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钕铁硼永磁体由于具有磁性能优异、性价比较高、原材料资源丰富等优点,而广泛应用于各个工业领域。然而,由于钕铁硼的多相结构导致其耐腐蚀性差,限制了其更广泛的应用,提高钕铁硼的耐腐蚀性对其进一步的应用和发展具有重要意义。工业上常采用电镀进行防护,但电镀常会伴随环保问题且对钕铁硼磁体的磁性能有影响。
本文采用磁控溅射技术在烧结钕铁硼磁体表面沉积了单层和多层结构的薄膜,分别研究了两类薄膜的结构、形貌及其对烧结钕铁硼磁体的防护作用。
采用磁控溅射技术在烧结钕铁硼磁体表面沉积纯Ti膜,研究不同工艺条件下沉积的Ti膜的结构、形貌及其对钕铁硼磁体的腐蚀防护作用。所有Ti膜均为柱状晶结构,提高基体温度及对基体设置负偏压有利于提高Ti膜的致密度,从而提供钕铁硼磁体更好的腐蚀防护作用。另外,探讨了纯Ti膜对烧结钕铁硼磁体的腐蚀防护机制,发现纯Ti膜作为阴极性镀层以提供烧结NdFeB磁体腐蚀防护作用,通过将磁体与周围环境隔离开以达到防护目的,当腐蚀介质通过柱状晶结构Ti膜的柱状晶间通孔扩散到基体时,基体将作为阳极而被优先腐蚀,纯Ti膜对钕铁硼磁体的腐蚀保护失效。
为抑制薄膜的柱状晶结构生长,采用磁控溅射技术交替沉积结构相差较大的Ti膜和Al膜,相互打断柱状晶结构生长,制备得到Ti/Al多层膜。与单层膜相比,Ti/Al多层膜的表面更为平整,具有较少孔隙,且周期数越多,致密度提高。在中性溶液中,动电位极化曲线结果表明Ti/Al多层膜的自腐蚀电流密度比单层膜小,具有更好的耐腐蚀性,且随着多层膜周期数的增加,耐腐蚀性进一步提高;在中性溶液中长期腐蚀下,Ti/Al多层膜对烧结NdFeB磁体的腐蚀防护作用优于纯Ti膜,劣于纯Al膜。Ti层和Al层间的原电池腐蚀以及多层膜较大的应力是影响Ti/Al多层膜对烧结钕铁硼磁体的长期腐蚀防护作用的主要因素。
为避免金属层间的原电池腐蚀,采用磁控溅射技术沉积Si膜,非晶态的Si膜成功打断了Al膜的柱状晶生长,得到明显多层结构的Si/Al多层膜。多层结构使薄膜晶粒细化,但同时具有较多的柱状晶间孔隙,孔隙率的增大不利于Si/Al多层膜对烧结钕铁硼磁体的腐蚀防护。
薄膜的致密度和孔隙率大小在很大程度上决定了其对烧结钕铁硼磁体的腐蚀防护效果。对于多层结构薄膜,还需考虑层与层间的原电池腐蚀以及薄膜应力等因素的影响。