CN1421547A

CN1421547A - 钕铁硼永磁体表面电镀锌镍合金

Info

Publication number: CN1421547A
Application number: CN 01140118
Authority: CN
Inventors: 焦建宁
Original assignee: BEIJING JINGCI HI-TECH Co Ltd
Current assignee: BEIJING JINGCI HI-TECH Co Ltd
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-04

Abstract

本发明属于钕铁硼永磁体表面防腐领域，主要适用于烧结钕铁硼磁体，也适用于钢铁材料的表面防腐处理。该方法的主要特征是工件经过各种工序的前处理，电镀时通过控制各参数使锌离子、镍离子在工件表面沉积的更加合理、有序，再经过严格的后处理，从而提高工件的抗腐蚀能力，而且它是一种碱性无氰的电镀新技术，操作方便，废水处理方便。

Description

钕铁硼永磁体表面电镀锌镍合金

钕铁硼是一种具有高性能的永磁材料，是采用粉末烧结技术制成的。其结构疏松、多孔、稳定性和耐蚀性差，需进行防腐蚀处理。本发明根据这种材料的特殊性，提出了一种新的电镀工艺。

Nd-Fe-B永磁体自80年代问世以来，以其卓越的磁性能和较高的性能价格比而广泛应用于计算机，微波通讯、音像技术、医疗器械等领域，但在Nd-Fe-B永磁体中，Nd的含量较高(30％-35％)，而Nd是一种非常活泼的金属，在潮湿空气中极易氧化，与水和酸接触会放出氢气而腐蚀，其次Nd-Fe-B的晶界存在富Nd相极易发生晶间腐蚀而使材料粉化，最终导致磁性性能大大降低而报废。在Nd-Fe-B磁体表面进行镀覆存在一定困难，因为Nd的活泼性；其次，磁体是通过粉末冶金的方法压制成型再烧结而成，表面粗糙、疏松、多孔，在镀覆过程中容易渗入酸碱及镀液，造成镀后泛点和鼓泡。

目前，在钕铁硼防腐方面，金属镀层主要有Ni、Zn、Ni-P、Cu等金属或其化合物，用电镀、化学镀或物理气相沉积法镀覆于磁体表面，但相应存在技术不完善，涂层的耐腐蚀性、厚度、均匀性及结合力仍达不到高要求。比较典型的有电镀镍及镍磷合金：

一、电镀镍

磁体电镀镍和普通电镀过程相似，但在钕铁硼磁体电镀中，需要对溶液的化学组分作一定的调整，以获得中性电镀液和适当的活性及镀层溶解力，以缓解镀液对磁体表面的过大反应。电镀镍的工艺流程为：坯料—碱洗—清洗—酸洗—电镀—清洗—干燥。其工艺较简单，镀层存在边角效应，各个部位厚度不均，缺陷多，孔隙率大。耐中性盐雾试验一般在100小时左右(2000年《磁学与磁性材料》文集(二)，P89，NdFeB磁体防腐蚀研究)

二、电镀镍磷合金

钕铁硼永磁材料电镀Ni-P非晶态镀层，其工艺流程为：工件研磨—清洗—化学除油—电解除油—热水洗—水洗—出光—浸镀—水洗—电镀—水洗—干燥—性能检测。该工艺条件下得出的镀层的性能受多种因素的影响，如：电流密度、温度、PH值、亚磷酸盐含量等，而且在这些条件同时保证的条件下，镀层(厚度20Цm，含磷量10wt％)耐中性盐雾试验为120小时，其缺点受制约因素太多，镀层的脆性大、易开裂，难以避免微裂纹等缺陷的存在，从而影响其耐蚀性。(钕铁硼永磁材料电镀Ni-P非晶态镀层，材料保护，2001年第二期)

本发明的目地在于提供一种工艺简单，高耐蚀性、结合力优良，碱性无氰的钕铁硼永磁体表面防腐蚀方法。

针对上述目的，本发明钕铁硼永磁体表面防腐蚀方法是在其表面电镀一层Zn-Ni合金镀层，该工艺具体如下：1、工艺流程

机械抛光—碱性除油—水洗—超声波除油—水洗—酸洗—水洗—活化—水洗—电镀锌—水洗—合金电镀—水洗—钝化—水洗—干燥。2、工艺规范2.1机械抛光

抛光的目的是为了去除磁体表面的粗糙物和粘结物，细化工件表面，提高工件表面的光洁度。达到倒角的目的，角度的大小一定要掌握好，以防对下道工序产生影响。2.2碱性除油

除油的目的是使磁体表面洁净，但碱液浓度不能太高，以弱碱性为宜。其配方如下：

Na₂CO₃ 10-15 (g/L)

洗涤剂 10-20 (ml/L)

T， 60-65 (℃)

t， 4-5 (min)2.3超声波除油

进一步去除磁体表面和微孔中的油，防止电镀后镀层起皮。其工艺条件：

Na₂CO₃， 8-15 (g/L)

Na₃PO₄， 5-10 (g/L)

T， 15-50 (℃)

t， 10-30 (min)2.4酸洗

目的是去除锈点和氧化皮，酸洗时必须不断地翻动工件，酸洗时间要控制严格，洗的过程不断观察工件表面情况，当表面呈细致均匀带光泽的银灰色即可。其工艺条件如下：

HNO₃(65％) 3％

T，室温(℃)

t， 10-20(s)2.5活化

调整磁体表面，为预镀做好准备。其配方如下：

磺基酸 10-35(g/L)

表调粉 0.5-1.0(g/L)

T，室温(℃)

t， 10-15(s)2.6合金电镀电镀前加好添加剂，电镀时先用大电流冲击十分钟，并要带电入槽，镀前先经镀Zn处理。

镀液工艺规范：

氧化锌 10-30(g/L)

氢氧化钠 100-200(g/L)

NiSO₄ 6H₂O 2-10(g/L)

JC光亮剂 20-60(ml/L)

JC络合剂 70-1.30(ml/L)

电流密度 2-6A/dm²

阴阳极面积比 1∶0.5-1

阳极锌板(用阳极布包裹)

T， 10-60(℃)

t， 60-90(min)2.7钝化

钝化处理可采用不同含量的铬酐和不同成分的钝化溶液及不同的工艺条件，得到耐蚀性不同和色彩各异的钝化膜。3、Zn-Ni合金镀层沉积机理

锌镍共析属于异常共析型，在0.25A/dm²的低电流密度下是正常共析，在高电流密度即接近于极限扩散电流时，也是正常共析。正常工作电流密度内锌优先沉淀的原因是电极界面pH值升高，锌离子水解变成了Zn(OH)₂，它吸附在电极上使镍离子放电受到抑制之故。镍锌合金为单相组织，这种稳定的单相组织使其具有高耐腐蚀性的原因之一。

与现有技术相比，其主要特点表现在：

1)镀液电流密度范围宽，镍共析率稳定。

2)镀层具有与锌镀层一样的光亮及二次加工性，可直接钝化。

3)镀层的耐蚀性优于镀锌层的3倍以上，高温环境下的耐蚀性优良。

4)镀液分散能力和深镀能力优异，溶液组成稳定，不易产生自然分解与老化。

5)镀液对设备腐蚀性小。

实施例

采用本发明所述的钕铁硼永磁体表面电镀新工艺，我们已进行了一年多的批量生产，现对四批不同成分和不同形状的钕铁硼永磁体表面进行Zn-Ni合金电镀，各工序的工艺参数及步骤如表1所示，镀层的试验结果如表2所示。(其中批号5为对比例)表1：实施例钕铁硼永磁体表面进行Zn-Ni合金电镀各工序的工艺参数

批号	1	2	3	4	5
批号	1	2	3	4	5	永磁体成分(wt％)	27.88Nd，5.52Pr，1.07B，余Fe	30.17Nd，Pr2.03，0.98B，余Fe	26.64Nd，2.22Pr，1.27Tb，0.97B，余Fe	22.11Nd，4.89Pr，2.10Tb，0.94B₃，余Fe	27.88Nd，5.52Pr，1.07B，余Fe
永磁体形状尺寸(mm)	φ3×1.8	φ12.5×2.5	50×10×5	φ40×φ30×5	φ3×1.8	永磁体成分(wt％)	27.88Nd，5.52Pr，1.07B，余Fe	30.17Nd，Pr2.03，0.98B，余Fe	26.64Nd，2.22Pr，1.27Tb，0.97B，余Fe	22.11Nd，4.89Pr，2.10Tb，0.94B₃，余Fe	27.88Nd，5.52Pr，1.07B，余Fe
永磁体形状尺寸(mm)	φ3×1.8	φ12.5×2.5	50×10×5	φ40×φ30×5	φ3×1.8	机械抛光	20min	20min	30min	25min	20min
碱性除油洗涤剂15ml/L；T，65℃；t，5min.	Na₂CO₃12g/L，	Na₂CO₃12g/L，	Na₂CO₃15g/L，	Na₂CO₃15g/L，	Na₂CO₃12g/L，	机械抛光	20min	20min	30min	25min	20min
碱性除油洗涤剂15ml/L；T，65℃；t，5min.	Na₂CO₃12g/L，	Na₂CO₃12g/L，	Na₂CO₃15g/L，	Na₂CO₃15g/L，	Na₂CO₃12g/L，	超声波除油T，35℃；t，30min	Na₂CO₃12g/L.Na₃PO4，6g/L	Na₂CO₃12g/L.Na₃PO46g/L	Na₂CO₃15g/L，Na₃PO₄9g/L	Na₂CO₃15g/L，Na₃PO₄，9g/L	/
酸洗HNO₃ 3％；室温	10s	15s	20s	15s	10s	超声波除油T，35℃；t，30min	Na₂CO₃12g/L.Na₃PO4，6g/L	Na₂CO₃12g/L.Na₃PO46g/L	Na₂CO₃15g/L，Na₃PO₄9g/L	Na₂CO₃15g/L，Na₃PO₄，9g/L	/
酸洗HNO₃ 3％；室温	10s	15s	20s	15s	10s	活化(磺基酸25g/L表调粉0.75(g/L)；室温	10s	10s	15s	10s	3％盐酸，5s
电镀锌	氯化物镀锌	氯化物镀锌	氯化物镀锌	氯化物镀锌	氯化物镀锌	活化(磺基酸25g/L表调粉0.75(g/L)；室温	10s	10s	15s	10s	3％盐酸，5s
电镀锌	氯化物镀锌	氯化物镀锌	氯化物镀锌	氯化物镀锌	氯化物镀锌	合金电镀JC光亮剂34ml/L；JC络合剂52ml/L；电流密度4A/dm²阴阳极面积比1∶1；阳极锌板(用阳极布包裹)；T，55℃；t，min 75	氧化锌20g/L，氢氧化钠100g/L，NiSO₄6H₂O6g/L	氧化锌20g/L，氢氧化钠100g/L，NiSO₄6H₂O6g/L	氧化锌25g/L，氢氧化钠150g/L，NiSO₄6H₂O8g/L	氧化锌25g/L，氢氧化钠150g/L，NiSO₄6H₂O8g/L	/
钝化(三氧化铬，26g/L；硫酸(1∶4)，40ml；HNO₃(63％)，120ml.添加剂15ml.	20s	20s	25s	25s	20		氧化锌20g/L，氢氧化钠100g/L，NiSO₄6H₂O6g/L	氧化锌20g/L，氢氧化钠100g/L，NiSO₄6H₂O6g/L	氧化锌25g/L，氢氧化钠150g/L，NiSO₄6H₂O8g/L	氧化锌25g/L，氢氧化钠150g/L，NiSO₄6H₂O8g/L	/
钝化(三氧化铬，26g/L；硫酸(1∶4)，40ml；HNO₃(63％)，120ml.添加剂15ml.	20s	20s	25s	25s	20	干燥(60℃，30min)	干燥箱	干燥箱	干燥箱	干燥箱	干燥箱
备注	各个工序完后用水认真清洗					干燥(60℃，30min)	干燥箱	干燥箱	干燥箱	干燥箱	干燥箱

表2：实施例钕铁硼永磁体表面进行Zn-Ni合金电镀镀层性能试验结果

批号		1	2	3	4	5
批号		1	2	3	4	5	颜色		彩色	彩色	彩虹色	彩虹色	彩色
孔隙率		0	0	0	0	＜3％	颜色		彩色	彩色	彩虹色	彩虹色	彩色
孔隙率		0	0	0	0	＜3％	厚度(um)		10	10	15	10	10
盐雾试验	条件	5％NaCl，35℃，PH5.2	5％NaCl，35℃，PH5.2	5％NaCl，35℃，PH5.4	5％NaCl，35℃，PH5.3	5％NaCl35℃，PH5.2	厚度(um)		10	10	15	10	10
	条件	5％NaCl，35℃，PH5.2	5％NaCl，35℃，PH5.2	5％NaCl，35℃，PH5.4	5％NaCl，35℃，PH5.3	5％NaCl35℃，PH5.2	抗腐蚀寿命(小时)	＞1500	＞1500	＞1000	＞1000	48
	结合力	冷热试验	在300℃的马氟炉中保温2h，再在冷水中急冷，循环三次，没有起皮。				抗腐蚀寿命(小时)	＞1500	＞1500	＞1000	＞1000	48	条件同前，3％起皮
PCT试验		冷热试验	在300℃的马氟炉中保温2h，再在冷水中急冷，循环三次，没有起皮。				在2个大气压，相对湿度＞85％、125℃的蒸汽中，保温、保压12h，不起皮。				条件同前，5h起皮		条件同前，3％起皮

注：镀层抗腐蚀寿命以腐蚀面积达2.5％或镀层起皮为寿命终止。

由表可以看出，本发明的实施例No.1～4的耐蚀性和结合力比现有技术的对比例优异。

Claims

1、一种钕铁硼永磁体表面的防腐蚀方法，其特征在于：经过前处理的工件，在磁体上电镀一层锌镍合金镀层，再经过后处理，其抗腐蚀性在5％NaCl，35℃，PH＝5.2条件下1000小时以上不出现红锈。

2、根据权利要求(1)，其特征在于：锌镍合金的成分为：氧化锌10-30(g/L)；氢氧化钠100-200(g/L)；NiSO₄.6H₂O 2-10(g/L)。

3、根据权利要求(1)，其特征在于：后处理工艺包括钝化处理、烘干处理。

4、根据权利要求(3)，其特征在于：钝化处理工艺在三氧化铬，10-47g/L；硫酸(1∶4)，10-50ml；HNO₃(63％)，50-150ml；添加剂10-20ml；温度，20-35℃(15-25s)，70-95℃(15-25s)条件下。

5、根据权利要求(3)，其特征在于：烘干处理工艺温度为60℃(20-40min)，50-90℃(20-4min)。

6、根据权利要求(1)，其特征在于：前处理采用超声波清洗、新的活化工艺。

7、根据权利要求(1)，其特征在于：电镀过程中先电镀锌，再电镀合金，镀层中的镍含量在5-15％之间，成本低，抗腐蚀性好。

8、根据权利要求(1)，其特征在于：采用由氧化锌、氢氧化钠、光亮剂、络合剂等组成的镀液，分散能力、深镀能力优异。

9、根据权利要求(1)，其特征在于：镀完后没有出光而直接钝化，镀层抗蚀性好。