钕铁硼零件滚镀工艺

钕铁硼零件滚镀工艺

一、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，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5～6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Nd2Fe14B 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：①影响镀前处理时用酸、用碱均不宜太强，且忌用盐酸；②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；③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，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。

二、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。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130～140℃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7～8L。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30～40g/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30～40mL/L，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20～25g/L，氟化氢铵10～15g/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，