钕铁硼永磁体镀锌工艺

Zinc Plating Technology for Nd2Fe2B Permanent Magnet
HE Qi2jun1 ,2 , L I Wei1 , PAN Wei1 (1. Functional Materials of Central Iron and Steel Research Institute , Beijing 100081 ;
网址 :www. rimp . com. cn E - mail :cbsrjc @public. wh. hb. cn
武汉材料保护研究所
2002 年 7 月 15 日
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5 结 论
(1) 钕铁硼材料镀锌 ,需达到一定的镀层厚度才能起到防腐 蚀作用 。
(2) 含有钛 ( Ⅳ) 离子的镀锌层钝化膜比常规钝化膜具有更 强的抗腐蚀能力 。
(3) 采用 Zn2Ni 合金电镀 ,可在钕铁硼基体上获得结晶细密 , 耐蚀性好的光亮镀层 。
[ 参考文献 ]
[ 1 ] Block W , Grendel K,Staubach H. Corrosion protection of NdFeB magnets by coating[ A] . Proceedings 11th Intl Workshop on RE Magnets and Their Ap2
究方向 :化学表面处理 、高分子乳液合成及特种涂料研究 、环境腐蚀 、纳米涂层研究 、金属腐蚀及防护 、轻合金表面感性研究 、特种
金属前处理 、三元代铬合金镀层研究 、酸性镀铜工艺研究 、热喷涂设备及工艺研究 。
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1～3 g/ L 的 Ti ( SO4) 2 能明显地提高膜层的耐蚀性 (见表 1) 。Ti ( Ⅳ) 的加入提高镀锌层耐蚀性的原因 ,在于钝化膜内 TiO2 粒子
的封闭作用和 Ti ( Ⅳ) 离子的掺杂效应[2] 。当铬酸溶液中存在 Ti
( Ⅳ) 盐时 ,由于这种化合物水解后 ,部分生成难溶于水的二氧化
2. Ningbo Zhaobao Magnetic Ltd. Co. , Ningbo 315200 , China)
Abstract :The corrosion resistances of passivating films by various technologies were compared for zinc coatings of Nd2Fe2B permanent magnet . Results showed that corrosion resistance of Nd2Fe2B magnet depended on the thickness of zinc coating. Corrosion resistance was increased greatly by adding a few Ti ( Ⅳ) ion to passivation bath. The best anti2 corrosion coating was the Zn2Ni alloy plating.
[ 责任编辑 :段金弟 ]
研究生招生信息
武汉材料保护研究所 2003 年依国家招生计划继续扩大博士 、硕士研究生招生规模 ,预计招收博士研究生 4 人 ,硕士研究生
16 人 。博士研究生招生专业 :机械设计与理论 ;研究方向 :材料摩擦学 、高分子聚合物摩擦学 、摩擦学计算机仿真 。硕士研究生
招生专业 : (1) 机械设计与理论 (6 人) 研究方向 :材料摩擦学 、计算机辅助摩擦学测试技术 、摩擦化学 。(2) 材料学 (10 人) 研
[ 收稿日期 ] 2002 - 02 - 03
盐雾 试 验 按 GB10125 - 88 进 行 。5 % NaCl 溶 液 , pH 值 为 6. 5～7. 2 ,温度为 35 ±2 ℃,连续喷盐雾 ,采用 FQY025 盐雾试验 箱。
耐蚀性采用加速腐蚀法 ,在 10 %H2SO4 溶液中浸泡 1～2 h , 然后计算其失重率 ;在 5 %NaCl 溶液中浸泡 1～2 d ,计算其失重 率。
3. 2 钝化工艺
镀锌后经过铬酸盐处理 ,便在锌层上覆盖一层化学转化膜 ,
使活泼的金属锌处于钝态 ,这就是镀锌钝化工艺 。蓝白色钝化和
彩虹色钝化是工业中最常用的两种钝化工艺 。彩色钝化的耐蚀
性强于蓝白钝化 ,原因在于彩色钝化膜中含有铬 ( Ⅵ) 离子 ,在膜
层受损时具有自动修复功能 。通过试验 ,在常规钝化液中加入
Key words :Nd2Fe2B ; zinc electroplating ; passivation ; titanium ( Ⅳ) ; corrosion resistance
1 前 言
钕铁硼稀土永磁材料因其具有优异的磁特性和较 Sm2Co 系 价格低廉的优点 ,迅速进入工业化生产 。作为一种重要的功能材 料 ,钕铁硼永磁体在电子机械 、微电机 、办公自动化 、通讯设备等 方面发挥了显著的作用 。但由于钕铁硼永磁体中的 Nd 化学活性 强 ,易被氧化 ,耐蚀性差 ,尤其是潮湿气氛下 ,磁体表面Nd2Fe14B主 相 、富 B 相和富钕相形成微电池 ,增加腐蚀速度 。因而 ,对钕铁硼 永磁体的防腐蚀成功与否是关系到该材料能否推广应用的关键 。
第 35 卷 第 7 期 2002 年 7 月
工艺技术
材 料 保 护 MATERIALS PROTECTION
钕铁硼永磁体镀锌工艺
Vol. 35 No. 7 July 2002
贺琦军1 ,2 ,李 卫1 ,潘 伟1 (1. 钢铁研究总院功能材料所 ,北京 100081 ;2. 宁波招宝磁业有限公司 ,浙江 宁波 315200)
[摘 要 ] 比较了钕铁硼磁体镀锌层各种钝化工艺所形成钝化膜的耐蚀性能 ,发现镀锌层厚度对钕铁硼磁体的耐蚀 性影响很大 。在常规钝化液中加入一定量的钛 ( Ⅳ) 离子能明显提高钝化膜的耐蚀性 ,采用 Zn2Ni 合金电镀获得的镀层具有 最佳的耐腐蚀性能 。
[ 关键词 ] 钕铁硼 ; 镀锌 ; 钝化 ;钛 ( Ⅳ) ;耐蚀性 [ 中图分类号 ] TQ153. 2 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1001 - 1560 (2002) 07 - 0022 - 02
针对其耐蚀性问题 ,有效的防腐蚀方法主要有电镀锌 、电镀 镍 、离子镀铝铬酸盐钝化 ,以及涂覆有机涂层等 。作者通过对各 种镀锌及钝化工艺的研究 ,发现锌镍合金电镀并进行彩色钝化能 取得令人满意的耐蚀 、装饰效果 。
2 试 验
本文采用粉末烧结的钕铁硼材料作基材 ,零件尺寸为 <12 × 5 。为研究不同镀锌体系对钕铁硼耐蚀性的影响 ,采用酸性钾盐 镀锌 、碱性锌酸盐镀锌和 Zn2Ni 合金镀锌工艺及蓝白色 、彩色钝 化工艺 。
plications[ C] . Pittsburgh : [ s. n. ] ,1990. [ 2 ] 卢燕平. 改性低铬钝化膜耐蚀性的研究 [J ] . 电镀与涂饰 ,2000 ,19
(4) :14.
[ 3 ] 许爱忠. 锌2镍合金镀层耐蚀性机理研究进展 [J ] . 电镀与环保 ,
2000 ,20 (3) :1～5.
酸性镀锌
碱性镀锌 (预镀酸锌)
Zn2Ni 合金镀
镀层外观
光亮彩色 , 镀层较粗 , 偶尔有脱膜
光亮彩色 , 结晶较细
光亮彩色 , 结晶细密
盐雾试验后 镀层外观
72 h 后出现 150 h 后出现黑色 150 h 后镀层完好 白色锈斑 小斑点 ,膜色变淡 且彩色依旧
注 :表中镀层厚度 16μm ,彩钝 ,150 h 盐雾试验 。
盐雾试验/ h
72
96
150
> 150
5 %盐水浸泡腐蚀速
率/ mg·cm - 2·h - 1
0. 025 5
0. 008 9
0. 003 7
0. 002 8
10 %H2SO4 浸泡腐蚀 速率/ mg·cm - 2·h - 1
438. 3
334. 8
312. 6
305. 4
4 镀锌体系
对于钕铁硼合金 ,碱性体系不易直接施镀 ,这是因为阴极析 氢剧烈 ,只能得到海绵状疏松镀层 ,使基体受到腐蚀 。所以 ,在进 行碱性镀锌前必须进行预镀锌处理 。在本文的研究中 ,以酸性镀 锌作为预镀处理 ,然后进行碱性镀锌 ,则可获得结晶细致的镀层 。
的钝化能力 ,其表面生成一层极薄且致密的 NiO 钝化膜 ,该钝化
膜柔韧性好 ,内应力小 ,不易因外力或机具有很高的防蚀性能 。相比纯锌层
而言 ,它还具有优异的机械力学性能和细致光亮的外观 。3 种不
同工艺的彩钝样品耐蚀性试验见表 2 。
表 2 不同镀层体系的耐蚀性试验
Ti (SO4) 2 与溶解的 Fe2 + 反应生成亮红色的 Fe2 TiO4 ,因而在钝化膜 中也显现特有的红色 ,尤其在蓝白钝化膜中有微微的红色 ,更为
明显 。
表 1 不同钝化工艺的耐蚀性比较( 镀层厚度 16μm)
钝化工艺
蓝白钝化
蓝白钝化 + Ti ( Ⅳ)
彩色钝化
彩色钝化 + Ti ( Ⅳ)
钛水合物 (TiO2·nH2O) 沉淀 ,与铬的化合物相互交织 ,齐聚沉积于 镀锌层表面 ,另一部分则以胶状形式填充于钝化膜的空隙内 。此
外 ,析出的硫酸氧钛吸附在钝化膜三价铬化合物形成的骨架空隙
处或覆盖于钝化膜表面 。遇水接触还可继续发生水解 ,得到胶体
TiO(OH) 2 沉淀 ,提高了膜层结构的致密性和稳定性 。同时由于
对于酸性镀锌 ,钕铁硼合金可获得良好的镀锌层 ,然而由于镀层 中夹杂有较多有机光亮剂 ,降低了镀层的耐蚀性能 ,增加了镀层
彩色钝化的难度 ,而且镀层结晶也较碱性镀层的粗糙 。Zn2Ni 合 金电镀 ,由于其优异的耐蚀性和很好的价格/ 防护比在国外获得 巨大发展[3] 。当锌2镍合金镀层中镍含量在 10 %～20 %时 ,镍与 锌形成γ相金属间隙化合物 。该合金相在大气环境中具有很强
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钕铁硼永磁体镀锌工艺
对镀锌层蓝白钝化磁体的盐雾试验表明 ,8μm 厚的镀锌层经 24 h 盐雾试验后出现大面积的白色锈斑 ,而 16μm 厚的镀锌层经 72 h 盐雾试验后仅出现几个小黑点 ,说明一定厚度的锌镀层是获得较 好耐蚀性的必要条件 。
3 结果及讨论
3. 1 镀层厚度
对一般金属基体而言 ,锌镀层由于电位较负而作为牺牲阳极 性镀层 ,即使在镀层中裸露出金属基体 ,锌层也能起到防护作用 。 但对于钕铁硼基体来说 ,由于钕铁硼的富钕相电位较锌镀层更 负[1] ,锌镀层失去了它的优势 。在锌镀层缺陷处 ,锌作为牺牲阳 极发生溶解 :Zn + 2H+ →Zn2 + + 2 [ H ] ,活性氢原子在镀层缺陷处 产生并扩散到基体内部发生吸氢腐蚀 :Nd + 3 [ H] →NdH3 。由于 阴极与阳极表面积不利的相互关系 ,在阳极处产生了高密度电流 而引起氢的高浓度 。其最终的腐蚀产物是白锈 ( Zn 的氧化物 、氢 氧化物及钕的氢化物) 。由于腐蚀产物结构较疏松 ,不能阻挡 H2O 和空气的浸入 ,腐蚀便向横向和纵向发展 。因此 ,对钕铁硼 镀锌层而言 ,获得完整无缺陷的锌镀层是防腐蚀工艺的关键 。经 过研究 ,增加镀锌层厚度可减少镀层孔隙率 ,提高镀层的耐蚀性 。