn)行真空蒸鍍以形成物理氣相沉積鋁膜層，蒸鍍電流為 2400~3200A，鋁絲輸送速度為200-350mmpm，蒸鍍時(shí)間為15~30分鐘。或者采用該設(shè)備 中的磁控濺射方式，在噴涂鋅-鋁涂層外表面進(jìn)行磁控濺射A1薄膜工藝以形成物理氣相沉 積鋁膜層，偏壓范圍可為100~180V，磁控電流為8-15A，時(shí)間2-6h。
[0023] 所述ES500型磁控濺射真空鍍膜機(jī)可以采購自美國加利福尼亞州的德儀科技有 限公司。
[0024] 進(jìn)一步優(yōu)選地，在上述制備方法中，所述步驟二和所述步驟三依次交替重復(fù)操作 兩次以上。即依次進(jìn)行步驟一、步驟二、步驟三、步驟二、步驟三等等，以此類推，以使所述噴 涂鋅-鋁涂層和所述物理氣相沉積鋁膜層依次交替覆蓋在磁性材料表面。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的實(shí)施效果如下：
[0026] 本發(fā)明的磁性材料表面高耐蝕及耐高溫高壓環(huán)境腐蝕的復(fù)合防護(hù)涂層及其制備 方法，通過在噴涂鋅-鋁涂層表面物理氣相沉積的方式制備一層鋁膜層，能夠顯著地提高 磁性材料表面防護(hù)層的耐高溫高壓環(huán)境腐蝕（PCT)試驗(yàn)的能力。采用物理氣相沉積鋁膜層 與噴涂鋅-鋁涂層復(fù)合的原因在于噴涂鋅-鋁涂層中的鱗片狀鋅、鋁粉末和鋁膜層之間的 平衡電化學(xué)電位相近（即電負(fù)性相近），溶液滲入后涂層之間的電化學(xué)腐蝕電流非常小，可 以忽略不計(jì)，因此噴涂鋅-鋁涂層和物理氣相沉積鋁膜層之間的結(jié)合穩(wěn)定性好。且鋁薄膜 在高溫高壓腐蝕環(huán)境中容易氧化產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物堵塞其自身柱狀晶結(jié)構(gòu)中的孔洞，從而抑制 和延緩腐蝕環(huán)境對(duì)復(fù)合涂層的腐蝕。因此物理氣相沉積鋁膜層的耐PCT能力非常強(qiáng)。由于 腐蝕溶液接觸不到物理氣相沉積鋁膜層之下的鋅鋁涂層，因此，在高溫高壓環(huán)境下，鋁膜層 可對(duì)其下方的鋅鋁涂層起到保護(hù)作用。從而使復(fù)合涂層的耐高溫高壓環(huán)境腐蝕能力顯著提 高。且由于鋁的氧化膜與鋁薄膜本身的顏色相近，因此，鋁薄膜在PCT實(shí)驗(yàn)過程中的外觀變 化極小，此特點(diǎn)極大改善了傳統(tǒng)鋅、鎳銅鎳，鎳鍍層在PCT實(shí)驗(yàn)過程中變色的問題。此亦是 選擇物理氣相沉積鋁薄膜與鋅鋁涂層復(fù)合的一個(gè)原因。
[0027] 此外，本發(fā)明通過試驗(yàn)獲知噴涂鋅-鋁涂層具有較優(yōu)的耐鹽霧試驗(yàn)?zāi)芰Γ锢?氣相沉積鋁膜層具有較優(yōu)的耐PCT試驗(yàn)?zāi)芰Γ虼嗽诖判圆牧系谋砻娼惶娓采w噴涂鋅-鋁 涂層和物理氣相沉積鋁膜層，通過鋅鋁涂層來保證復(fù)合鍍層的高耐蝕性與物理氣相沉積鋁 薄膜來保證復(fù)合涂層的耐高溫高壓腐蝕能力，可以實(shí)現(xiàn)磁性材料表面防護(hù)涂層耐鹽霧試驗(yàn) 能力和耐PCT試驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合提升。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面將結(jié)合具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明的內(nèi)容。
[0029] 具體實(shí)施例1~3
[0030] 本實(shí)施例磁性材料表面高耐蝕及耐高溫高壓環(huán)境腐蝕的復(fù)合防護(hù)涂層的制備方 法，包括以下步驟：
[0031] 步驟一、工件的前處理：
[0032] 米用規(guī)格為25暈米X7暈米X5暈米的條狀燒結(jié)釹鐵硼磁體（由安徽大地熊新 材料股份有限公司提供），樣品在3~5%的ΗΝ03溶液中常溫下清洗20秒以去除磁體表面 氧化層，將酸洗后產(chǎn)品進(jìn)行一級(jí)水洗60秒，隨后進(jìn)行二級(jí)水洗60秒，二級(jí)水洗后的工件在 去離子水中超聲清洗5分鐘；將清洗后的樣品在烘箱中（80°C)烘烤12分鐘，然后自然冷