EP0736884A2 - Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung von Seltene Erden enthaltenden Dauermagneten mit minimaler Oberflächenschädigung - Google Patents

Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung von Seltene Erden enthaltenden Dauermagneten mit minimaler Oberflächenschädigung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a permanent magnet that is protected against corrosion by electrolytic coating and contains rare earths.
  • the permanent magnet is coated with an alloy predominantly containing palladium (Pd) and that an alkaline bath containing Pd is used as the electrolyte, the current yield of which is greater than 85%.
  • a coating of metallic objects with alloys containing palladium is known for example from the book "Galvanotechnik” 84, 1993, No. 7, pp. 2247-2252.
  • various types of electrolytes are listed, all of which contain palladium-containing electrolytes and in some cases also electrolytes which, in addition to palladium, also contain nickel compounds.
  • the cathodic current yield is the ratio of the actually deposited to the theoretical (according to the deposition equivalent) amount of metal calculated in percent.
  • the hydrogen ions (H +) that reach the surface of the permanent magnet to be coated react with the rare earths and apparently cause the surface damage observed. It has been shown that when using an alkaline electrolyte, which mainly contains palladium and gives a current efficiency of over 85%, the surface layer almost disappears due to the coating, so that the surface damage remains limited to the damage which is already present through the remaining cleaning steps of the magnet . Furthermore, the coating, which mainly contains palladium, has no soft magnetic properties which impair the magnetization, and also the corrosion resistance was measured in a continuous climate test at 85 ° C and 85% relative humidity with over 500 h.
  • the method according to the invention thus produces magnets whose corrosion resistance is comparable to known magnets coated with nickel, but - particularly in the case of small magnet dimensions - produces significantly better magnet values.
  • NdFeB magnets measuring 11 x 9 x 3 mm with a preferred direction of 11 mm at a current density of 0.5 A / dm 2 were electroplated with a palladium-nickel alloy, the palladium content of which was 75%.
  • the average layer thickness was 9 ⁇ m.
  • the degree of surface damage was determined by measurement on three of these sample magnets. The result shows that the thickness of the damaged layer was 12.5 ⁇ m in the case of the PdNi-coated magnets, while damage of 19.5 ⁇ m and 32.5 ⁇ m were measured for the same coating with tin. Examination of these magnets shows microcracks along the grain boundaries and showed that the magnets with a palladium-nickel coating had almost crack-free surfaces. Cracks were local up to max. one grain layer long. A comparison with tin-coated permanent magnets showed that up to two grain layers were continuously damaged, while with the nickel coating two grain layers on the edges and four on the pole face were recognized as damaged.

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Abstract

Magnetwerkstoffe mit Seltenen Erden, wie z. B. Kobalt-Samarium oder Neodym-Eisen-Bor werden zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit mit Metall-Legierungen beschichtet. Zur Vermeidung bzw. Minimierung der dabei entstehenden Oberflächenschädigung wird die Beschichtung erfindungsgemäß durch eine überwiegend Palladium enthaltende Legierung unter Verwendung eines alkalischen, Palladium enthaltenden Elektrolyten mit einer Stromausbeute größer als 85 % vorgenommen. Das Verfahren ist insbesondere vorteilhaft bei der Beschichtung von kleinen Magneten, bei denen Oberflächenschädigungen zu einer erheblichen Einbuße der magnetischen Eigenschaften führen würden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines durch elektrolytische Beschichtung korrosionsgeschützten, Seltene Erden enthaltenden Dauermagneten.
  • Derartige Verfahren werden beispielsweise bei Neodym-Eisen-Bor-Magneten eingesetzt, um die hohe Korrosionsanfälligkeit dieser Magnete auszugleichen. In dem Aufsatz "Coating Technology on Nd Magnet" (Gorham Int. Conference, Feb. 1989, Monterey, Calif.) ist ausgeführt, daß die verschiedenen Phasen in einem NdFeB-Magneten galvanische Prozesse zur Folge haben, die den Magneten sehr korrosionsanfällig machen. Um diesen Nachteil auszugleichen, wird vorgeschlagen, die Oberfläche des Magneten nach bestimmten Vorbehandlungen mit einer korrosionshemmenden Schicht zu versehen. Als solche Schichten werden Epoxidharz und auch Nickel genannt, das beispielsweise durch Elektroplattieren auf die Oberflache des NdFeB-Magneten aufgebracht werden kann. Ähnliches Korrosionsverhalten weisen auch andere Seltene Erden enthaltende Dauermagnete auf, wie beispielsweise Magnete mit Co und Sm-Phasen, z. B. CoSm, SmCo5 oder Sm2Co17 auf.
  • Beim Aufbringen einer Beschichtung durch Galvanisieren (elektrolytisches Beschichten) ist es allerdings unvermeidlich, daß die Seltenerd-Dauermagnete eine Schädigung der Oberfläche unter der Beschichtung erfahren. Dies gilt sowohl für die galvanische Vernickelung als auch für die Verzinnung sowie für Kombinationen aus Nickel und Zinn.
  • Während bei größeren Magneten eine minimale Oberflächenschädigung durch diese bekannten Beschichtungsverfahren noch hinnehmbar ist, ergibt sich insbesondere bei kleinen Magneten, die als Schüttgut im Trommel-, Glocken-, oder Vibro-Pot-Verfahren beschichtet werden, eine Verminderung der magnetischen Eigenschaften. Die Schädigung durch die Beschichtung äußert sich in der Form von Mikrorissen im Magnetmaterial nahe der Grenzfläche zwischen dem Dauermagneten und der Beschichtung und kann durch metallographische Methoden (Schliffuntersuchung) sichtbar gemacht werden. Betroffen sind in der Regel 2 bis 4 Kornlagen. Speziell bei einer Beschichtung mit Nickel erfolgt aufgrund des weichmagnetischen Verhaltens des Nickels eine Abnahme der Magnetisierung zusätzlich zu dem durch die Schädigung der Oberfläche beim Galvanisieren hervorgerufenen Einfluß.
  • Insbesondere bei sehr kleinen Magneten, wie sie z. B. in Uhren oder auch in Plattenspeicherlaufwerken zur Anwendung kommen, nimmt der Magnetisierungsverlust aufgrund des ungünstigen Verhältnisses Gewicht : Oberfläche relativ hohe Werte an. Ein in Vorzugsrichtung 1 mm dicker NdFeB-Magnet der Abmessung 2 x 2 x 1 mm mit einer 20 µm Nickelschicht weist beispielsweise bereits etwa 8 % magnetische Schädigung auf. Ein gleichermaßen verzinnter Magnet zeigt etwa 5 % Schädigung.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Beschichtungsverfahren anzugeben, bei dem diese Art der Oberflächenschädigung von Seltene Erden enthaltenden Dauermagneten vermieden bzw. auf ein Minimum reduziert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dauermagnet mit einer überwiegend Palladium (Pd) enthaltenden Legierung beschichtet wird und daß als Elektrolyt ein alkalisches, Pd- enthaltendes Bad verwendet wird, dessen Stromausbeute größer als 85 % ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Eine Beschichtung metallischer Gegenstände mit Palladium enthaltenden Legierungen ist für sich beispielsweise aus dem Buch "Galvanotechnik" 84, 1993, Nr. 7, S. 2247 - 2252 bekannt. Auf Seite 2250 dieser Literaturstelle sind verschiedene Elektrolyt-Typen aufgeführt, die alle Palladium enthaltende Elektrolyte und teilweise auch Elektrolyte enthalten, die neben Palladium auch Nickelverbindungen aufweisen.
  • Es wurde gefunden, daß im Gegensatz zu üblichen Metallen insbesondere die Atome der Seltenen Erden hauptsächlich dann angegriffen werden, wenn es sich um saure Elektrolytbäder mit einem PH-Wert unter 7 handelt und wenn die Stromausbeute des Galvanisierbades niedrig liegt.
  • Als kathodische Stromausbeute bezeichnet man dabei das Verhältnis der tatsächlich abgeschiedenen zur theoretisch (nach dem Abscheidungsäquivalent) errechneten Metallmenge in Prozenten.
  • Insbesondere die an die Oberfläche des zu beschichtenden Dauermagneten gelangenden Wasserstoff-Ionen (H+) reagieren jedoch mit den Seltenen Erden und verursachen offenbar die beobachtete Oberflächenschädigung. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung eines alkalischen Elektrolyten, der überwiegend Palladium enthält und eine Stromausbeute von über 85 % ergibt, die Oberflächenschicht durch die Beschichtung nahezu verschwindet, so daß die Oberflächenschädigung auf die durch die übrigen Reinigungsschritte des Magneten ohnehin vorhandene Schädigung begrenzt bleibt. Weiterhin besitzt die überwiegend Palladium enthaltende Beschichtung keine die Magnetisierung beeinträchtigenden weichmagnetischen Eigenschaften, und auch die Korrosionsbeständigkeit wurde bei einem Dauerklimatest bei 85°C und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit mit über 500 h gemessen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt also Magnete, deren Korrosionsbeständigkeit mit bekannten, mit Nickel beschichteten Magneten vergleichbar ist, jedoch - insbesondere bei kleinen Magnetabmessungen - wesentlich bessere Magnetwerte ergibt.
  • Als Ausführungsbeispiel wurden NdFeB-Magnete der Abmessung 11 x 9 x 3 mm mit Vorzugsrichtung im Maß 11 mm bei einer Stromdichte von 0,5 A/dm2 galvanisch mit einer Palladium-Nickel-Legierung beschichtet, deren Palladium-Anteil 75 % betrug. Die erreichte Schichtdicke betrug 9 µm im Mittelwert. An drei dieser Probemagneten wurde der Grad der Oberflächenschädigung durch Messung ermittelt. Das Ergebnis zeigt, daß die Dicke der geschädigten Schicht bei den PdNi-beschichteten Magneten 12,5 µm betrug, während bei gleicher Beschichtung mit Zinn eine Schädigung von 19,5 µm und mit Nickel von 32,5 µm gemessen wurde. Schliffuntersuchungen dieser Magnete lassen Mikrorisse längs der Korngrenzen erkennen und ergaben, daß die Magnete mit Palladium-Nickel-Beschichtung nahezu rißfreie Oberflächen hatten. Auftretende Risse waren lokal bis max. eine Kornlage lang. Ein Vergleich mit Zinn-beschichteten Dauermagneten ergab, daß bis zwei Kornlagen durchgehend geschädigt waren, während bei der Nickelbeschichtung an den Kanten zwei und auf der Polfläche vier Kornlagen als geschädigt erkannt wurden.
  • Insgesamt ist festzustellen, daß man besonders vorteilhafte Beschichtungen erhält, wenn man einen Elektrolyten mit folgenden Hauptbestandteilen verwendet: Pd(NH3)4Cl2, NiCl2, NH4Cl, NH4OH, der eine Stromausbeute >90 % hat und einen Palladiumgehalt in der Schicht zwischen 60 und 80 % ergibt.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines durch elektrolytische Beschichtung korrosionsgeschützten, Seltene Erden enthaltenden Dauermagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet mit einer überwiegend Palladium (Pd) enthaltenden Legierung beschichtet wird und daß als Elektrolyt ein alkalisches, Pd- enthaltendes Bad verwendet wird, dessen Stromausbeute größer als 85 % ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS der Dauermagnet mit einer Palladium-Nickel-Legierung beschichtet wird, die einen Palladium-Anteil von 60 bis 80 % besitzt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstärke auf einen Wert von größer 8 µm eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beschichtung des Dauermagneten ein Elektrolyt mit den folgenden Hauptbestandteilen verwendet wird: Pd(NH3)4Cl2, NiCl2, NH4Cl, NH4OH und daß zur Abscheidung eine Stromdichte im Elektrolyten im Bereich von 1 bis 100 A/m2 eingestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtenden Magnete als Schüttgut (Korb, Trommel) in den Elektrolyten eingebracht werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Beschichtung von Dauermagneten des Typs NdFeB verwendet wird.
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