描述
钕铁硼磁铁表面防护的必要性
烧结钕铁硼磁体因其优异的磁性能而得到广泛的应用。然而磁体耐腐蚀性能差阻碍了其进一步商业化应用，表面涂层是必需的。目前广泛使用的涂层有电镀镍基涂层、电镀锌基涂层以及电泳或喷涂环氧涂层。但随着技术的不断进步，对钕铁硼涂层的要求也越来越高，常规的电镀层有时不能满足要求。利用物理气相沉积（PVD）技术沉积的铝基涂层具有优异的特性。
PVD技术在NdFeB磁体上镀铝的特点
| 电镀 | 溅射 |
| 1.电场控制离子运动 | 1.离子轰击与碰撞动量传递机理 |
| 2.低原子能（<0.1eV） | 2.溅射原子能高（1-10eV） |
| 3.沉积速度高（5-8μm/h） | 3.沉积速度稍低（3-5μm/h） |
| 4.可沉积不规则形状 | 4.溅射原子具有定向运动 |
| 5.涂层成分选择有限 | 5.可沉积几乎所有材料 |
| 6.环境风险 | 6.环保 |
表1 电镀法与溅射法特性比较
溅射是利用高能粒子轰击固体表面，使固体表面的原子和分子与这些高能粒子交换动能，从而从固体表面溅射出来的现象。它最早由Grove在1852年发现，按其发展时间先后有二次溅射、三次溅射等。但由于溅射效率低等原因，一直没有得到广泛的应用，直到1974年Chapin发明了平衡磁控溅射，使高速低温溅射成为现实，磁控溅射技术才得以迅速发展。磁控溅射是在溅射过程中引入电磁场，使离化率提高到5%-6%的溅射方法。平衡磁控溅射示意图如图1所示。
图1 平衡磁控溅射原理图
采用离子气相沉积（IVD）方法沉积的铝涂层由于其优异的耐腐蚀性能，已被波音公司用来替代电镀镉。用于烧结NdFeB主要有以下优点：
1. 粘合强度高。
Al与NdFeB的结合强度一般≥25MPa，而普通电镀Ni与NdFeB的结合强度约为8-12MPa，电镀Zn与NdFeB的结合强度约为6-10MPa。这一特点使得Al/NdFeB适用于任何需要高结合强度的场合。如图2所示，在（-196℃）和（200℃）之间交替进行10次冲击循环后，Al镀层的结合强度依然保持优异。
图2照片
2.浸泡在胶水中。
Al涂层具有亲水性，胶水的接触角较小，无脱落风险，图3为表面张力为38mN的液体，测试液体完全铺展在Al涂层表面。
图3. 38mN表面张力测试
3.Al的磁导率很低（相对磁导率为1.00），不会对磁性造成屏蔽。
这在3C领域小体积磁体的应用中尤为重要，表面性能非常重要，如图4所示，对于D10*10的样品柱，Al涂层对磁性能的影响非常小。
图4 烧结NdFeB表面沉积PVD Al涂层和电镀NiCuNi涂层后磁性能的变化。
5.PVD技术沉积过程完全环保，不存在环境污染问题。
根据实际需要要求，PVD技术还可以沉积多层膜，如具有优异耐腐蚀性能的Al/Al2O3多层膜和具有优异力学性能的Al/AlN涂层。如图5所示为Al/Al2O3多层膜的剖面结构。
图 5 Al/Al2O3 多层膜的横截面
钕铁硼PVD镀铝技术产业化进展
目前制约NdFeB表面Al涂层产业化的主要问题有：
（1）磁体六面均匀沉积，磁体防护要求在磁体外表面沉积等效涂层，这需要解决批量加工时磁体的三维旋转，以保证涂层质量的一致性；
（2）Al涂层剥离工艺。在大规模工业生产过程中，难免会出现不合格产品，因此需要在不损害NdFeB磁体性能的前提下，将不合格的Al涂层去除，重新进行防护；
（3）根据具体的应用环境，烧结NdFeB磁体有多种牌号和形状，因此需要针对不同牌号和形状研究合适的防护方法；
（4）生产设备的开发。生产过程需要保证合理的生产效率，这需要开发适用于NdFeB磁体防护、生产效率高的PVD设备；
（5）降低PVD技术生产成本，提高市场竞争力；
经过多年的研究和产业发展，杭州磁力科技已经能够为客户提供批量PVD镀铝产品。如下图所示，相关产品照片。
