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1、钕铁硼零件滚镀工艺1、概述钕铁硼是磁性材料大家族中的一个(新) 成员。磁性材料从应用功能上可分为软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等多种，统称为磁功能材料。其中永磁材料指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种磁性材料，也称硬磁材料或恒磁材料。永磁材料有铝镍钴系、铁氧体系和稀土永磁材料等多种。其中稀土永磁材料指由稀土元素钐、钕、铈、镨等与过渡元素铁、钴等组成的合金，其磁性能大大超过铝镍钴系及铁氧体系，故在现代电子通讯技术中得到广泛的应用。稀土永磁材料的发展到目前为止经历了三代，第一、二代为钐钴系，虽然磁性能较好，但因含储量稀少的钐和稀缺、昂贵的战略金属钴使其发展受到限制。第三代即钕铁硼
2、，最早于 1983 年诞生于日本住友特殊金属公司，其磁能积是铝镍钴系的56 倍、铁氧体系的约 10 倍、钐钴系的约 2 倍，是目前为止磁性最强的永磁材料，号称“永磁王” 。并且，钕铁硼(相对于钐钴系 )价格低廉、资源储备丰富，因此一经问世即得到快速的发展，目前已广泛用作电子信息、汽车制造、通用机械、石油化工及尖端技术等行业不可缺少的磁功能材料，是二十一世纪的朝阳产业。但与其它永磁材料(如铁氧体 )相比，钕铁硼极易受到腐蚀。因为： (1)材料中含约 1/3化学活性极强的钕(标准电位-2.431V)，则( 尤其在暖湿和高温环境中) 表面极易氧化，产生晶界腐蚀；(2)材料中的富钕相、富硼相与主相 N
3、d2Fe14B 形成原电池，从而使腐蚀加速。所以，钕铁硼产品在使用前必须进行严格的防腐处理，否则材料腐蚀后磁性能大大下降，将直接影响整机的使用性能和寿命。电镀作为一种成熟的金属表面处理手段，在钕铁硼磁体防腐领域应用较为广泛。钕铁硼磁体根据制作方法不同分为烧结型和粘结型两种。钕铁硼电镀一般用于烧结型而非粘结型，因为粘结型钕铁硼在制作过程中粘结剂溶剂的挥发易形成孔洞，孔洞和粘结剂不能构成导电回路，从而难以使金属在零件表面进行电化学沉积。钕铁硼产品有圆片、圆环、圆柱、圆管、扇形、方片、方块、瓦片等多种形状，但多为小零件，故广泛采用滚镀。并且，即使稍大点儿的零件(如方块、瓦片等)经过工艺或设备改进，目
4、前也很多采用滚镀。但 钕铁硼零件滚镀可谓困难重重，远非普通钢铁小零件所能比，这主要是由于钕铁硼材料的特殊性所造成的：(1) 钕的化学活性极强，钕铁硼零件甚至与水接触都会产生氢气而腐蚀，这种特性：影响镀前处理时用酸、用碱均不宜太强，且忌用盐酸；预镀(或直接镀) 时若选择简单盐镀液类型，极易造成零件氧化而影响镀层与基体的结合力，且零件受到腐蚀并将镀液污染；难以选择大尺寸的滚筒，否则混合周期的影响较大，零件氧化严重。(2) 钕铁硼产品为磁功能材料，任何表面涂覆都可能对其磁性能产生影响，所以如何协调镀层的种类、组合及厚度等与产品磁性能的关系，是钕铁硼电镀的一大难点。(3) 钕铁硼表面疏松多孔、粗糙不平
5、，这不仅给镀前处理带来较大负担，更主要的是预镀(或直接镀) 工艺的选择受到较大限制，即无法选择镀层结合力好、耐蚀性好但电流效率低的络合物镀液(如碱铜、柠檬酸镀镍、碱锌等 )。(4) 钕铁硼材质脆性大，极易受到磕碰而损坏，这不仅增加工人操作上的困难，更主要的是难以选择大尺寸的滚筒，从而影响劳动生产效率的提高。2、镀前处理钕铁硼的镀前处理虽然也是通过一系列处理步骤获得平整、光滑、无油污、无锈蚀的基体金属表面，但不像处理普通钢件一样简单，而有其自身的特殊性，且其特殊性主要受钕铁硼表面物理化学性质的影响。1、烘烤除油钕铁硼表面多孔，极易藏污纳垢，用常规方法难以将孔内的油污除净，从而给镀层质量带来隐患。
6、采用高温烘烤除油(200oC 恒温 1h)，可使孔内的油脂碳化成灰烬而除去。2、封孔即对零件表面的孔隙进行封闭处理，以使其后各道工序的处理液(如除油液、酸洗液、镀液等)不渗入孔内，从而避免镀后镀层的内部腐蚀，保证了质量。封孔可采用浸硬脂酸锌法：将硬脂酸锌加热至 130140熔化，将零件浸渍约 20min，取出在 600下干燥30min，或室温放置 2h 以上，使其固化。3、倒角即滚光。钕铁硼表面粗糙不平，若不做光整处理，电镀时可能因实际电流密度远小于表观电流密度使镀层沉积变得困难。滚光可使零件表面平整、光滑，从而利于镀层快速、均匀、连续地沉积。但与普通钢件滚光不同的是，钕铁硼脆性大，绝对不能采
7、用大尺寸(尤其直径大)滚光滚筒，否则零件可能被滚成碎片。一般，钕铁硼滚光采用卧式行星滚光机或振动光饰机。卧式行星滚光机在转动体的圆周上等距离安装四个小型六角滚筒，每个滚筒容积 78L。四个滚筒一方面随转动体公转，一方面绕各自轴心按相反方向自转。滚筒的行星运动使筒内零件始终保持在筒壁外周一侧，此时磨料与零件产生相对运动，并对零件表面进行细微切削、挤压，从而在不损伤零件的情况下达到光整目的。振动光饰机的轴向为垂直方向，则零件运行为水平(或螺旋) 方向，因此零件间磕碰程度较轻，不会像卧式滚筒那样对零件产生较大损伤。振动光饰机一般用于钕铁硼大尺寸产品的光整处理，可避免磕角、磕边等现象。滚光使用的磨料种
8、类、磨料与零件比例、滚筒转速、处理时间及是否使用除油剂等，应根据零件具体规格、公差要求、表面油污状况等进行合理选择，这一般需要在长期实践中根据不同情况总结出不同的经验，非几句话能说得清楚。4、除油、酸洗钕铁硼材料的化学活性较强，强酸或强碱均会对其造成腐蚀，所以不管除油液还是酸洗液，酸碱性均不宜太强。钕铁硼除油或酸洗的配方很多，但大同小异，现推荐两种溶液配方如下：(1) 除油：磷酸三钠 70g/L，碳酸钠 50g/L，氢氧化钠 5g/L，OP-10 乳化剂 0.5g/L，柠檬酸 3040g/L，温度 65。配方中柠檬酸对钕具有一定的络合作用，可防止钕的氧化。(2) 酸洗：硝酸 3040mL/L，
9、硫脲 0.5g/L，PH 值(用氨水调)4 5,温度室温。配方中硫脲起缓蚀作用，用氨水调 PH 值是因为氨水对钕具有一定的络合作用，可防止钕的氧化。但禁用盐酸，因盐酸中的氯与钕反应较强，对基体造成腐蚀。酸洗至零件表面呈均匀、细致、有光泽的银白色为宜。5、活化为进一步提高镀层结合力，经酸洗的钕铁硼零件电镀前应增加活化处理，使零件表面处于活化状态更容易镀覆。推荐的活化工艺：磺基水杨酸 2025g/L，氟化氢铵 1015g/L，温度室温。6、超声波处理对钕铁硼来讲，以上镀前处理步骤本必不可少，但烘烤除油时间长、效率低、使用的设备数量多，封孔处理在实践时发现不像实验室所做的效果明显，所以实际生产中未必
10、会采用此两步骤。不过，这还缘于另外一个原因，即利用超声波的空化作用完全可彻底清除钕铁硼微孔中的油污、酸碱等物质，且超声波清洗技术成熟，设备简单、易操作。所以，钕铁硼镀前处理多根据情况少量或大量采用超声波处理技术。推荐的钕铁硼超声波镀前处理工艺流程：超声除油(此步骤于滚光后) 流动水超声水钕铁洗酸洗流动水超声水洗活化流动水超声水洗电镀。实际生产中，有条件的话，可按工艺流程做成小型镀前处理生产线。所谓小型，主要指处理用的滚筒要小，以免大滚筒翻滚强烈使零件受到损伤。滚筒转速也不能太快(依滚筒尺寸和零件定) 。材质不能采用塑料(塑料吸能会弱化超声作用),可采用不锈钢网。不设阴极导电。可手工操作，也可采
11、用手推或悬壁行车操作。但实际操作中，往往不是采用专用镀前处理滚筒，而是采用塑料网盛少许零件进行人工晃动清洗，完成以上各步骤后装入电镀滚筒。这样，工人劳动强度虽稍大，但因盲孔内易产生空化效应，利于零件微孔及表面油污、赃物等彻底清洗。这种操作方式在钕铁硼镀前处理中效果较好。另外，实际生产中虽应按工艺流程进行处理，但未必按工艺流程配备多台超声波清洗机、多只水洗槽等。实际情况是，除超声除油槽及酸洗槽、活化槽外，可能只需一台超声波水洗机。其盛水部分较浅(只有几公分) ，流动水设计，有进水口和溢水口，工作时控制进水速度，可实现槽内清洗水的快速更新，几乎时刻保持槽内水的洁净。因此，一台超声波水洗机可担负工艺
12、流程中所有水洗的任务，从而节省了设备和场地。3、化学浸镀 钕铁硼中化学活性极强的钕，给其电镀带来很大麻烦。这不仅表现在镀前处理的用酸、用碱时受到较大限制，更主要表现在极易造成零件氧化，从而使镀层与基体的结合力难以保证。因此，要求零件在活化后应尽快上镀，以阻止其氧化进程，上镀越快氧化程度就越轻，镀层与基体的结合力就越好。所以，钕铁硼电镀讲究：(1)工序间不间断操作，至少活化与电镀工序间操作速度要快；(2)滚筒尺寸要小，这样可减小混合周期的影响，尽快上镀； (3) 使用冲击电流促其尽快上镀，等等。但尽管如此，采用电镀方法：(1)零件表面需达到一定电流才能上镀，这就需要时间，零件低区时间更长；(2)
13、即使再小的滚筒也无法完全避免混合周期的影响，况且滚筒太小对批量生产没有意义；(3)采用单盐镀液预镀 (或直接镀)极易使零件氧化或受到腐蚀。所以，钕铁硼采用电镀方法预镀(或直接镀) ，总难以做到镀层结合力良好。化学浸镀不失为解决钕铁硼镀层结合力不良的好办法。化学浸镀采用化学反应的方法使零件表面沉积镀层，无需电流及几乎不存在混合周期的影响，只要零件与溶液接触即刻便会上镀，其速度远非电镀所能比，从而减缓了施镀过程中零件的氧化进程。化学浸镀后再进行电镀，则不易出现镀层结合力不良问题。推荐的化学浸镀配方：(1) 浸锌：硫酸锌 30g/L，焦磷酸钾 105g/L，碳酸钠 7g/L，氟化钠 5g/L，温度
14、85,时间30s，可用于钕铁硼镀锌前的浸镀。(2) 浸镍：醋酸镍 70g/L，硼酸 65g/L，氢氟酸 170mL/L，温度室温，时间 30s，可用于钕铁硼镀镍前的浸镀。但化学浸镀在实际生产时远不像在实验室中那么简单，虽然曾有某钕铁硼厂因镀层结合力不良被大批退货，损失惨重，后采用化学浸镀使问题得到解决。但毕竟这种方法溶液变化较快、不能长期使用、不如电镀更易操控等，因此不易被一线操作人员所接受。不过，某钕铁硼电镀技术人员曾这样说：“我把化学浸镀当作杀手锏 ，一般不用，遇到厉害的角色(即镀层质量要求较高)时再用” 。至少目前，这不失为一个好主意。但若化学浸镀能像镀锌、镀镍那样成熟、稳定、易操控，钕
15、铁硼电镀长期以来存在的老大难镀层结合力不良问题，不就可以得到有效解决了吗？这需要专业人士做进一步研究。4、滚镀锌钕铁硼镀锌层的耐蚀性较差。因为钕的电位比锌负得多，且在材料中所占比例较大，钕铁硼镀锌不能像钢件镀锌一样对基体起到非常明显的阳极保护作用，则锌对钕铁硼来讲简直就是阴极性镀层，几乎要靠低孔隙率来保证其耐蚀性。并且，钕铁硼采用的酸性镀锌工艺，镀层致密度又较低，则孔隙率较大，因此不能对基体起到有效的保护作用。试验结果表明，同等情况下钕铁硼镀锌层的耐蚀性不如镀镍层，而普通钢件则相反。另外，锌镀层(相对于镍、铬等镀层)不能长久保持漂亮的外观，这使其装饰性作用也会大打折扣。既是防护-装饰性镀层，防
16、护性不佳，装饰性也不佳，所以钕铁硼镀锌一般只用在档次不高的产品上以降低成本。因为镀锌成本低，工艺成熟、易操控，钕铁硼也分三六九等，在一些档次不高且使用环境不太差的产品上采用镀锌还是合适的。采用载重量 5kg(实际可能远超 5kg)的滚筒，氯化钾滚镀锌，一般滚镀约 1.5h，镀层厚度约 8m，篮白钝基本可满足 24h 中性盐雾试验要求。彩钝会更好些。若要求再高，则只有增加镀层厚度，因为镀层越厚孔隙率越低，对基体的保护作用就越好。但不宜增加防锈剂之类的有机涂层，因为这样可能在零件充磁时造成影响。但若不完全从成本角度考虑，可通过以下途径来提高钕铁硼镀锌层的耐蚀性。(1) 采用碱性镀锌层 因为钕铁硼镀锌层几乎靠低孔隙率保证其耐蚀性，碱性镀锌属络合物类型，镀层致密度比酸性镀锌高(则孔隙率低) ，所以若作为阴极性镀层，耐蚀性自然比酸性镀锌好。并且，碱性镀锌层钝化膜(不管篮白还是彩钝) 的抗变色能力优于酸性镀锌，这会进一步提高其耐蚀性。所以，钕铁硼若采用碱性镀锌，在镀层厚度相同时耐蚀性会比酸性
