CN102965650B - 钕铁硼磁体材料表面发黑处理层与有机涂层双层防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钕铁硼磁体材料的表面防护技术，具体为一种钕铁硼磁体材料表面发黑处理层与有机涂层双层防护的方法。首先对钕铁硼除油、除锈、砂纸打磨；然后将钕铁硼浸于发黑液中8~15min，生成一层氧化膜；水洗晾干后，再涂覆一层有机涂料，固化形成有机涂层。本发明针对目前电镀、化学镀等一些表面防护方法前处理复杂、苛刻，且防腐性能又一般等问题。采用发黑处理层与有机涂层双层防护的表面处理技术，工艺简单，且不需经过复杂的前处理，在保证涂层与基体的结合力、磁性能不受影响的前提下，较大程度的提高涂层的耐中性盐雾腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及钕铁硼磁体材料的表面防护技术，具体为一种钕铁硼磁体材料表面发黑处理层与有机涂层双层防护的方法。
背景技术
从1983年，佐川真人发现钕铁硼磁体以来，由于烧结钕铁硼磁体的特性和性价比较传统永磁材料优异，已被广泛应用于计算机、电动机、风力发电机、电动汽车、仪器仪表、磁传动轴承、高保真扬声器、核磁共振成像仪和航天航空导航器等各行各业，在磁悬浮列车等新兴技术领域具有巨大的潜在应用前景。我国凭借稀土资源优势和生产成本优势，大力发展钕铁硼磁体产业，已成为世界第一生产大国和消费大国。
但是，由于Nd-Fe-B材料化学活性强，耐腐蚀性差，易被氧化，导致其磁性能降低，严重影响其应用范围。为了提高Nd-Fe-B稀土永磁体表面抗氧化耐腐蚀性能，人们也从改变微观结构、添加Mo或Co+V等成分入手，做了大量工作，但到目前为止，比较有效的方法还是采用表面涂层技术，即用涂层阻止空气、水分或其它腐蚀性物质渗透来提高磁体的抗腐蚀能力。现有的表面处理有电镀、化学镀、电泳、真空沉积、涂料涂装等，除了单一的保护层外，还有复合涂层的出现，例如：卫国英、葛洪良等一种烧结钕铁硼表面镀覆多层镀层的防护新工艺【P】，中国发明专利，申请号：200810164199.6，进行了钕铁硼表面多层镀层的防护研究，但是至少要在三层以上才能达到较好耐中性盐雾性能，工艺比较复杂。林福文、王岳等，一种钕铁硼表面电镀双层锌镍合金镀层的方法【P】，中国发明专利，申请号200510048456.6，进行了对钕铁硼表面双层电镀锌镍合金的研究，也是在两层电镀之后，进行钝化或者浸绝缘漆，操作起来比较复杂。目前钕铁硼的表面处理主要是以电镀和化学镀为主，这两种方法都有比较严格和复杂的前处理过程，如果前处理的不好，会直接影响到涂层的性能。
目前，一种要求工艺简单，且不需经过复杂前处理过程，在保证涂层与基体的结合力、磁性能不受影响的前提下，较大程度的提高涂层的耐中性盐雾腐蚀性能的涂层有待开发。
发明内容
针对目前电镀、化学镀等一些表面防护方法前处理复杂、苛刻，且防腐性能又一般等问题，本发明的目的是提供一种钕铁硼磁体材料表面发黑处理层与有机涂层双层防护的方法，采用发黑处理层与有机涂层双层防护的表面处理技术，解决了较为复杂的前处理，且在保证涂层与基体的结合力、磁性能不受影响的前提下，较大程度的提高涂层的耐中性盐雾腐蚀性能。
本发明通过如下的技术方案实现：
一种钕铁硼磁体材料表面发黑处理层与有机涂层双层防护的方法，首先对钕铁硼除油、除锈、砂纸打磨；然后将钕铁硼浸于发黑液中8~15min，生成一层发黑处理层，发黑处理层的厚度为1~8μm（优选为2~6μm）；大量水洗晾干后，再涂覆一层有机涂料，固化形成有机涂层的厚度为3~15μm（优选为7~12μm）。
本发明中，有机涂料固化温度为室温至300℃，时间为30分钟~48小时。
本发明所选用的除油液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、OP-10乳化剂等混合而成，各组分的含量如下：
氢氧化钠40~60g/L；碳酸钠20~30g/L；磷酸三钠50~70g/L；硅酸钠5~15g/L；OP-10乳化剂2~5g/L；余量为水。
本发明所选用的除锈液由盐酸、硝酸混合而成，各组分的含量如下：
盐酸2~10g/L；硝酸10~20g/L；余量为水。
本发明对钕铁硼表面用砂纸打磨先用150#粗磨，再用600#砂纸打磨。
本发明所选用的有机涂料为环氧富锌涂料、环氧富铝涂料、环氧铁红涂料、氟碳涂料、环氧清漆、环氧锌铝涂料、丙烯酸涂料、聚氨酯涂料中的一种。
本发明中，发黑液由亚硒酸、硫酸铜、硝酸镍、磷酸二氢锌、磷酸、柠檬酸、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
亚硒酸2~10g/L；硫酸铜1~7g/L；硝酸镍1~8g/L；磷酸二氢锌2~10g/L；磷酸2~4g/L；柠檬酸1~2g/L；OP-10乳化剂1~3g/L；余量为水。
本发明发黑处理层和有机涂层形成对钕铁硼磁体材料表面的双层防护，其中：发黑处理层所起的作用是提高基体与涂层之间的结合力，且致密的氧化膜有较好防腐能力；有机涂层所起的作用是对底层封闭，改变基体电位。二者协同作用下达到结合力好，涂层致密，耐中性盐雾不锈蚀的效果。
本发明的优点：
1、本发明首先对钕铁硼除油、除锈、砂纸打磨；然后将钕铁硼浸于发黑液中8~15min，生成一层氧化膜，水洗后，再涂覆一层有机涂料，形成有机涂层。从而，不需复杂的前处理过程，只需经过简单的除油、除锈、打磨，之后将发黑液应用于钕铁硼磁体材料的表面处理，将钕铁硼磁体材料浸于发黑液中，就可以在钕铁硼表面生成氧化膜。
2、本发明在涂层厚度在4~23μm时，在保证涂层与基体的结合力、磁性能不受影响的前提下，耐中性盐雾时间可达到600h不发生锈蚀，具有较好耐腐蚀性能。
3、本发明没有电镀、化学镀所产生的工业污染，较为环保。
具体实施方式
实施例1：
首先，准备样品，将钕铁硼（50mm×50mm×5mm）在碱性除油液中进行除油，之后用大量的水进行清洗，然后在酸性除锈液中进行除锈，大量水洗干燥后，用150#砂纸进行打磨，再用600#砂纸进行打磨，之后用酒精把钕铁硼表面擦拭干净。
除油液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
氢氧化钠50g/L；碳酸钠25g/L；磷酸三钠60g/L；硅酸钠10g/L；OP-10乳化剂3g/L；余量为水。
除锈液由盐酸、硝酸混合而成，各组分的含量如下：
盐酸5g/L；硝酸15g/L；余量为水。
然后，取亚硒酸3g；硫酸铜5g；硝酸镍2g；磷酸二氢锌3g；磷酸3g；柠檬酸2g；OP-10乳化剂1g。去离子水剩余，总重量1000g，配置发黑液。
将处理好的钕铁硼放入发黑液中浸10min，在钕铁硼表面形成发黑处理层，之后取出，大量水冲洗掉残留的发黑液，晾干，发黑处理层的厚度为3~5μm。
将表面有发黑处理层的钕铁硼样品涂覆一层环氧富铝涂料，然后在240℃下固化30-60min，取出，涂层制备完毕，环氧富铝涂层的厚度为8~11μm，涂层总厚度在11~16μm。本实施例中，环氧富铝涂料由环氧树脂、铝粉、溶剂、助剂等均匀混合而成，室温下喷涂。按重量百分比计，环氧树脂占30%，铝粉占20%，溶剂占49%，助剂占1%。其中，铝粉为片状铝粉，粒径为0.5~5μm；助剂采用环氧富铝涂料常用助剂，如：润湿剂、消泡剂、流平剂和流变剂等；溶剂为乙二醇丁醚。
用此方法制备的双层涂层结合力好，涂层致密，耐中性盐雾500h不锈蚀。
实施例2：
首先，准备样品，将钕铁硼（50mm×50mm×5mm）在碱性除油液中进行除油，之后用大量的水进行清洗，然后在酸性除锈液中进行除锈，大量水洗干燥后，用150#砂纸进行打磨，再用600#砂纸进行打磨，之后用酒精把钕铁硼表面擦拭干净。
除油液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
氢氧化钠40g/L；碳酸钠20g/L；磷酸三钠70g/L；硅酸钠15g/L；OP-10乳化剂5g/L；余量为水。
除锈液由盐酸、硝酸混合而成，各组分的含量如下：
盐酸2g/L；硝酸20g/L；余量为水。
然后，取亚硒酸5g；硫酸铜2g；硝酸镍6g；磷酸二氢锌5g；磷酸2g；柠檬酸1g；OP-10乳化剂3g。去离子水剩余，总重量1000g，配置发黑液。
将处理好的钕铁硼放入发黑液中浸8min，在钕铁硼表面形成发黑处理层，之后取出，大量水冲洗掉残留的发黑液，晾干，发黑处理层的厚度为2~4μm。
将表面有发黑处理层的钕铁硼样品涂覆一层环氧富锌涂料，然后在120℃下固化30-50min，取出，涂层制备完毕，环氧富锌涂层的厚度为10~15μm，涂层总厚度在12~19μm。本实施例中，环氧富锌涂料由环氧树脂、锌粉、溶剂、助剂等均匀混合而成，室温下喷涂。按重量百分比计，环氧树脂占30%，锌粉占30%，溶剂占39%，助剂占1%。其中，锌粉为片状锌粉，粒径为1~10μm；助剂采用环氧富锌涂料常用助剂，如：润湿剂、消泡剂、流平剂和流变剂等；溶剂为乙二醇丁醚。
用此方法制备的双层涂层结合力好，涂层致密，耐中性盐雾400h不锈蚀。
实施例3：
首先，准备样品，将钕铁硼（50mm×50mm×5mm）在碱性除油液中进行除油，之后用大量的水进行清洗，然后在酸性除锈液中进行除锈，大量水洗干燥后，用150#砂纸进行打磨，再用600#砂纸进行打磨，之后用酒精把钕铁硼表面擦拭干净。
除油液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
氢氧化钠60g/L；碳酸钠30g/L；磷酸三钠50g/L；硅酸钠5g/L；OP-10乳化剂2g/L；余量为水。
除锈液由盐酸、硝酸混合而成，各组分的含量如下：
盐酸10g/L；硝酸10g/L；余量为水。
然后，取亚硒酸4g；硫酸铜6g；硝酸镍3g；磷酸二氢锌7g；磷酸4g；柠檬酸2g；OP-10乳化剂2g。去离子水剩余，总重量1000g，配置发黑液。
将处理好的钕铁硼放入发黑液中浸12min，在钕铁硼表面形成发黑处理层，之后取出，大量水冲洗掉残留的发黑液，晾干，发黑处理层的厚度为4~6μm。
将表面有发黑处理层的钕铁硼样品涂覆一层氟碳涂料，然后在室温下固化24h，涂层制备完毕，氟碳涂层的厚度为8~13μm，涂层总厚度在12~19μm。本实施例中，氟碳涂料由氟碳树脂溶液、铝粉、钛白粉、溶剂、助剂等均匀混合而成，室温下喷涂。按重量百分比计，氟碳树脂溶液占30%，铝粉占15%，钛白粉占5%，溶剂占49%，助剂占1%。其中，铝粉为片状铝粉，粒径为0.5~5μm；钛白粉粒径为3-10μm；助剂采用氟碳涂料常用助剂，如：润湿剂、消泡剂、流平剂和流变剂等；溶剂为水。
用此方法制备的双层涂层结合力好，涂层致密，耐中性盐雾450h不锈蚀。
实施例4：
首先，准备样品，将钕铁硼（50mm×50mm×5mm）在碱性除油液中进行除油，之后用大量的水进行清洗，然后在酸性除锈液中进行除锈，大量水洗干燥后，用150#砂纸进行打磨，再用600#砂纸进行打磨，之后用酒精把钕铁硼表面擦拭干净。
除油液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
氢氧化钠55g/L；碳酸钠25g/L；磷酸三钠65g/L；硅酸钠10g/L；OP-10乳化剂5g/L；余量为水。
除锈液由盐酸、硝酸混合而成，各组分的含量如下：
盐酸8g/L；硝酸12g/L；余量为水。
然后，取亚硒酸2g；硫酸铜7g；硝酸镍8g；磷酸二氢锌3g；磷酸4g；柠檬酸1g；OP-10乳化剂2g。去离子水剩余，总重量1000g，配置发黑液。
将处理好的钕铁硼放入发黑液中浸15min，在钕铁硼表面形成发黑处理层，之后取出，大量水冲洗掉残留的发黑液，晾干，发黑处理层的厚度为3~5μm。
将表面有发黑处理层的钕铁硼样品涂覆一层环氧富铝涂料，然后在240℃下固化30-60min，取出，涂层制备完毕，环氧锌铝涂层的厚度为7~12μm，涂层总厚度在10~17μm。本实施例中，环氧锌铝涂料由环氧树脂、锌粉、铝粉、溶剂、助剂等均匀混合而成，室温下喷涂。按重量百分比计，环氧树脂占30%，锌粉占20%，铝粉占10%，溶剂占39%，助剂占1%。其中，铝粉为片状铝粉，粒径为0.5~5μm；锌粉为片状锌粉，粒径为1~10μm；助剂采用环氧锌铝涂料常用助剂，如：润湿剂、消泡剂、流平剂和流变剂等；溶剂为乙二醇丁醚。
用此方法制备的双层涂层结合力好，涂层致密，耐中性盐雾600h不锈蚀。
实施例5：
首先，准备样品，将钕铁硼（50mm×50mm×5mm）在碱性除油液中进行除油，之后用大量的水进行清洗，然后在酸性除锈液中进行除锈，大量水洗干燥后，用150#砂纸进行打磨，再用600#砂纸进行打磨，之后用酒精把钕铁硼表面擦拭干净。
除油液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
氢氧化钠50g/L；碳酸钠20g/L；磷酸三钠60g/L；硅酸钠8g/L；OP-10乳化剂4g/L；余量为水。
除锈液由盐酸、硝酸混合而成，各组分的含量如下：
盐酸9g/L；硝酸15g/L；余量为水。
然后，取亚硒酸9g；硫酸铜2g；硝酸镍3g；磷酸二氢锌5g；磷酸2g；柠檬酸2g；OP-10乳化剂3g。去离子水剩余，总重量1000g，配置发黑液。
将处理好的钕铁硼放入发黑液中浸10min，在钕铁硼表面形成发黑处理层，之后取出，大量水冲洗掉残留的发黑液，晾干，发黑处理层的厚度为2~5μm。
将表面有发黑处理层的钕铁硼样品涂覆一层聚氨酯涂料，然后在室温下固化24h，取出，涂层制备完毕，聚氨酯涂层的厚度为10~15μm，涂层总厚度在12~20μm。本实施例中，聚氨酯涂料由聚氨酯树脂、铝粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、溶剂、助剂等均匀混合而成，室温下喷涂。按重量百分比计，聚氨酯树脂占40%，铝粉占10%，纳米二氧化硅占2%，纳米二氧化钛占1%，溶剂占46%，助剂占1%。其中，铝粉为片状铝粉，粒径为0.5~5μm；纳米二氧化硅粒径为0.1~0.5μm；纳米二氧化钛粒径为0.2～0.6μm；助剂采用聚氨酯涂料常用助剂，如：润湿剂、消泡剂、流平剂和流变剂等；溶剂为二甲苯。
用此方法制备的双层涂层结合力好，涂层致密，耐中性盐雾550h不锈蚀。
实施例6：
首先，准备样品，将钕铁硼（50mm×50mm×5mm）在碱性除油液中进行除油，之后用大量的水进行清洗，然后在酸性除锈液中进行除锈，大量水洗干燥后，用150#砂纸进行打磨，再用600#砂纸进行打磨，之后用酒精把钕铁硼表面擦拭干净。
除油液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
氢氧化钠45g/L；碳酸钠25g/L；磷酸三钠55g/L；硅酸钠10g/L；OP-10乳化剂5g/L；余量为水。
除锈液由盐酸、硝酸混合而成，各组分的含量如下：
盐酸4g/L；硝酸18g/L；余量为水。
然后，取亚硒酸7g；硫酸铜5g；硝酸镍6g；磷酸二氢锌9g；磷酸3g；柠檬酸1g；OP-10乳化剂1g。去离子水剩余，总重量1000g，配置发黑液。
将处理好的钕铁硼放入发黑液中浸12min，在钕铁硼表面形成发黑处理层，之后取出，大量水冲洗掉残留发黑液，晾干，发黑处理层的厚度为2~4μm。
将表面有发黑处理层的钕铁硼样品涂覆一层丙烯酸涂料，然后在室温下固化48h，取出，涂层制备完毕，环氧丙烯酸涂层的厚度为10~15μm，涂层总厚度在12~19μm。本实施例中，丙烯酸涂料由丙烯酸树脂、锌粉、氧化铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、溶剂、助剂等均匀混合而成，室温下喷涂。按重量百分比计，丙烯酸树脂占30%，锌粉占10%，氧化铝占3%，纳米二氧化硅占2%，纳米二氧化钛占1％，溶剂占53%，助剂占1%。其中，锌粉为片状锌粉，粒径为1~10μm；纳米二氧化硅粒径为0.1~0.5μm；纳米二氧化钛粒径为0.2～0.6μm；助剂采用丙烯酸涂料常用助剂，如：润湿剂、消泡剂、流平剂和流变剂等；溶剂为二甲苯。
用此方法制备的双层涂层结合力好，涂层致密，耐中性盐雾540h不锈蚀。
实施例7：
首先，准备样品，将钕铁硼（50mm×50mm×5mm）在碱性除油液中进行除油，之后用大量的水进行清洗，然后在酸性除锈液中进行除锈，大量水洗干燥后，用150#砂纸进行打磨，再用600#砂纸进行打磨，之后用酒精把钕铁硼表面擦拭干净。
除油液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
氢氧化钠50g/L；碳酸钠28g/L；磷酸三钠60g/L；硅酸钠12g/L；OP-10乳化剂3g/L；余量为水。
除锈液由盐酸、硝酸混合而成，各组分的含量如下：
盐酸7g/L；硝酸16g/L；余量为水。
然后，取亚硒酸3g；硫酸铜6g；硝酸镍8g；磷酸二氢锌5g；磷酸4g；柠檬酸1g；OP-10乳化剂2g。去离子水剩余，总重量1000g，配置发黑液。
将处理好的钕铁硼放入发黑液中浸12min，在钕铁硼表面形成发黑处理层，之后取出，大量水冲洗掉残留的发黑液，晾干，发黑处理层的厚度为3~5μm。
将表面有发黑处理层的钕铁硼样品涂覆一层环氧铁红涂料，然后在室温下固化24h，取出，涂层制备完毕，环氧铁红涂层的厚度为10~15μm，涂层总厚度在13~20μm。本实施例中，环氧铁红涂料由环氧树脂、氧化铁红、铝粉、溶剂、助剂等均匀混合而成，室温下喷涂。按重量百分比计，环氧树脂占30%，氧化铁红占10%，铝粉占5%，溶剂占54%，助剂占1%。其中，氧化铁红粒径为5~15μm；铝粉为片状铝粉，粒径为0.5~5μm；助剂采用环氧铁红涂料常用助剂，如：润湿剂、消泡剂、流平剂和流变剂等；溶剂为二甲苯。
用此方法制备的双层涂层结合力好，涂层致密，耐中性盐雾480h不锈蚀。
Claims (4)
1.一种钕铁硼磁体材料表面发黑处理层与有机涂层双层防护方法，其特征是，首先对钕铁硼除油、除锈、砂纸打磨；然后将钕铁硼浸于发黑液中8~15min，生成一层氧化膜；水洗晾干后，再涂覆一层有机涂料，固化形成有机涂层；
发黑液由亚硒酸、硫酸铜、硝酸镍、磷酸二氢锌、磷酸、柠檬酸、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
亚硒酸2~10g/L；硫酸铜1~7g/L；硝酸镍1~8g/L；磷酸二氢锌2~10g/L；磷酸2~4g/L；柠檬酸1~2g/L；OP-10乳化剂1~3g/L；余量为水；
有机涂料为环氧富锌涂料、环氧富铝涂料、环氧铁红涂料、氟碳涂料、环氧清漆、环氧锌铝涂料、丙烯酸涂料、聚氨酯涂料中的一种；
发黑处理层的厚度为1~8μm，有机涂层的厚度为3~15μm，涂层总厚度在4~23μm。
2.按照权利要求1所述的钕铁硼磁体材料表面发黑处理层与有机涂层双层防护方法，其特征是，除油液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、OP-10乳化剂混合而成，各组分的含量如下：
氢氧化钠40~60 g/L；碳酸钠20~30 g/L；磷酸三钠50~70 g/L；硅酸钠5~15 g/L；OP-10乳化剂2~5 g/L；余量为水。
3.按照权利要求1所述的钕铁硼磁体材料表面发黑处理层与有机涂层双层防护方法，其特征是，除锈液由盐酸、硝酸混合而成，各组分的含量如下：
盐酸2~10g/L；硝酸10~20 g/L；余量为水。
4.按照权利要求1所述的钕铁硼磁体材料表面发黑处理层与有机涂层双层防护方法，其特征是，砂纸打磨先用150#粗磨，再用600#砂纸打磨。
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