钕铁硼零件滚镀工艺

1、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

2、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

3、,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

4、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: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

5、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。

6、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 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

7、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 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 (

8、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

9、/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,硫脲 0.5g/L, PH 值 (用氨水调 45, 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,

10、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,

11、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

12、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流程中所有水洗的任务,从而节省了设备和场地。三、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

13、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

14、, 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 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,

15、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。四、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

16、, 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

17、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,

18、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镀锌好。碱性镀锌可采用锌酸盐镀锌 (氰化镀锌剧毒 ,该工艺也非常成熟,尽管电流效率有点低,但 对钕铁硼采用小滚筒电镀影响不太明显。 只是因电流效率低, 不能直接在钕铁硼基体上施镀。 因为钕铁硼表面多孔,电流效率低会造成阴极大量析氢,只能得到疏松、海绵状的镀层。 采 用浸锌或酸性镀锌预镀可解决此问题。(2采用锌合金镀层 锌合金镀层比纯锌层耐蚀性好得多,常用的锌合金镀层有锌铁合 金、锌镍合金等,其中以锌镍合金耐蚀性最好。目前,虽未见有钕铁硼滚镀锌镍合金应用的 报道 (据说安美特的酸性滚镀锌镍合金已用于某钕铁硼

19、厂小批量生产 ,但在改善钕铁硼镀锌 防腐的途径中,锌镍合金是最被看好的。虽然锌镍合金对钕铁硼的阳极保护作用也不明显, 但含镍 10%15%的锌镍合金为稳定的 相单相组织,该合金相在大气环境中具有极强的钝 化能力,表面易生成一层极薄的、致密的 NiO 钝化膜,且膜层破裂后会迅速修复。所以, 锌镍合金镀层具有极佳的耐蚀性,最高可比纯锌层提高约 10倍。但钕铁硼若镀锌镍合金, 酸 性锌镍合金滚镀难度大不易成功, 碱性锌镍合金不能直接在钕铁硼基体上施镀, 应浸锌或酸 性镀锌预镀,且不易获得高含镍量 (10%15%的镀层,则耐蚀性不像期望的那么高。 钕铁硼采用碱性镀锌或锌镍合金镀层, 耐蚀性比酸性镀锌层

20、有不同程度的提高。 但碱性 镀锌需预镀, 碱性锌镍合金不仅需预镀且滚镀难度也相对较大, 均不如酸性镀锌简单、 方便、 用起来得心应手。 所以, 这两种工艺若替代酸性镀锌用在档次不高的钕铁硼产品上, 恐怕不 易被多数人所接受,这可能就是钕铁硼镀锌多年来一直是酸性镀锌独大的原因吧!五、滚镀镍1.滚镀单层镍钕铁硼镀单层镍一般采用滚镀亮镍工艺,与普通钢件滚镀亮镍相比:(1对原辅材料尤 其添加剂的性能和质量要求更高; (2对设备的可行性和可靠性要求更高; (3要求工序间不 间断操作 (至少活化与电镀间操作速度要快 ,且入槽后采用大电流冲击以使零件尽快上镀, 否则零件氧化程度大, 影响镀层结合力。 其实,

21、 这几点也是钕铁硼电镀通用的要求, 如镀锌、 预镀镍等也是如此。钕铁硼镀单层镍的最大问题是, 镀层需要很厚, 否则因孔隙率较大不能对基体起到较好 的保护作用。然而,因镍是磁性金属,镀层太厚又会对磁体的磁性能产生较大影响 (主要是 磁屏蔽 。这是一个两难的、矛盾的选择。所以,钕铁硼镀单层镍非理想之选。2.滚镀双层镍钕铁硼选择镀双层镍的理由是, 双层镍的 “ 横向腐蚀作用 ” 可使镀层减薄但耐蚀性反倒提 高, 这对钕铁硼无疑有着积极的意义, 既提高防腐性又 (因镀层减薄 减轻了对磁性能的影响。 但普通钢件镀双层镍可达到镀层薄但防腐性好的目的,钕铁硼镀双层镍则有人持怀疑态度。 认为双层镍镀层减薄后孔

22、隙率会有所增加 (双层镍只是在相同厚度时比单层镍孔隙率低 ,则 腐蚀从孔隙处直达基体,此时因材料中含相当数量化学活性极强的钕,双层镍的 “ 横向腐蚀 作用 ” 也无济于事。钕铁硼电镀无论什么镀层,其防腐主要靠低孔隙率,所谓的牺牲阳极性 作用 (如锌、双层镍等 意义不大。钕铁硼镀双层镍比单层镍防腐性提高,只能是在镀层没减 薄或减薄很少的情况下,镀层不减薄则对钕铁硼镀双层镍起码失去了一半的意义。其实, 钕铁硼镀双层镍难以在生产中推广开, 还因为半亮镍与亮镍溶液的交叉污染问题。 一般滚镀双层镍, 镀完半亮镍后不换滚筒直接入亮镍槽滚镀亮镍。 但直齿传动的滚筒不知不 觉中在下一轮将亮镍液的硫渐渐带入半亮

23、镍液将其污染 (可参考第四章第二节三 ,从而缩小 了两层镍间的电位差。 相信不少厂家有过这样的经验:刚开始两层镍间的电位差还可以达到 要求,后来越来越小,最后可能就没有电位差了。前几年,新上钕铁硼电镀项目时,多层镍 测厚仪几乎是必上的设备,近几年起码新上时似乎不见该设备了。3.滚镀镍 -铜 -镍普通钢件的铜 -镍组合镀层不失为钕铁硼的理想之选。因为:铜的孔隙率比镍低,以 铜代替部分镍 (代替多少根据情况而定 可提高镀层耐蚀性;铜为非磁性金属,对磁体的磁 屏蔽小于镍, 可使磁体因镍层磁屏蔽造成的磁性能损失减小; 可降低镀层成本。 但钢件直 接镀铜 , 若不嫌氰化物剧毒尚可选择氰化镀铜,钕铁硼直接

24、镀铜则即使不嫌氰化物剧毒也无 法采用氰化镀铜。 因为氰化镀铜电流效率低, 若直接在钕铁硼基体上施镀, 其结果与碱性镀 锌直接在钕铁硼基体上施镀是一样的。钕铁硼不能直接镀铜,则采用铜 -镍组合镀层必须预 镀,若选择电镀的方法预镀则一般为预镀镍,此即构成钕铁硼的镍 -铜 -镍组合镀层。 (1预镀镍 常用的预镀镍工艺有柠檬酸盐镀镍和镀暗镍。柠檬酸镀镍液呈中性或弱碱 性, 不会对钕铁硼基体造成腐蚀, 这是其用于钕铁硼预镀的一大优点。 但柠檬酸镀镍属络合 物类型, 低的电流效率会使其在钕铁硼基体上施镀时产生困难。 有研究表明, 钕铁硼采用中 性或弱碱性镀镍 (未必是络合物类型 预镀, 对基体腐蚀小, 所

25、得镀层均匀、 光亮、 孔隙率低, 且镀层结合力、防腐性较好。果能如此,该工艺又能比较成熟的话,当不失为理想的钕铁硼 预镀镍工艺,但未见这方面应用的报道。酸性镀镍液呈弱酸性,为简单盐镀液类型,若用于钕铁硼预镀,极易对零件造成腐蚀。尤其滚镀因受混合周期的影响, 零件难以像挂镀一样很快上镀, 则更容易受到腐蚀。 但络合 物镀液不能直接在钕铁硼基体上施镀,因此选择酸性镀镍液预镀是迫不得已。这样的话, 就 要求选用的酸性镀镍工艺应沉积速度较快, 以尽量缩短零件表面上镀时间, 减轻零件受腐蚀 程度。氨基磺酸盐镀镍沉积速度快、镀层应力小、分散能力好,因此较适于钕铁硼预镀, 且 很早就有业内人士提倡这种工艺。

26、但氨基磺酸盐镀镍成本较高,且镀液稳定性较硫酸盐 -低 氯化物型镀镍工艺差,因此不易被钕铁硼电镀行业所接受。早期,钕铁硼预镀镍就是镀暗镍,这种工艺成熟、稳定、易操控,镀层沉积速度虽不如 氨基磺酸盐镀镍快, 但单盐镀液电流效率高, 滚筒入槽后使用大的冲击电流, 一般能够获得 结合力良好的镀层。另外,预镀暗镍还有一个重要原因是,暗镍层纯度高,不含任何可引起 镀层应力的表面活性物质或其它异于镍的局外物质,这无疑利于提高镀层结合力。所以, 在 钕铁硼不能预镀铜 (来提高镀层结合力 的情况下,预镀暗镍是理想选择。该工艺在钕铁硼电 镀使用多年, 综合效果一直较好。 但近些年很多采用预镀半亮镍, 此时半亮镍并

27、非作为双层 镍的底层,而是因为半亮镍比暗镍允许使用更大的电流密度,从而利于镀层沉积速度加快。例如,钕铁硼零件采用载重量 5kg 的滚筒预镀镍,正常施镀时电流为 30A 40A, 而刚入 槽时的冲击电流可能达到 70A ,此时暗镍显然不如半亮镍更容易承受如此大的电流。半亮镍 一般建议选用性能和质量较好的商品工艺,以利于采用更高的电流密度上限。钕铁硼预镀镍是没有办法的办法,如果可能的话直接镀铜镀层结合力会更好 (铜与任何 金属或合金的结合力都很好 。据说某 (中 日 (合 资钕铁硼厂即采用直接镀铜然后镀亮镍的工 艺, 该厂的电镀质量在国内是名列前茅的。 但具体工艺情况并不为人知晓, 操作人员只是按

28、 要求维护镀液, 并到期将镀液报废。 国内有人搞过或还在搞钕铁硼直接镀铜技术, 但目前尚 未见到结果。该技术的难点在于:单盐镀液无法解决置换铜问题,行不通;络合物镀液电流 效率低,直接在疏松多孔的钕铁硼基体上施镀无法获得连续的、合格的铜镀层,也行不通。 所以, 钕铁硼直接镀铜应该采用一种络合及活化能力较强且同时电流效率较高的镀液, 实非 易事!(2镀铜 -镍 目前,钕铁硼滚镀加厚铜一般采用滚镀焦铜工艺,该工艺成熟、稳定, 镀 液分散能力好且无氰,镀层结晶细致、有一定光泽,容易获得较厚的铜镀层,是理想的钕铁 硼滚镀加厚铜工艺。 但生产中发现, 钕铁硼滚镀焦铜似乎不如普通钢件滚镀焦铜时溶液更稳 定

29、,这应是由于钕铁硼基体逐渐受到焦铜溶液腐蚀 (普通钢件受腐蚀程度相对较轻 ,产物使溶液受到污染的缘故。 将预镀镍层加厚会使问题得到改善, 因为厚的预镀镍层可保护钕铁硼 基体不受或少受后续焦铜溶液腐蚀, 则焦铜溶液受到污染的几率减小, 稳定性提高。 但对于 钕铁硼管状零件, 其深孔内预镀镍层较难加厚, 则采用普通滚镀焦铜工艺仍难以使问题得到 改善。所以,针对钕铁硼的特殊性改良滚镀焦铜工艺,使其溶液对钕铁硼基体腐蚀减小, 是 解决钕铁硼滚镀焦铜时溶液稳定性不佳的有效途径。例如, “Nd 焦铜 ” 电镀工艺采用强络合 剂体系, 镀液呈弱碱性, 几乎不会对钕铁硼基体产生任何腐蚀, 从而有效解决了钕铁硼

30、滚镀 普通焦铜时对预镀镍层要求较高的顽症。但钕铁硼滚镀加厚铜采用滚镀酸铜却极不合理 (可参考第四章第三节 ,主要是因为酸铜 液酸性较强需要更厚的预镀层,否则,基体易受腐蚀;酸铜液易受污染;难以得到结 合力好的铜镀层。 而钕铁硼管状零件深孔内预镀镍层较难镀厚, 即使简单零件能镀厚, 预镀 镍很厚, 因酸铜亮度不佳或亮镍作为面层不宜太薄等原因亮镍也很厚, 那么, 加厚铜镀多厚 呢?即使普通钢件也多不采用滚镀酸铜加厚, 钕铁硼则更不宜采用。 前些年, 钕铁硼滚镀酸 铜加厚 (尤其在某一地区 很盛行,可能只是一种从众、跟风心理使然。钕铁硼滚镀亮镍则无太大特殊之处, 但要求尽量采用性能较好的滚镀亮镍工艺

31、, 以满足 钕铁硼产品高品质要求的特点。钕铁硼滚镀铜 -镍有几点注意事项:铜镍厚度比应综合镀 层防腐要求、 铜镍对磁体磁性能的影响等因素而定; 不能认为预镀镍后避免了零件表面氧 化,滚镀铜、镍时就可以采用大滚筒,钕铁硼材质脆性较大,磕角、磕边等现象同样可能发 生在滚镀铜、镍时;滚镀铜、镍的滚筒 (包括预镀镍 应专用,即使生产线也宜每镀完一个 镀种即更换滚筒,否则易造成镀液交叉污染,不利于稳定生产。六、化学滚镀镍就目前来讲,钕铁硼镀锌、镀镍所采用的工艺或工艺组合及镀层质量等基本比较稳定, 但镀层中性盐雾试验一般在 72h 以下,若要求再高,如 96h 以上,则只有增加镀层厚度。而 镀层太厚,对磁

32、体磁性能影响加大;施镀时间加长,生产效率较低;镀层脆性增加。 所以, 靠增加镀层厚度来提高防腐似乎不太明智, 此时一般不再采用电镀而主要采用化学镀 镍来解决问题。化学镀镍层的孔隙率比相同厚度的电镀镍层低,既然钕铁硼镀层的防腐主要靠低孔隙 率,则采用化学镀镍比电镀镍防腐性好 (当然防腐性好还由于其无定形结构、镀层均匀等原 因 。所以,当钕铁硼镀层防腐性要求较高 (一般 96h 以上 时,采用化学镀镍既可满足镀层防 腐性要求,又可不用镀得很厚,以免加大对磁体磁性能的影响。其实,化学镀镍层对含磷量进行控制 (含磷量 10%以上 ,可实现镀层不导磁,此时对磁体磁性能的影响已经很小,且镀 层的防腐性也最

33、好。 这样, 钕铁硼化学镀镍可实现薄镀层、 低磁屏蔽和高防腐性等多重意义, 以最大限度发挥其优势。另外,钕铁硼化学镀镍还在以下诸多场合具有较大优越性。 (1深孔或形状复杂的产品,及某些细长、扁平、弧度、沟槽等尺寸均匀度要求较高的 产品,采用化学镀镍,其极佳的均镀能力使电镀镍望尘莫及。(2大面积、大尺寸产品,采用滚镀难度大、问题多 (如零件粘贴、表面受损等 ,采用 挂镀或筐镀容易出现 “ 挂具印 ” 或挂点位置镀层有缺陷, 且生产效率低。 而采用化学镀镍时使 用特殊的化学镀滚筒 (一种特制的网格式滚筒 ,可得到均匀、无缺陷的化学镍层。(3成品率要求较高的产品,如某类产品抽检 200片不允许 1片

34、不良,此时采用化学镀镍 因不受电流因素的影响,比电镀镍更容易满足要求。(4超小尺寸产品,镀层体积占产品总体积的比例 (相比大尺寸产品 提高,则导磁的电 镀镍层对磁体磁性能的影响相对增大 (镀前镀后测试磁性能衰减 15%以上 。而不导磁的化学 镍层则不存在此问题。 并且, 此时因采用化学镀镍, 小磁体甚至可采用磁能积更低一点的材 料制作,从而使产品基体材料成本降低。但目前钕铁硼化学镀使用的酸性化学镍 (酸性化学镍镀层比碱性孔隙率低 工艺,尚不能 在钕铁硼基体上直接施镀。 因为在酸性化学镍溶液中, 活泼的钕会优先溶解造成磁体失磁严 重,并导致镀层与基体结合力差。一般,钕铁硼化学镀镍前多采用电镀镍打

35、底,然后再在具 有催化活性的底镍表面进行正常的化学镍施镀。 比较可行的钕铁硼整套化学镀镍工艺, 其主 要工艺过程如下:(1预镀镍 2m。(2电镀铜 4um(镀铜后可在纯水中放置不超过 12h 与实际生产更相适应 。(3Cu-cover 型化学镀镍 1m(滚镀 510min 。(4Niccol-001化学镀镍铜磷合金 1015m(滚镀 1.52h, 镀层含镍 83%85%铜 3%4%磷 10%13%。该工艺可获得至少满足 96h 中性盐雾试验要求的钕铁硼化学镀镍层。七、电镀设备钕铁硼电镀设备与普通电镀设备无本质区别,但因钕铁硼特殊的表面物理化学性质, 钕 铁硼电镀设备又有自身的特殊性。1.滚筒钕

36、铁硼零件滚镀工艺知识 钕铁硼滚筒比普通零件滚筒讲究要多，其主要表现在滚筒尺寸(或大小、滚筒转速及滚 筒透水性等几方面。 (1 滚筒尺寸(或大小 滚筒尺寸(或大小的选择主要受钕铁硼材质两种特性的影响： 钕铁硼零件极易氧化，因此施镀开始后应尽快上镀，以减轻其氧化程度，提高镀层结合力， 从滚筒的角度讲，零件的混合周期越短，上镀速度就越快，所以钕铁硼滚筒应为零件提供尽 可能短的混合周期；钕铁硼材质脆性大，因此零件在滚筒内的翻动不能太强烈，否则表面 容易受到不同程度的损伤。 由此不难看出， 符合以上两点要求的其实是一种小滚筒。 小滚筒可为零件提供短的混合 周期，上镀速度快，镀层结合力好。同时，小滚筒对零

37、件的翻动强度小，则零件受损轻。 实 践证明， 钕铁硼电镀采用小滚筒， 可获得结合力及表面质量好的镀层， 而采用大滚筒则相反。 但小滚筒产能低，生产效率低，所以钕铁硼滚筒尺寸(或大小选择的关键，是在镀层品质与 滚筒产能之间找到一种平衡，该平衡应同时满足钕铁硼电镀“质”和“量”的双重要求。从多年 的生产实践看， 钕铁硼滚筒的载重量以35kg(指标准零件重量， 钕铁硼可能远超此数为宜。 过大，镀层结合力差、零件容易磕角或磕边、品质差；过小，滚筒产能低。 采用小滚筒固然可满足钕铁硼电镀高品质的要求，但35kg 的滚筒若用于规模化生产 则恐怕问题很大。 以规模稍大点的钕铁硼厂为例， 一般每天的电镀量在1

38、吨左右为正常， 以3 5kg 的滚筒去满足1t/天的生产量(况且每筒的施镀时间还很长，实非易事！目前，钕铁硼行 业解决该问题一般(或只能采用增加滚筒数量的办法，如钕铁硼厂有几十或大几十只滚筒属 平常，大厂可能多达数百只。滚筒小则只有数量多产量才能高，从而可满足钕铁硼电镀“质” 和“量”的双重要求。钕铁硼滚筒的“小”和“多”，构成了钕铁硼电镀的一大特色。 (2 滚筒转速 钕铁硼滚筒选择合适转速的难点在于，既希望转速快以缩短零件的混合 周期，又希望转速慢以减轻零件表面受损程度。这是一个两难的、矛盾的选择。使用直径小 一些的滚筒可使该难题得到一定解决。因为滚筒直径小，零件运行的线速度小，则在提高滚

39、筒转速的同时，零件线速度未必比滚筒直径大、转速慢时加快，线速度不加快则零件受损不 加重，因此可达到滚筒转速高而零件受损轻的目的。 但滚筒直径小，载重量必然受到影响，设备产能低。这时可适当增加滚筒长度，以尽可 能增加滚筒载重量。这样，适合钕铁硼电镀的实际是一种细长型滚筒。 (3 滚筒透水性 钕铁硼滚筒对透水性有更高的要求。因为钕铁硼比普通钢件更容易氧 化，透水性好可使用大的电流密度，以加快上镀速度，提高镀层结合力。且透水性好对深孔 钕铁硼零件滚镀工艺知识 钕铁硼零件滚镀工艺知识 或复杂零件，还可提高孔内或深凹部位的镀覆能力。但要求滚筒透水性好，还应保证可靠性 高。因为钕铁硼电镀量大，每筒施镀时间

40、长，则滚筒使用时的疲劳强度大，若可靠性不佳， 难以经受住钕铁硼电镀的高强度使用。 所以，钕铁硼滚筒既要透水性好，又要皮实、耐用、可靠性高，应做到透水性与可靠性的和 谐统一。一般，开孔率在30%左右的注塑方孔滚筒可满足其透水性与可靠性的双重要求， 这 种滚筒在钕铁硼行业使用多年， 实践证明是钕铁硼电镀的理想选择。 而有资料介绍的开孔率 40%50%的滚筒，属网孔滚筒，透水性较好，但用于钕铁硼电镀可靠性不足(网孔极易被钢 球陪镀上沉积的粗晶划破。 2生产线形式 钕铁硼滚筒的“小”和“多”，是钕铁硼电镀的一大特色。这些又小又多的滚筒需同时担负 钕铁硼电镀高质量与高产量的双重任务， 因此选择一种合适的

41、生产线形式对完成该任务十分 必要。 (1 自驱动滚镀设备 早期，钕铁硼电镀多采用自带电机的自驱动滚镀机，量小时三、 五台，量大时三、五十台或上百台。一般，不按工艺流程排成流水线全部采用滚筒生产， 而 是电镀工序上滚筒，其它工序在滚筒外操作。滚筒运送方式采用手工。这种形式操作时受生 产线流程的影响小、灵活性强，只要选择合适规格的滚筒，一般均能获得比较理想的镀层质 量。 但自驱动滚镀机的电机与滚筒连在一起，滚镀机自重较重，装零件后更重，且滚筒非行 车运送而是手工运送。因此规模化电镀生产时工人劳动强度大，并同时造成生产效率低、 产 量难以保证的问题。 可以说， 这是一种高质但不高产的生产线形式。 另

42、外， 电机在滚筒上方， 生产时受腐蚀的机会多，电机损坏率高，稳定生产容易受到影响。 (2 滚镀自动线 采用自驱动滚镀设备高质但不高产，难以满足钕铁硼电镀规模化生产 的要求，所以大约20世纪90年代末，钕铁硼滚镀自动线应运而生。其主要目的是在减轻工人 劳动强度的同时，减少人为因素，提高产品质量，并且提高劳动生产效率。即实现钕铁硼电 镀高质高产的双重目的。但结果基本未能如愿，主要原因为如下： 钕铁硼零件品种多、批量大，但单一品种批量小，且品种不同，对镀层的装饰、防 腐、磁屏蔽等要求也多有不同。所以，钕铁硼滚镀设备应能根据具体情况适时作出变化， 而 自动线灵活性不足，显然难以满足此要求。 自动线(相对于人工运行速度缓慢，这可能在钕铁硼预镀(或直接镀时，因零件氧化 钕铁硼零件滚镀工艺知识 钕