CN103805983A - 一种永磁材料采用磷化剂进行磷化处理的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种永磁材料采用磷化剂进行磷化处理的表面处理方法,所述表面处理方法包括如下步骤:(1)倒角磨光:采用机械振磨、滚磨倒角法对钕铁硼永磁材料进行常规磨光;(2)脱脂除油:加入磷酸钠、碳酸钠或氢氧化钠进行常规脱脂除油;(3)酸洗除锈:再加入硝酸溶液进行常规酸洗除锈、水洗;(4)磷化处理:采用磷化剂进行磷化处理;和(5)水洗、吹干。本发明的表面处理方法简单、快速环保、耐蚀性高的性能;处理过程不产生沉渣,处理时间短,控制简便;处理步骤少,可省去表调工序,槽液可重复使用,有效提高油漆对基材的附着力。
Description
技术领域
本发明涉及材料的表面处理领域,尤其是涉及钕铁硼永磁材料的表面处理技术,具体地说,本发明涉及一种用于永磁材料采用磷化剂进行磷化处理的表面处理方法。
背景技术
近年来钕铁硼(NdFeB)永磁材料的应用和发展十分迅速,而钕铁硼永磁材料的防护成功与否关系到材料能否推广应用的关键技术之一。该材料主要是由稀土金属钕Nd、铁和硼等元素通过粉末冶金工艺制备而成。作为目前最强的磁性材料,已经广泛应用于电镀器件、机械、医疗、汽车等诸领域,应用前景十分广阔。
钕铁硼永磁材料应用的前提是首先要解决好钕铁硼永磁材料的防腐问题。作为一种粉末冶金工艺制备而成的多孔材料,因其中的富钕相,钕铁硼主相及边界相很容易形成晶间腐蚀。钕铁硼粉末合金中的稀土元素钕,性质活泼,使整个钕铁硼合金的耐蚀性能变得很差,在湿热的环境中极易生锈腐蚀,因腐蚀失效造成磁性能的下降或损坏,严重影响了钕铁硼永磁体的使用寿命,降低了产品的稳定性和可靠性。钕铁硼永磁材料的磁性能与其组织结构有很大的关系。钕铁硼永磁体的主相是磁体磁性能的主要来源。对矫顽力贡献最大的是富钕相。当钕铁硼永磁材料发生腐蚀以后材料的磁性能将发生巨大的变化。因此,钕铁硼永磁材料的防腐问题一直是钕铁硼永磁材料需要解决的主要问题。
目前钕铁硼永磁材料的防腐方法有很多。其中有电镀镍、电镀锌(CN1421547A、CN1056133A)、电镀多层镍、镀铜(CN1514889A),磷化(CN101022051)、电泳漆等多种方法。其中CN101022051由山西师鸣精细化工有限公司的马彦龙、朱晶心设计发明的一种烧结钕铁硼磁性材料的磷化方法中采用公开了一种烧结钕铁硼磁性材料的磷化方法,其技术方案是采用物理封孔法,对烧结钕铁硼磁性材料封孔,再进行磷化和钝化。其工艺包括:滚光倒角→封孔→除油→除锈→表面调整→常温磷化→钝化等步骤。并且要在150-160℃运用硬脂酸锌封孔,冷却,温度高,需要一定的高温设备和一定的劳动保护。其钝化采用六价铬,钝化不符合欧盟的环保要求。本发明为了解决以上问题采用一种环保的钕铁硼永磁体磷化方法,其工艺简单,集钝化和磷化一体,防腐性能高,无需表调和封孔,所有处理都可以在常温下进行,处理过程中无沉渣,处理时间短,控制简便。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷,提供了一种永磁材料采用磷化剂进行磷化处理的表面处理方法,提高永磁材料的防腐性能。
根据本发明,所述表面处理方法包括如下步骤:(1)倒角磨光:采用机械振磨、滚磨倒角法对钕铁硼永磁材料进行常规磨光;(2)脱脂除油:加入磷酸钠、碳酸钠或氢氧化钠进行常规脱脂除油;(3)酸洗除锈:再加入硝酸溶液进行常规酸洗除锈、水洗;(4)磷化处理:采用磷化剂进行磷化处理;和(5)水洗、吹干。其中,所述磷化剂包括主成膜物质、成膜助剂和促进剂;所述主成膜物质为磷酸;所述成膜助剂为氟硅酸和/或氟代磷酸、单宁酸和/或植酸、选自由锌离子、镍离子、锰离子、铅离子、镁离子、钙离子中的一种或两种以上;所述促进剂为钼酸钠和/或钼酸铵、芳香烃类硝基化合物、或者稀土类金属离子。
优选地,所述主成膜物质的含量为15-50克/升;氟硅酸和/或氟代磷酸的含量为15-25克/升,单宁酸和/或植酸的含量为0-5克/升,锌离子、镍离子、锰离子、铅离子、镁离子、钙离子中的一种或两种以上的含量为3-15克/升;钼酸钠和/或钼酸铵的含量为0.3-5克/升,所述芳香烃类硝基化合物的含量为1-10克/升,所述稀土类金属离子的含量为3-10毫克/升。
优选地,所述锌离子为氧化锌,所述镍离子为硝酸镍,所述锰离子为硝酸锰或磷酸二氢锰,所述铅离子为氧化铅,所述镁离子为氧化镁,所述钙离子为氧化钙。所述芳香烃类硝基化合物为间硝基苯磺酸钠。
优选地,所述稀土类金属离子为铈离子。所述铈离子为硝酸铈。
优选地,所述磷化处理在常温下进行。
优选地,所述磷化剂进行磷化处理的时间为10-30分钟。
优选地,磷化膜厚度在0.3-10微米。
优选地,磷化膜中铁含量为3-45重量%之间,磷含量为1-15重量%,其余为氧碳硅等离子。
优选地,所述永磁材料为烧结钕铁硼永磁材料或粘结钕铁硼永磁材料。
本发明的表面处理方法简单、快速环保、耐蚀性高的性能;处理过程不产生沉渣,处理时间短,控制简便;处理步骤少,可省去表调工序,槽液可重复使用,有效提高油漆对基材的附着力,填补了国内永磁材料表面处理行业的一项空白。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明做进一步说明,本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案,并非限定本发明。
实施例1
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸15克/升,氟硅酸15克/升,单宁酸1克/升,氧化锌2.7克/升,硝酸镍0.3克/升,钼酸铵0.3克/升,间硝基苯磺酸钠1克/升,硝酸铈离子3毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁30%、氧20%、磷8%、硅1.5%,锌0.3%,镍0.1%其余为钠和钕。磷化处理的时间为30分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度10微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例2
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸50克/升,氟硅酸18克/升,植酸0.1克/升,氧化锌8克/升,硝酸锰7克/升,钼酸钠5克/升,间硝基苯磺酸钠10克/升,硝酸铈10毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁3%、氧80%、磷15%、硅1%,锌0.3%,镍0.1%其余为钠和钕。磷化处理的时间为10分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度0.3微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例3
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸25克/升,氟代磷酸15克/升,氧化锌3克/升,硝酸铅0.5克/升,硝酸钙1克/升,钼酸铵1.3克/升,间硝基苯磺酸钠3克/升,稀土硝酸铈5毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁45%、氧48%、磷10%、钙0.1%,锌0.3%,铅0.1%其余为钠和钕。磷化处理的时间为25分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度4.3微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例4
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸22克/升,氟硅酸22.5克/升,植酸1克/升,氧化锌6克/升,硝酸镁1克/升,硝酸镍0.5克/升,间硝基苯磺酸钠4克/升,硝酸铈8毫克/升,钼酸钠0.1克/升加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁25%、氧6%、磷1%、硅3.5%,锌2.3%,镍0.2%,镁0.1%,其余为钠和钕。磷化处理的时间为28分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度7.5微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例5
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸35克/升,氟硅酸35克/升,单宁酸2.3克/升,氧化锌8克/升,硝酸镍0.5克/升,磷酸二氢锰1克/升,硝酸铅0.2克/升,钼酸钠1.3克/升,间硝基苯磺酸钠4克/升,硝酸铈5.6毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁15%、氧50%、磷9%、硅4.5%,锌2.3%,镍0.2%,锰0.2%,其余为钠和钕。磷化处理的时间为20分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度6.5微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例6
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸15克/升,氟代磷酸25克/升,氧化锌12克/升,硝酸镁0.5克/升,硝酸钙1.5克/升,钼酸铵2.2克/升,间硝基苯磺酸钠6.4克/升,硝酸铈9.2毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁42%、氧45%、磷9%、钙0.1%,锌3.3%,镁0.1%其余为钠和钕。磷化处理的时间为25分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度8.4微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例7
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸18克/升,氟代磷酸10克/升,氟硅酸15克/升,单宁酸5克/升,植酸0.5克/升,氧化锌5克/升,硝酸锰2克/升,硝酸镍0.5克/升,硝酸镁1.2克/升,钼酸铵0.3克/升,钼酸钠1.2克/升,间硝基苯磺酸钠8克/升,硝酸铈6毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁20%、氧60%、磷12%、硅0.8%,锌1.3%,镍0.1%,锰0.1%,镁0.1%其余为钠和钕。磷化处理的时间为25分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度7.0微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例8
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸38克/升,氟代磷酸5克/升,氟硅酸18克/升,单宁酸0.5克/升,植酸1.5克/升,氧化锌8克/升,磷酸二氢锰2.6克/升,硝酸镍0.8克/升,硝酸铅1.2克/升,硝酸钙1.5克/升,钼酸铵0.5克/升,钼酸钠0.2克/升,间硝基苯磺酸钠4克/升,硝酸铈8毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁8%、氧70%、磷14%、硅2.5%,锌2.0%,镍0.1%,钙0.1%,铅0.1%其余为钠和钕。磷化处理的时间为15分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度4.5微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例9
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸25克/升,氟代磷酸8克/升,氟硅酸16克/升,单宁酸0.5克/升,植酸2.5克/升,氧化锌8克/升,硝酸镍1.5克/升,硝酸镁2克/升,硝酸钙1.2克/升,钼酸铵0.4克/升,钼酸钠0.3克/升,间硝基苯磺酸钠2克/升,硝酸铈5毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁11%、氧60%、磷13%、硅2.2%,锌3.3%,镁0.1%,钙0.1%,镍0.1%其余为钠和钕。磷化处理的时间为25分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度8.3微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例10
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸25克/升,氟代磷酸8克/升,氟硅酸16克/升,植酸5克/升,氧化锌8克/升,硝酸钙1.5克/升,钼酸铵0.4克/升,钼酸钠0.3克/升,间硝基苯磺酸钠2克/升,硝酸铈5毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁11%、氧60%、磷13%、硅2.2%,锌3.4%,钙0.1%其余为钠和钕。磷化处理12分钟,涂层厚度4.5微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例11
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸25克/升,氟代磷酸8克/升,氟硅酸16克/升,单宁酸0.5克/升,植酸2.5克/升,磷酸二氢锰8克/升,硝酸镍1.5克/升,钼酸铵0.4克/升,钼酸钠0.3克/升,间硝基苯磺酸钠2克/升,硝酸铈5毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁11%、氧60%、磷13%、锰1.5%其余为钠和钕。磷化处理的时间为12分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度3.3微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例12
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸20克/升,氟代磷酸8克/升,氟硅酸16克/升,单宁酸0.5克/升,植酸2.5克/升,磷酸二氢锰8克/升,硝酸钙1.0克/升,钼酸铵0.4克/升,钼酸钠0.3克/升,间硝基苯磺酸钠2克/升,硝酸铈5毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁11%、氧60%、磷13%、硅2.2%,锰3.3%,钙0.1%,其余为钠和钕。磷化处理的时间为25分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度8.3微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例13
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸18克/升,氟代磷酸8克/升,氟硅酸16克/升,单宁酸2.5克/升,植酸2.5克/升,磷酸二氢锰8克/升,硝酸铅1.5克/升,钼酸铵0.4克/升,钼酸钠0.3克/升,间硝基苯磺酸钠2克/升,硝酸铈5毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁11%、氧60%、磷13%、锰3.2%,铅0.1%,其余为钠和钕。磷化处理的时间为12分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度3.3微米,防腐蚀性能参见表1。
实施例14
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,磷化处理。其中磷酸23克/升,氟代磷酸5克/升,氟硅酸15克/升,单宁酸2.5克/升,植酸2.5克/升,磷酸二氢锰8克/升,硝酸镁2.5克/升,钼酸铵0.4克/升,钼酸钠0.3克/升,间硝基苯磺酸钠2克/升,硝酸铈5毫克/升,加入配成1升备用。处理后的钕铁硼永磁材料表面形成的涂层中各个元素质量百分比为:铁11%、氧60%、磷13%、锰2.2%,镁0.1%,其余为钠和钕。磷化处理的时间为28分钟,便可在其表面形成一层不溶性磷酸沉积膜。涂层厚度8.3微米,防腐蚀性能参见表1。
对比实施例1
将的烧结钕铁硼永磁材料2.3公斤先在振磨机中磨光2小时。经磷酸钠20g/升,碳酸钠10g/升,氢氧化钠10g/升脱脂除油后,在1%硝酸中酸洗除去表面氧化物,水洗,表调,磷化。涂层结合力好,划格试验合格,防腐蚀性能参见表1。(详情参阅公开号为CN101022051的专利)。
下面,表1说明通过对上述实施例1~6得到的镀层进行物理参数的实验数据。
表1
实施例号 | 孔隙率(个/㎝2) | 硫酸铜滴定(秒) | 高温减磁(%) |
实施例1 | 0.1 | 50 | 0.01 |
实施例2 | 0.1 | 20 | 0.01 |
实施例3 | 0 | 30 | 0.01 |
实施例4 | 0.1 | 44 | 0.01 |
实施例5 | 0.1 | 54 | 0.01 |
实施例6 | 0.1 | 45 | 0.01 |
实施例7 | 0.1 | 55 | 0.01 |
实施例8 | 0.1 | 60 | 0.01 |
实施例9 | 0.1 | 66 | 0.01 |
实施例10 | 0.1 | 30 | 0.01 |
实施例11 | 0.1 | 25 | 0.01 |
实施例12 | 0.1 | 30 | 0.01 |
实施例13 | 0.1 | 25 | 0.01 |
实施例14 | 0.1 | 25 | 0.01 |
对比实施例1 | 12 | 5 | 0.09 |
由表1可以看出,本发明的涂层表面孔隙率小,耐蚀性高,高温减磁率小。
此外,关于磁体的高温减磁,定义如下:首先在常温下测量磁体的磁通,然后在一定温度下,将该磁体放置一段时间,待返回至常温状态后,再次测量其磁通。两个磁通的变化百分比即为高温减磁。
需要说明的是,上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用,不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内,当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种永磁材料采用磷化剂进行磷化处理的表面处理方法,所述表面处理方法包括如下步骤:
(1)倒角磨光:采用机械振磨、滚磨倒角法对钕铁硼永磁材料进行常规磨光;
(2)脱脂除油:加入磷酸钠、碳酸钠或氢氧化钠进行常规脱脂除油;
(3)酸洗除锈:再加入硝酸溶液进行常规酸洗除锈、水洗;
(4)磷化处理:采用磷化剂进行磷化处理;和
(5)水洗、吹干;
其中,所述磷化剂包括主成膜物质、成膜助剂和促进剂;所述主成膜物质为磷酸;所述成膜助剂为氟硅酸和/或氟代磷酸、单宁酸和/或植酸、选自由锌离子、镍离子、锰离子、铅离子、镁离子、钙离子中的两种以上;所述促进剂为钼酸钠和/或钼酸铵、芳香烃类硝基化合物、或者稀土类金属离子。
2.如权利要求1所述的表面处理方法,其中,所述主成膜物质的含量为15-50克/升;氟硅酸和/或氟代磷酸的含量为15-35克/升,单宁酸和/或植酸的含量为0-5克/升,锌离子、镍离子、锰离子、铅离子、镁离子、钙离子中的一种或两种以上的含量为3-15克/升;钼酸钠和/或钼酸铵的含量为0.3-5克/升,所述芳香烃类硝基化合物的含量为1-10克/升,所述稀土类金属离子的含量为3-10毫克/升。
3.如权利要求1或2所述的表面处理方法,其中,所述锌离子为氧化锌,所述镍离子为硝酸镍,所述锰离子为硝酸锰或磷酸二氢锰,所述铅离子为硝酸铅,所述镁离子为氧化镁,所述钙离子为硝酸钙。
4.如权利要求1或2所述的表面处理方法,其中,所述芳香烃类硝基化合物为间硝基苯磺酸钠。
5.如权利要求1或2所述的表面处理方法,其中,所述稀土类金属离子为硝酸铈离子。
6.如权利要求1所述的表面处理方法,其中,所述磷化处理在常温下进行。
7.如权利要求1所述的表面处理方法,其中,所述磷化剂进行磷化处理的时间为10-30分钟。
8.如权利要求1所述的表面处理方法,其中,磷化膜厚度在0.3-10微米。
9.如权利要求8所述的表面处理方法,其中,磷化膜中铁含量为3-45重量%之间,磷含量为1-15重量%,其余为氧碳硅等离子。
10.如权利要求1所述的表面处理方法,其中,所述永磁材料为烧结钕铁硼永磁材料或粘结钕铁硼永磁材料。
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