钕铁硼表面处理方法概述

  • 316
  • A+

钕铁硼磁体极易氧化、腐蚀,使用前必须进行严格的防腐处理。


 

01

 金属膜转化技术


金属转化膜是采用化学或电化学的方法在金属表面形成的一种致密的化合物保护薄膜,比如,钢铁的氧化、磷化,铝、镁合金的氧化等,均属于金属转化膜技术。

钕铁硼发展初期,曾广泛采用六价铬钝化技术对其进行表面处理,这种方法简单、实用、成本低,铬酸盐钝化膜(属于化学转化膜)对磁体具有一定的防腐保护作用。

但随着技术的发展,单独的钝化膜已无法满足钕铁硼越来越高的的防腐要求,因此近些年钕铁硼转化膜处理常采用复合转化膜技术,即先磷化再钝化,通过填充磷化膜的孔隙,有效提高复合转化膜的防腐性。

尽管如此,单独的化学转化膜仍无法满足钕铁硼的高防腐要求,仍需要采用其他表面处理方法来获得高防腐性能的钕铁硼磁体,比如金属镀层技术、有机涂层技术、复合涂镀层技术等。


02

 有机涂层技术


钕铁硼有机涂层通常采用环氧树脂,或丙烯酸、聚酰胺等树脂涂料,其中以环氧树脂抗水、抗化学腐蚀性最好,但成本较高。有机涂层的涂覆施工通常采用阴极电泳或喷涂的方法。

钕铁硼采用有机涂层技术可在基体上直接涂覆,即基体-涂装。但这种方案的主要问题是涂层附着力不佳、防腐性不高,原因是钕铁硼基体不能提供获得高质量涂层所需要的的良好表面状态。可以采用钕铁硼磷化-涂装、钕铁硼磷化-钝化-涂装等技术。但镀层-涂装技术,如镀暗镍-阴极电泳、镀锌-阴极电泳、镀亮镍-阴极电泳等,能够为有机涂层提供更好的表面状态,防腐性也较好。有研究表明,钕铁硼电镀后先经锌系磷化处理再涂装,即钕铁硼电镀-磷化-涂装,这种复合涂镀层方案可以获得更好的漆膜附着力和防腐性。


03

 金属镀层技术

 

金属镀层较薄,一般只有微米级,但却可以满足钕铁硼磁体较高的防腐性要求,且赋予其多种漂亮的外观,因此在钕铁硼表面处理中应用较为广泛。钕铁硼金属镀层可以通过电镀、化学镀、真空离子镀等方法获得。

1.电镀

电镀为一种成熟、价廉的金属表面处理方法,在钕铁硼磁体防腐领域应用较为广泛。钕铁硼以小零件居多,所以钕铁硼电镀以滚镀为主。

由于钕铁硼表面特殊的物理、化学性质,虽然用于普通钢件的滚镀技术(如滚镀锌、滚镀镍、滚镀铜等)同样可用于钕铁硼零件的滚镀,但钕铁硼滚镀毕竟与普通滚镀有着较大的不同。

比如,钕铁硼滚镀在电镀工艺、电镀设备(尤其是滚筒)、操作等方面均有其较大的特殊性。钕铁硼电镀最常见的有镀锌和镀镍,另有少量的镀锌镍合金、镀银和镀金(或仿金)等。

(1)镀锌

钕铁硼镀锌一般采用工艺成熟、价格低廉、无毒无氰的弱酸性氯化钾镀锌技术,简称钾盐镀锌。钾盐镀锌属于简单盐镀液类型。钕铁硼钾盐滚镀锌时,由于受钕铁硼化学活性极强和滚镀混合周期的影响,零件表面会有不同程度的腐蚀(考虑为化学腐蚀和电化学腐蚀的复合腐蚀)而影响镀层与基体的结合力。这种影响可视零件的结合力要求不同而采取不同的措施。如果要求不高可直接滚镀一次性钾锌(即钾盐镀锌),如果要求较高,近些年多采用硫酸盐滚镀锌(简称硫锌)打底然后转槽滚镀钾锌的工艺组合,即硫锌-钾锌。

钾盐镀锌大量使用表面活性剂,因此钕铁硼镀钾锌存在镀层防腐性能差、钝化膜易变色、彩膜易脱落、粘胶不力等缺陷。采取诸如选用优质添加剂、控制添加剂用量、加强镀后清洗等措施,可使这些缺陷得到一定程度的改善,但不能从根本上使问题得到解决。 

(2)镀镍

早期,钕铁硼镀镍一般是镀单层镍。镍镀层孔隙率较高,且此时为典型的阴极性镀层,所以除非镀层很厚(需达到20~25um),否则不仅不能保护钕铁硼基体,反倒加速其腐蚀。

而滚镀镍本来不易镀厚,且过厚的镍层(因镍是铁磁性金属)会对钕铁硼磁体的磁性能造成严重的影响。所以钕铁硼镀单层镍非理想之选,目前只有极少部分防腐要求不高的产品还在镀单层镍,其他绝大部分钕铁硼镀镍都在采用多层镀层组合。

普通钢件的铜-镍组合不失为钕铁硼镀镍的理想镀层组合,理由如下:

①铜为不导磁金属,对磁体的磁屏蔽小于镍,以铜代替部分镍,可使磁体因镍层磁屏蔽造成的磁性能损失减小;

②铜的孔隙率比镍低,可提高镀层的耐蚀性;

③可降低镀层成本;

④面积体积比值(也称比表面积)较大的小产品尤其超小尺寸产品,镍层厚度对磁体磁性能的影响更大,此时减薄镍层厚度的意义更大。

但从传统角度讲,钕铁硼基体上是没法直接镀铜的。这与普通钢件不同,普通钢件直接镀铜,可选择氰化物镀铜或质量过硬的无氰碱铜,钕铁硼则不能选用这些工艺。因为这些强络合剂型工艺电流效率低,不能在疏松多孔的钕铁硼基体上直接施镀。

钕铁硼不能直接镀铜,则采用铜镍组合必须预镀,目前生产中多采用预镀镍,此即构成了钕铁硼镀镍的镍-铜-镍组合镀层。

所以,目前的钕铁硼镀镍一般指钕铁硼镀镍-铜-镍镀层组合,而非单纯的钕铁硼镀单层镍。

钕铁硼镀镍-铜-镍镀层组合既满足了磁体的防腐性要求,也减轻了厚镍磁屏蔽造成的磁性能损失,同时镀层与基体的结合力也很好,所以在目前的钕铁硼电镀行业得到了极广泛的应用。但发现该组合在用于磁性能要求较高的磁体时存在一个问题,即热减磁率很难满足要求。

研究及实践证明,不采用镍打底而直接镀铜则较容易满足热减磁率要求。但正如上文所说,从传统角度讲钕铁硼是没法直接镀铜的,除非有这样一种工艺,这种工艺在钕铁硼镀铜时既不产生置换,又具有较高的电流效率,否则难以在化学活性极强且疏松多孔的钕铁硼表面直接镀铜。

目前,行业内有厂家在使用钕铁硼直接镀铜技术,采用这种技术至少在降低磁体热减磁率上取得了不错的效果。但不可否认这样做存在结合力风险,所以除非对磁体的热减磁率要求较高,一般产品还是宜选用成熟的镍-铜-镍组合镀层技术。

2. 化学镀

一般,钕铁硼镀镍-铜-镍镀层组合抗中性盐雾试验多在72h,如果要求更高则需要增加镀层厚度,但镀层过厚一方面对磁体磁性能的影响增加,一方面施镀时间长,生产效率低,所以不是明智的选择。此时一般采用防腐性更高的化学镀镍来解决问题,且化学镀镍对含磷量进行控制,可实现镀层不导磁,此时对磁体磁性能的影响可降低到最小。

目前钕铁硼化学镀使用的酸性化学镀镍工艺,尚不能在钕铁硼基体上直接施镀。因为在酸性化学镀镍溶液中,活泼的钕会优先溶解造成磁体失磁严重,并导致镀层与基体的结合力不佳。所以,钕铁硼化学镀镍前需要先打底,然后才能在具有催化活性的底层表面进行正常的化学镀镍。钕铁硼镍-铜-镍组合的电镀底镍是成熟且现成的工艺,一般化学镀镍采用该工艺打底的多。

另外,有时候会在底镍与化学镍之间增加一道电镀铜,用于防止因底镍与化学镍产能不匹配造成的底镍钝化,在底镍上镀一层铜后可在纯水中放置不超过12h,而且更容易活化,这与实际生产更相适应。这样的话,钕铁硼化学镀镍实际是镍-铜-化学镍组合技术。

3.真空离子镀

真空离子镀属于物理气相沉积技术,而非常规的液相化学或电化学沉积技术。该技术工艺过程简单,膜层均匀致密,与基体的结合力好,防腐性好,其最大的特点为工艺过程环保,无废水排放,是新一代磁铁表面绿色防护技术。

钕铁硼采用这种方法主要是离子镀铝,优点是镀层结合力好,耐蚀性好,另外前处理工序无需酸洗,磁体表面无残留酸碱等物质,因而减少了镀后基体返腐的机会。

钕铁硼真空离子镀铝技术在国内发展较慢,但在日美、欧洲等很多国家,该技术已广泛应用于SPM、IPM,CD/LD和电动车的钕铁硼材料的表面处理中。未来真空离子镀技术发展潜力巨大,将引领钕铁硼表面处理技术的革新。

推荐阅读:

钕铁硼磁铁表面镀什么效果最好?

方形(块状)钕铁硼磁铁有什么规格尺寸?

圆环形钕铁硼有什么款式?

磁铁的各种形状及其用途介绍

直流电机转子上的圆环形磁铁起什么作用?

什么是普磁与强磁?普磁跟强磁区别

磁钢的涡流损耗对永磁电机的转子温升影响

钕铁硼磁铁的特点及加工工艺

铁氧体及钕铁硼可以承受的最高工作温度和居里温度对比

从美国军方囤积稀土磁铁计划,看全球钕铁硼磁铁(NdFeB)市场速览

最强磁力的钕铁硼磁铁:生产原料及生产加工工艺与尺寸精度

钕铁硼磁铁应用范围

什么材料能屏蔽磁铁吸力?

常见异形磁铁生产加工方式有哪些?

强力磁铁应该怎样定制

磁铁的磁性是会耗尽吗?

怎样计算烧结钕铁硼磁铁的吸力?

磁铁怎么包装?




weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论: