通常認(rèn)為，冷噴涂技術(shù)適用于塑性較好的金屬或合金材料的沉積，如鋁、銅、銀、鋅、鎳、鈦、鐵及其合金材料等。近期，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室最新研究表明冷噴涂可用于沉積脆性材料——釹鐵硼。報(bào)道指出，采用冷噴涂技術(shù)可以在銅或玻璃等基體上獲得具有極佳附著力的Nd2Fe14B沉積，可用于制備釹鐵硼永磁體材料。該成果于2023年6月發(fā)表于MRS Communications雜志（https://doi.org/10.1557/s43579-023-00382-x）。
永磁體是從直驅(qū)風(fēng)力渦輪機(jī)到電動(dòng)馬達(dá)等清潔能源技術(shù)的支柱，也是即將向綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵組成部分。然而，高性能稀土永磁體（如Nd2Fe14B）的制造卻面臨著巨大的挑戰(zhàn)且成本高昂。燒結(jié)釹鐵硼（Nd2Fe14B）是目前常用的制備方法，但是制造成本高，同時(shí)由于燒結(jié)磁體需要復(fù)雜的機(jī)械加工，生產(chǎn)工藝限制了其可行的幾何形狀。粘結(jié)磁體（磁粉與聚合物粘合劑混合）克服了這一問(wèn)題，但代價(jià)是聚合物粘合劑導(dǎo)致性能下降。鑒于這些挑戰(zhàn)，人們對(duì)永磁體制造方法產(chǎn)生了濃厚的興趣，激光熔覆和粘合劑噴射打印等技術(shù)都取得了一定的成功。然而，基于激光的方法有可能破壞良好磁性所需的微觀結(jié)構(gòu)，而基于粘合劑噴射打印的技術(shù)則由于粘合劑存在而難以達(dá)到最佳性能。
冷噴涂原理圖（超卓航科原創(chuàng)）
冷噴涂技術(shù)為這些問(wèn)題提供了潛在的解決方案，因?yàn)樗谧銐虻偷臏囟认鲁练e，可以避免微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時(shí)由于撞擊粒子的高動(dòng)能而實(shí)現(xiàn)高致密度的效果。King et al.、Lamarre以及Bernier使用傳統(tǒng)的冷噴涂系統(tǒng)沉積Nd2Fe14B-Al復(fù)合材料，保持了輸入粉末的性能，并提供了適合復(fù)雜幾何形狀的快速沉積技術(shù)。然而，鋁粘合劑的存在可能會(huì)造成性能的下降。氣溶膠沉積也被用于制造具有優(yōu)異磁性能的Sm-Fe-N薄膜，但由于沉積速度相對(duì)較慢，最大厚度僅100微米左右。此外，氣溶膠沉積很難達(dá)到完全致密，從而導(dǎo)致與粘合劑方法存在類似的問(wèn)題。冷噴涂Nd2Fe14B涂層的過(guò)程示意圖如圖1(a)、圖1(b)展示了冷噴涂在曲面銅管上沉積Nd2Fe14B涂層，圖1(c)展示了在氮?dú)狻?50℃條件下在玻璃基體上冷噴涂Nd2Fe14B涂層的厚度大于3毫米，圖1(d)展示了氮?dú)狻?75℃條件下在玻璃基體上沉積Nd2Fe14B涂層，圖1(e)為本研究中使用的Nd2Fe14B粉末顆粒的粒徑分布。結(jié)果表明，釹鐵硼材料可以通過(guò)冷噴涂的方法形成厚厚的材料層。
圖1（a）冷噴涂Nd2Fe14B涂層的過(guò)程示意圖,（b-d）冷噴涂Nd2Fe14B沉積物，(e)本研究中使用的Nd2Fe14B粉末顆粒的粒徑分布。
使用N2和He作為載氣噴涂的樣品在室溫下的磁滯回線如圖2所示：在所有情況下都明顯觀察到低矯頑力的形成，表明形成了純Fe等次生相，通過(guò)減小氣體速度和/或溫度可以在一定程度上改善這種現(xiàn)象。XRD圖譜顯示Fe峰的增加明確表明由于沖擊和加熱導(dǎo)致Nd2Fe14B的分解和Fe的形成。
圖2冷噴涂Nd2Fe14B涂層的磁化曲線和矯頑性。
該項(xiàng)研究表明，冷噴涂技術(shù)具有沉積脆性材料的可能性，且具有極大的設(shè)計(jì)靈活性和快速沉積的優(yōu)勢(shì)，但仍需要進(jìn)一步研究，以確保其功能特性，從而適用于應(yīng)用。
【參考文獻(xiàn)】
A.A.Baker,R.C.Thuss,A.A.Maich,et al.Binder?free cold spray deposition of NdFeB permanent magnets,MRS Communications,2023,https://doi.org/10.1557/s43579-023-00382-x
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