一种烧结NdFeB磁体表面耐腐蚀涂层及其制备方法与流程

一种烧结ndfeb磁体表面耐腐蚀涂层及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及磁性材料表面防护领域，具体涉及一种烧结ndfeb磁体表面耐腐蚀涂层及其制备方法。


背景技术：

2.烧结钕铁硼磁体以其极高的磁性能成为目前世界上最强的永磁体，其具有极高的磁能积、矫顽力和能量密度，被称为“磁王”，并且其机械性能好、易加工，被广泛的应用在电子计算机、发电机组、音响设备、网络通讯设备以及航空航天等各个领域。烧结钕铁硼磁体易被氧化和腐蚀，主要是由于粉末冶金工艺制备的烧结ndfeb磁体表面疏松多孔，且其具有多相结构，各相之间电位差较大，导致其在电化学环境中极易被腐蚀，限制了烧结钕铁硼磁体在应用领域的进一步拓展。目前，提高烧结钕铁硼磁体耐腐蚀性能的方法主要有合金化法和表面防护涂层。合金化法一般以牺牲磁体性能为代价来提高磁体的耐蚀性，且磁体耐蚀性能提高的范围有限。因此，目前在工业生产中主要采用表面防护法在磁体表面涂覆防护涂层，能够显著提高磁体的耐蚀性能。因此开发一种烧结钕铁硼磁体表面耐腐蚀涂层的制备方法具有重要的经济效益和社会效益。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种烧结ndfeb磁体表面耐腐蚀涂层及其制备方法，其提高了烧结ndfeb磁体的耐蚀性，延长了烧结ndfeb磁体的服役期限，该涂层厚度均匀可控，且不影响磁体的固有性能。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种烧结ndfeb磁体表面耐腐蚀涂层，所述涂层为aptes-bnns/环氧树脂复合涂层，所述复合涂层采用aptes-bnns纳米片和环氧树脂制备而成，其中，bnns为初始氮化硼经剥离后的氮化硼纳米片，aptes-bnns为在氮化硼纳米片中加入三乙氧基硅烷后的功能化氮化硼纳米片。
6.优选地，所述的一种烧结ndfeb磁体表面耐腐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)aptes-bnns纳米片的制备；
8.(2)对烧结ndfeb磁体进行预处理；
9.(3)耐腐蚀复合涂层的制备。
10.优选地，aptes-bnns纳米片的制备方法的具体包括以下步骤：
11.(1)将氮化硼加入异丙醇与去离子水，混合后形成溶液a，接着将溶液a持续超声剥离10-14h后，将产物离心分离，离心转速为9000-11000rpm，离心时长为8-12min，将离心后的上清液真空抽滤，置于烘箱中烘干获得bnns纳米片；
12.(2)将三乙氧基硅烷加入适量乙醇，形成溶液b，接着将步骤(1)制备得到的bnns 纳米片溶于溶液b中，进行磁力搅拌，搅拌温度为70-90℃，搅拌时长为5-7h，最后将产物离心分离，离心转速为2000-3000rpm，离心时长为2-5min，用乙醇清洗后，置于烘箱中烘干获
得aptes-bnns纳米片。
13.优选地，所述氮化硼为3-6g，异丙醇为300-600ml，去离子水为300-600ml。
14.优选地，所述三乙氧基硅烷为0.04-0.08g，乙醇为80-110ml。
15.优选地，所述步骤(2)的具体过程如下，首先将烧结ndfeb磁体在2-6wt％的硝酸溶液中酸洗10-30s，然后将烧结ndfeb磁体依次在去离子水和乙醇中超声处理30-90s，最后将磁体用冷风吹干待用。
16.优选地，所述步骤(3)的具体过程如下，将获得的aptes-bnns纳米片分散于环氧树脂混合液中，将经预处理后的烧结ndfeb磁体置于旋涂仪上进行表面涂覆，将处理后的烧结ndfeb磁体风干后进行高温固化，最后在磁体表面制备出所述复合涂层。
17.优选地，所述aptes-bnns纳米片的分散浓度为10-90g/l，环氧树脂混合液为环氧树脂、丙烯酸、异丙醇、乙醇当中的一种或两种以上。
18.优选地，所述旋涂的转速为1000-3000rpm，旋涂时长为30-90s。
19.优选地，所述固化过程的温度为80-180℃，固化时长100-200min。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.本发明通过在剥离后的氮化硼纳米片中加入三乙氧基硅烷，使氮化硼纳米片更好地分散在环氧树脂中，改善填料与基体的界面，降低了磁体与腐蚀介质之间的孔隙率，提高了涂层与基体的结合力，提高了涂层的致密性，从而有效提高了涂层耐蚀性，延长了烧结 ndfeb磁体的服役期限，该涂层厚度均匀可控，且不影响磁体的固有性能。
附图说明
22.图1为本发明中hbn片的fesem照片，hbn片指未经剥离的氮化硼；
23.图2为本发明中aptes-bnns纳米片的fesem照片；
24.图3为本发明实施例1获得的aptes-bnns/环氧树脂复合涂层截面fesem照片；
25.图4为本发明对照组1获得的环氧树脂涂层截面fesem照片；
26.图5为本发明中ndfeb磁体、环氧树脂、环氧树脂涂层涂覆ndfeb基体(对照例1)、 hbn片(未经剥离里的氮化硼)、aptes-bnns纳米片(实施例1)、aptes-bnns纳米片
(20g/l)
/环氧树脂复合涂层涂覆ndfeb基体(实施例2)、aptes-bnns纳米片
(40g/l) /环氧树脂复合涂层涂覆ndfeb基体(实施例1)、aptes-bnns纳米片
(80g/l)
/环氧树脂复合涂层涂覆ndfeb基体(实施例3)的xrd衍射花样；
27.图6为本发明中实施例1-3和对照例1制备的烧结ndfeb磁体的电化学交流阻抗测试 bode图；
28.图7为本发明中实施例1-3和对照例1制备的烧结ndfeb磁体以及裸烧结ndfeb磁体的极化曲线图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1：
31.一种烧结ndfeb磁体表面耐腐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：
32.(1)aptes-bnns纳米片的制备：
33.将5g氮化硼加入500ml异丙醇与500ml去离子水，混合后形成溶液a，将溶液a 持续超声剥离12h后，将产物离心分离，离心转速为10000rpm，离心时长为10min，对离心后的上清液真空抽滤，置于烘箱中烘干获得bnns纳米片。将0.06g三乙氧基硅烷加入100ml乙醇，形成溶液b，接着将2g氮化硼纳米片溶于溶液b中，进行磁力搅拌，搅拌温度为80℃，搅拌时长为6h，最后将产物离心分离，离心转速为2500rpm，离心时长为3min，用乙醇清洗后，置于烘箱中烘干获得aptes-bnns纳米片。
34.(2)对烧结ndfeb磁体进行预处理：
35.首先，将烧结ndfeb磁体在3wt％的硝酸溶液中酸洗20s；然后，将磁体依次在去离子水和乙醇中超声60s，最后，将磁体用冷风吹干待用。
36.(3)耐腐蚀复合涂层的制备：
37.将获得的aptes-bnns纳米片分散于环氧树脂混合液中，环氧树脂混合液为环氧树脂和乙醇的混合液，环氧树脂与乙醇的质量比为1：1，aptes-bnns纳米片的分散浓度为40g/l。采用旋涂法在步骤(2)处理后的烧结ndfeb磁体表面制备aptes-bnns/环氧树脂复合涂层，旋涂参数：转速为2000rpm，时间为1min。将涂覆的磁体进行高温固化，固化温度为140℃，固化时长180min。
38.图3为实施例获得的aptes-bnns纳米片/环氧树脂复合涂层截面fesem照片，涂层的厚度为20μm左右，涂层与基体结合紧密，涂层的致密性增加。
39.实施例1制备得到的表面涂覆复合涂层的烧结ndfeb磁体在3.5wt％nacl溶液中浸泡5天后，经电化学阻抗谱测试，其低频阻抗(|z|0.01hz)为5.373
×
109ω
·
cm2，较对照组1 升高了两个数量级。浸泡40天后，经电化学极化曲线测试，其腐蚀电位为-0.368v，自腐蚀电流密度为2.539
×
10-9a·
cm-2
，较对照组1降低了五个数量级。
40.对照例1：
41.为了与实施例1进行对比，对照例1的磁体预处理、旋涂参数、高温固化参数与实施例1的实施步骤相同，对照实施例为表面涂覆环氧树脂涂层烧结ndfeb磁体，其制备流程如下：
42.(1)对烧结ndfeb磁体进行预处理：
43.首先，将烧结ndfeb磁体在3wt％的硝酸溶液中酸洗20s；然后，将磁体依次在去离子水和乙醇中超声60s，最后，将磁体用冷风吹干待用。
44.(2)耐腐蚀涂层的制备：
45.采用旋涂法在步骤(1)处理后的烧结ndfeb磁体表面制备环氧树脂涂层，环氧树脂涂层为环氧树脂和乙醇的混合液，环氧树脂与乙醇的质量比为1：1，旋涂参数：转速为 2000rpm，时间为1min。将涂覆的磁体进行高温固化，固化温度为140℃，固化时长180 min。
46.对照组1制备得到的表面涂覆环氧树脂涂层烧结ndfeb磁体在3.5wt％nacl溶液中浸泡5天后，经电化学阻抗谱测试，其低频阻抗(|z|0.01hz)为1.637
×
107ω
·
cm2。浸泡40 天后，经电化学极化曲线测试，其腐蚀电位为-0.739v，自腐蚀电流密度为2.907
×
10-4
a ·
cm-2
。
47.图4为本对照组获得的环氧树脂涂层截面fesem照片，涂层的厚度为20μm左右，涂层与基体结合较为紧密，涂层表面较为光滑。
48.实施例2：
49.本实施例的制备方法同实施例1，不同的是复合涂层中aptes-bnns纳米片分散浓度为20g/l。
50.将实施例2制备得到的表面涂覆复合涂层的烧结ndfeb磁体在3.5wt％nacl溶液中浸泡5天后，按照上述步骤获得烧结ndfeb磁体表面耐腐蚀复合涂层经电化学阻抗谱测试，其低频阻抗(|z|0.01hz)为1.491
×
109ω
·
cm2，较对照组1升高了两个数量级。浸泡40天后，经电化学极化曲线测试，其腐蚀电位为-0.579v，自腐蚀电流密度为7.532
×
10-6a·
cm-2
，较对照组1降低了两个数量级。
51.实施例3：
52.本实施例的制备方法同实施例1，不同的是复合涂层中aptes-bnns纳米片分散浓度为80g/l。
53.将实施例3制备得到的表面涂覆复合涂层的烧结ndfeb磁体在3.5wt％nacl溶液中浸泡5天后，按照上述步骤获得烧结ndfeb磁体表面耐腐蚀复合涂层经电化学阻抗谱测试，其低频阻抗(|z|0.01hz)为2.293
×
108ω
·
cm2，较对照组1升高了一个数量级。浸泡40天后，经电化学极化曲线测试，其腐蚀电位为-0.642v，自腐蚀电流密度为8.341
×
10-6a·
cm-2
，较对照组1降低了两个数量级。
54.图1为本发明中hbn片的fesem照片，其厚度比较厚，表面光滑。
55.图2为本发明中aptes-bnns纳米片的fesem照片，剥离后的纳米片厚度比较薄，整体呈现为圆片状且片与片之间相互独立。
56.图5为本发明中ndfeb磁体、环氧树脂、环氧树脂涂层涂覆ndfeb基体、hbn片、 aptes-bnns纳米片、aptes-bnns纳米片
(20g/l)
/环氧树脂复合涂层涂覆ndfeb基体、 aptes-bnns纳米片
(40g/l)
/环氧树脂复合涂层涂覆ndfeb基体、aptes-bnns纳米片
(80g/l)
/环氧树脂复合涂层涂覆ndfeb基体的xrd衍射花样，图5(1)为ndfeb磁体的xrd 图谱的衍射峰，在2θ＝29.12
°
、38.13
°
、44.39
°
处出现了ndfeb磁体的三强峰，图5(5) 为aptes-bnns纳米片的xrd图谱的衍射峰，在2θ＝26.76
°
处出现了aptes-bnns纳米片的衍射峰，从图5的(6)、(7)、(8)中可以看出，aptes-bnns纳米片/环氧树脂复合涂层中分别出现了ndfeb磁体及aptes-bnnsc纳米片的特征峰，说明复合涂层中含有aptes-bnns纳米片。同时可以发现，随着aptes-bnns纳米片添加量的增加，复合涂层中对应于2θ＝26.76
°
峰值逐渐增加。
57.图6为本发明中实施例1-3和对照例1制备的烧结ndfeb磁体的电化学交流阻抗测试 bode图，可以看出，当aptes-bnns纳米片的分散浓度为40g/l时，涂层的阻抗值最高，耐蚀性能最高。
58.图7为本发明中实施例1-3和对照例1制备的烧结ndfeb磁体以及裸烧结ndfeb磁体的极化曲线图，涂层试样经过40天浸泡的极化曲线的自腐蚀电位明显正于裸烧结ndfeb 磁体浸泡1h后测得的极化曲线，说明此时涂层试样的腐蚀倾向低于裸烧结ndfeb磁体。涂层试样经过40天浸泡的极化曲线的自腐蚀电流密度明显小于裸烧结ndfeb磁体浸泡1h 后测得的自腐蚀电流密度，说明涂层试样经过40天浸泡后的自腐蚀速率小于裸烧结ndfeb 磁体浸泡1h后测得的自腐蚀速率。且当aptes-bnns纳米片的分散浓度为40g/l时，涂层的自腐蚀电
位最高，耐蚀性能最高。
59.以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。