用于Nd2Fe14B磁体的防腐涂层 |
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| 申请号 | CN201310055250.0 | 申请日 | 2013-02-21 | 公开(公告)号 | CN103290413B | 公开(公告)日 | 2018-06-19 |
| 申请人 | 罗伯特·博世有限公司; | 发明人 | T.耶格尔; J.许茨; J.盖斯勒; A.维尔德; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种用于Nd2Fe14B磁体的防腐涂层。描述了一种磁体，包括由Nd2Fe14B制成的 基础 材料以及施加在基础材料上的涂层，该涂层由至少一个硬度至少为400HV的第一层（2）构成。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磁体，包括由Nd2Fe14B制成的基础材料（1）以及施加在基础材料（1）上的涂层，该涂层由至少一个硬度至少为400HV的第一层（2）和至少一个第二层（3）构成，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 用于Nd2Fe14B磁体的防腐涂层技术领域[0001] 本发明涉及由Nd2Fe14B制成的磁体，以及用于其制造的方法以及其应用。 背景技术[0002] 磁体和其中的由Nd2Fe14B制成的永久磁体由现有技术所已知。由于其物理和尤其是其良好的磁特性，由Nd2Fe14B制成的磁体在目前相对于传统的硬铁氧体是有利的，因为随着其在所有需要磁体的装置中出现明显的功率提高潜力以及结构空间减小的潜力。然而由Nd2Fe14B制成的磁体具有如下缺点：它们易于受到腐蚀。在最近，因此开发了用于由Nd2Fe14B制成的磁体的防腐涂层，其通常由围绕铜层（Cu层）的两个镍层（Ni层）构成的三层结构构成。尽管如此这些保护层可以在基础材料、也即在Nd2Fe14B基础材料中至少部分地平衡缺陷位置、但是不提供足够的针对腐蚀的防护，因为其容易受到机械作用影响，该机械作用例如可在磁体的安装、运输和使用中进行。这归因于相对软并且从而不稳定的Ni以及Cu层，对于Ni层它们仅仅具有例如200HV的硬度，以及对于Cu层具有50HV的硬度。在这些层损坏的情况下，Nd2Fe14B基础材料的腐蚀迅速地前进。视环境条件而定，在存在损坏的层情况下由于接触腐蚀、也即电耦合甚至加速了对未涂层的磁性材料的腐蚀。 发明内容[0003] 本发明的磁体由Nd2Fe14B制成的基础材料（Basiswerkstoff）构成，在其上施加有涂层。该涂层包括至少一个具有硬度至少为400HV的第一层。维氏硬度按照DIN EN ISO 6507来测量。通过施加具有硬度至少为400HV的层，磁体被防护免受机械作用，使得通过这种防护层也实现非常好的腐蚀防护。至少400HV的硬度被足够证实可抵抗大多常见的机械作用、如在磁体的运输或使用情况中的打击、撞击或剐蹭，只要磁芯也即由Nd2Fe14B制成的基础材料没有被损坏。第一层可以被施加在由Nd2Fe14B制成的基础材料上，使得其至少部分地覆盖该基础材料。但是该第一层尤其有利地完全包围由由Nd2Fe14B制成的基础材料。由此，保证该磁体在周围被防护以免受机械作用和从而免受腐蚀。 [0005] 按照本发明的有利的实施方式，第一层具有至少500HV、尤其是至少800HV和尤其是至少1000HV的硬度。第一层的硬度越高，本发明的磁体相对外部尤其是机械作用的防护越好。原则上，第一层的最大硬度具体地不受限制，但是至少500HV、尤其是至少800HV和尤其是1000HV的硬度已经被证实是非常好的，以便减少由Nd2Fe14B制成的磁性材料的机械损害。 [0006] 按照本发明的另一个有利的实施方式，第一层的平均层厚为0.5至50μm和尤其是2至40μm。已经发现，对于具有至少400HV的硬度的防护层，0.5μm并且尤其是至少2μm的平均层厚已经足够实现对机械作用的非常好的防护。原则上，第一层的平均厚度向上不受限制，但是50μm和尤其是40μm的最大防护层在防机械作用防护方面已经表现为充分足够的。第一层的厚度越大，本发明的磁体相对外部、尤其是机械作用的防护越好。在例如由打击、撞击或剐蹭引起的更强作用情况下，在将第一层的层厚度提高到远超过50μm的值上时没有进一步的值得一提的优点。 [0007] 相应于另一有利的实施方式，施加在由Nd2Fe14B制成的基础材料上的涂层除了第一层外也包括至少一个第二层，其中第二层设置在第一层和该基础材料之间。在施加本发明重要的具有至少400HV硬度的第一层之前将第二层施加到基础材料上具有如下优点：由此例如可以平衡在基础材料中的缺陷位置，这些缺陷位置于是不穿过直到最外部的防护层中，使得磁性材料还更好地被防护免受机械作用。第二层的化学性质不具体地受到限制，只要其不明显地不利地影响磁性基础材料的磁特性，第二层良好地粘附到基础材料上并且还可以将第二层与第一层良好地并且持久地连接，使得本发明重要的第一层的磨损或者脱落被阻止。用于第二层的示例性材料来自铜、镍、其它金属或合金。 [0008] 优选地，施加在基础材料上的第二层本身是多层结构、也即例如由两层构成的结构或者尤其是三层结构，因为通过这种方式和方法可以尤其好地平衡在基础材料中的缺陷位置。在此，特别有利的是，具有层序列的三层结构：Ni层-cu层-Ni层。镍具有与Nd2Fe14B基础材料尤其好地连接并且平衡其中的缺陷位置的特性。稍微更软的、位于内部的Cu层吸收机械力，而外部的镍层由于其稍微更大的硬度而用作附加的机械挡板。通过多层结构，因此机械作用特别好地被吸收。通过多层结构的层的结构的不同物理特性以及不同化学结构，磁性基础材料此外可以特别好地被防护免受腐蚀。 [0009] 相应于另一有利的实施方式，三层结构的每个层的平均层厚为1至40μm，尤其是2至30μm。在至少1μm和尤其是至少2μm至大约40μm或50μm范围中的层厚被证实是足够平衡在基础材料中的缺陷位置的并且提供对于机械力作用的附加防护。层厚具体地向上不受限制，但是这里所说明的极限值被看作关于本发明磁性材料的成本结构的参考值。 [0010] 根据另一有利的实施方式，第一层从如下项中选择：陶瓷层例如氧化铝、氧化硅或者二氧化钛、有机改性的陶瓷层、TiN层、DLC层和NiP合金层尤其是NiP合金层。这里所述的层具有明显在400HV之上的硬度并且因此特别好地适于形成用于由Nd2Fe14B制成的腐蚀敏感的磁体的防护层。此外，这里所述的层特别抵抗机械作用，也即既不是高度多孔的也不是可容易变形的并且很好地与基础材料、也即与其它常见材料连接，这些材料适于形成第二层。陶瓷层理解为所有的常见的陶瓷材料并且尤其是含SiO2的陶瓷，这些陶瓷拥有突出的硬度并且良好地与Nd2Fe14B基础材料或者第二层连接。氮化钛以及钻石状的碳层（DLC层：类钻石碳）已知为在滑动面上的硬的涂层并且也用于本发明的磁体。这些层也拥有出众的硬度和特别低的磨损并且因此特别适于运动的磁性工件。由NiP（镍-磷）制成的电镀沉积的合金层被证实为特别有利的。它们以例如3、7或者10质量%之上的不同磷含量而可用。如已经描述地，镍非常好地与本发明的基础材料也即由Nd2Fe14B制成的磁性材料连接，其中磷分量明显有助于提高合金材料的硬度。这里所提到的第一层材料并且尤其是NiP合金层本身是抗腐蚀的。因此，通过这种方法提供了涂层材料，其持久地特别好地防护磁性材料免受机械作用并且由此也免受腐蚀。 [0011] 另外根据本发明，也提供了用于制造磁体的方法，其中该磁体包括由Nd2Fe14B制成的基础材料，并且该方法包括将由至少一个具有至少400HV硬度的第一层构成的涂层施加到基础材料上的发明重要的步骤。将层单独地施加到磁性基础材料上相对于仅仅对基础材料表面进行物理或化学改性具有优点：来自外部的作用例如撞击、打击或剐蹭等等不直接作用于磁和谐，而是被围绕的层更好地接收、导出或者吸收，由此处于内部的核持久地被保持防护得好得多。第一层的施加可以以所有常见的方式和方法例如借助CVD、PVD或者电镀沉积来进行。用于施加第一层的方法与为第一层所用的材料相关并且可以以合适的方式由专业人员来选择。通过本发明的方法，获得由于突出的稳定性而出众并且由此防机械作用以及防腐蚀的磁体。 [0012] 对于由Nd2Fe14B制成的本发明磁体所说明的实施方式、效果和优点也在用于制造磁体的本发明方法中找到应用。 [0013] 这样，第一层优选具有至少500HV、尤其是至少800HV和尤其是至少1000HV的硬度。施加在基础材料上的第一层的平均层厚此外优选为0.5至50μm，尤其是2至40μm。 [0014] 按照本发明方法的另一有利的实施方式，其包含施加至少一个第二层的步骤。该第二层直接施加在由Nd2Fe14B制成的基础材料上，并且然后将发明重要的第一层施加到第二层上，使得最后第二层被设置在第一层和基础材料之间。第二层可以视所使用的材料而定地以合适的方式被施加到基础材料也即基础层上，通常借助PVD、CVD或者电镀淀积。 [0015] 出于上述原因，在基础材料上施加的第二层优选本身是多层结构并且尤其是具有尤其有利的层序列的三层结构：Ni层-cu层-Ni层。如已经阐述地，三层结构的每层的平均层厚此外优选为1至40μm并且尤其是2至30μm。 [0016] 如同样已经阐述地，第一层优选从下列项中选择：陶瓷层例如氧化铝、氧化硅或者二氧化钛、有机改性的陶瓷层、TiN层、DLC层和NiP合金层尤其是NiP合金层。 [0017] 按照本发明方法的另一有利的实施方式，在施加第一层之后进行热处理。这可以视材料而定地并且例如针对NiP合金层例如借助在炉中的退火在大约250℃和大约400℃之间的温度范围中进行1至20小时。专业人员可以简单地通过相应的尝试来发现合适的温度以及合适的时间。通过热处理，附加地硬化第一层材料并且此外还紧密地与磁性基础材料连接。由此，获得具有特别高的机械稳定性和低的磨损特性的磁体，其因此也非常好地相对腐蚀受到防护。 [0018] 按照有利的实施方式，通过电镀沉积进行第一层的施加。由此，可以将具有精确的层厚的第一层施加到基础材料上。该方法此外相对缺陷位置形成是非常不受影响的。按照本发明制造的磁体因此最好地被防护以免受机械作用和腐蚀并且持久地拥有突出的稳定性。 [0019] 此外根据本发明，也描述了电动机，该电动机包括至少一个如上面描述的或者如根据上面描述的方法所制造的磁体。本发明的磁体以及本发明方法的有利的实施方式也在本发明的电动机中得到应用。这种电动机由于本发明磁体的突出的物理、机械以及磁特性可以以更小的尺寸来实施，而不会受到功率或稳定性方面的损失并且因此尤其对于结构空间减小的电动机是有利的。这种电动机尤其是在机动车中的防抱死系统、冷却循环、转向系统和座椅控制和其它辅助和舒适驱动中得到应用。 [0021] 下面，参照附图详细描述本发明的实施例。其中： [0022] 图1示出了传统磁体的剖面图； [0023] 图2示出了按照第一实施方式的本发明磁体的示意性视图；以及 [0024] 图3 示出了按照本发明第二实施方式的磁体的示意性视图。 具体实施方式[0025] 图1示出了传统磁体10的剖面图。这里，1是由Nd2Fe14B制成的基础材料，3是施加在基础材料1上的第二层，其中第二层3本身是具有层序列的三层结构：Ni层3a-cu层3b-Ni层3c,其中第二层3的每个单个层3a、3b、3c完全包围基础材料1。这种传统磁体10没有足够地相对腐蚀被防护，尤其是在例如由撞击或剐蹭引起的机械力的作用情况下。 [0026] 图2示出了本发明第一磁体10的示意性视图，其中1表示由Nd2Fe14B制成的基础材料并且2表示施加在该基础材料1上的第一层，即NiP合金层。第一层2具有至少400HV的硬度并且完全围绕基础材料1。磁体10通过突出的机械稳定性、防磨损性以及耐腐蚀性而出众。 [0027] 图3 示出了按照本发明第二实施方式的磁体10的示意性视图，其中1又表示由Nd2Fe14B制成的基础材料，3表示施加在基础材料1上的第二层并且2又表示施加在第二层3上的第一层即NiP合金层。第二层3本身是具有层序列的三层结构：Ni层3a-cu层3b-Ni层3c,其中第二层3的每个单个层3a、3b、3c完全包围基础材料1。同样，第一层2完全包围外部的单个层3c。该磁体10通过特别好的机械稳定性、防磨损性以及耐腐蚀性而出众。在基础材料1中的缺陷位置通过多层结构2，3完全被平衡。 |
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