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La necesidad de protección superficial de los imanes de NdFeB
Los imanes de NdFeB sinterizados se han utilizado ampliamente por sus notables propiedades magnéticas. Sin embargo, la baja resistencia a la corrosión de los imanes dificulta su uso posterior en aplicaciones comerciales, y los recubrimientos de superficie son necesarios. Los recubrimientos ampliamente utilizados actualmente incluyen recubrimientos de galvanoplastia basados en Ni, recubrimientos de galvanoplastia basados en Zn, así como recubrimientos electroforéticos o de epoxi en aerosol. Pero con el progreso continuo de la tecnología, los requisitos para los recubrimientos de NdFeB también están aumentando, y las capas de galvanoplastia convencionales a veces no pueden cumplir con los requisitos. El recubrimiento a base de Al depositado mediante tecnología de deposición física de vapor (PVD) tiene excelentes características.
Características del recubrimiento de aluminio sobre imanes de NdFeB mediante técnicas PVD
| Electroplating | Sputtering |
| 1.Electric field controls ion movement | 1.Mechanism of ion bombardment and collision momentum transfer |
| 2.Low atomic energy (<0.1eV) | 2.High sputtering atomic energy (1-10eV) |
| 3.High deposition rate (5-8 μm/h) | 3.Slightly low depositionrate (3-5 μm/h) |
| 4.Irregular shapes canbe deposited | 4.Sputtered atoms have directional motion |
| 5.Limited selection of coating components | 5.Candeposit almost all material |
| 6.Environmental risk | 6.Environmentally friendly |
Tabla 1. Comparación de características entre los métodos de galvanoplastia y pulverización catódica.
La pulverización catódica consiste en el uso de partículas de alta energía para bombardear una superficie sólida, lo que provoca que los átomos y moléculas de la superficie intercambien energía cinética con estas partículas, proyectándose desde ella. Fue descubierta por Grove en 1852. Según su desarrollo, se han descrito pulverizaciones catódicas secundarias, terciarias, etc. Sin embargo, debido a su baja eficiencia y otras razones, no se generalizó su uso hasta 1974, cuando Chapin inventó la pulverización catódica con magnetrón balanceado, lo que hizo realidad la pulverización catódica de alta velocidad y baja temperatura, y permitió un rápido desarrollo de la tecnología de pulverización catódica con magnetrón. La pulverización catódica con magnetrón es un método que introduce campos electromagnéticos durante el proceso para aumentar la tasa de ionización entre un 5 % y un 6 %. El diagrama esquemático de la pulverización catódica con magnetrón balanceado se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Diagrama del principio de la pulverización catódica con magnetrón balanceado
Debido a su excelente resistencia a la corrosión, Boeing ha utilizado el recubrimiento de Al depositado por deposición iónica en fase de vapor (IVD) como sustituto del Cd en galvanoplastia. Su uso para el NdFeB sinterizado presenta las siguientes ventajas:
1. Alta adherencia.
La adherencia del Al y el NdFeB es generalmente ≥ 25 MPa, mientras que la del Ni y el NdFeB galvanizados convencionales es de aproximadamente 8-12 MPa, y la del Zn y el NdFeB galvanizados es de aproximadamente 6-10 MPa. Esta característica hace que el Al/NdFeB sea adecuado para cualquier aplicación que requiera una alta adherencia. Como se muestra en la Figura 2, tras 10 ciclos de impacto alternados entre (-196 °C) y (200 °C), la adherencia del recubrimiento de Al se mantiene excelente.
Figure 2 photo
2. Sumerja el pegamento.
El recubrimiento de Al es hidrofílico y el ángulo de contacto del pegamento es pequeño, sin riesgo de desprendimiento. La Figura 3 muestra el líquido con una tensión superficial de 38 mN. El líquido de prueba se extiende completamente sobre la superficie del recubrimiento de Al.
Figura 3. Prueba de tensión superficial de 38 mN
3. La permeabilidad magnética del Al es muy baja (permeabilidad relativa: 1,00) y no causa apantallamiento de las propiedades magnéticas.
Esto es particularmente importante en la aplicación de imanes de pequeño volumen en el campo 3C. El rendimiento superficial es fundamental. Como se muestra en la Figura 4, para la columna de muestra D10 * 10, la influencia del recubrimiento de Al en las propiedades magnéticas es mínima.
Figura 4. Cambios en las propiedades magnéticas del NdFeB sinterizado tras la deposición de un recubrimiento de Al mediante PVD y la galvanoplastia de un recubrimiento de NiCuNi sobre la superficie.
5. El proceso de deposición mediante PVD es totalmente ecológico y no presenta problemas de contaminación ambiental.
Según las necesidades prácticas, la tecnología PVD también permite depositar multicapas, como las multicapas de Al/Al₂O₃ con excelente resistencia a la corrosión y los recubrimientos de Al/AlN con excelentes propiedades mecánicas. Como se muestra en la Figura 5, la estructura de la sección transversal del recubrimiento multicapa de Al/Al₂O₃.
Figure 5 Cross section of Al/Al2O3 multilyaers
Avances en la industrialización de la tecnología de recubrimiento PVD de Al con neodimio, hierro y boro
Actualmente, los principales problemas que limitan la industrialización de los recubrimientos de Al sobre NdFeB son:
(1) Los seis lados del imán se depositan uniformemente. El requisito para la protección del imán es depositar un recubrimiento equivalente en su superficie exterior, lo que requiere resolver la rotación tridimensional del imán durante el procesamiento por lotes para garantizar la consistencia de la calidad del recubrimiento;
(2) Proceso de decapado del recubrimiento de Al. En la producción industrial a gran escala, es inevitable la aparición de productos defectuosos. Por lo tanto, es necesario eliminar el recubrimiento de Al defectuoso y volver a protegerlo sin afectar el rendimiento de los imanes de NdFeB;
(3) Según el entorno de aplicación específico, los imanes de NdFeB sinterizados presentan múltiples grados y formas. Por lo tanto, es necesario estudiar métodos de protección adecuados para diferentes grados y formas;
(4) Desarrollo de equipos de producción. El proceso de producción debe garantizar una eficiencia de producción razonable, lo que requiere el desarrollo de equipos de PVD adecuados para la protección de imanes de NdFeB y con una alta eficiencia de producción.
(5) Reducir el coste de producción de la tecnología PVD y mejorar la competitividad en el mercado.
Tras años de investigación y desarrollo industrial, Hangzhou Magnet Power Technology ha logrado suministrar productos con recubrimiento de PVD Al a granel a sus clientes. Como se muestra en las figuras a continuación, se incluyen fotos de los productos.
