烧结型钕铁硼电镀镍工艺

1、烧结型钕铁硼电镀镍工艺任广军, 王颖, 陈素明(沈阳工业学院化工分院, 辽宁沈阳110045摘要研究了不同处理工艺对烧结型钕铁硼电镀镍层性能的影响, 通过对镀层孔隙率、结合力、耐蚀性等性能的测试, 确定了封孔、除油、除锈、活化、化学镀镍打底、电镀镍工艺, 并得到了光亮、孔隙率低、结合力高和耐蚀性强的镀层。关键词钕铁硼; 前处理; 电镀镍中图分类号T Q153. 1文献标识码B 文章编号1001-1560(2002 03-0041-03E lectroplating Nickel T echnology for N REN G uang 2jun , 2(Chemical Division ,

2、T 110045, China Abstract :E ffects of studied on the performance of nickel electroplating for sintering type including hole sealing , degreasing , scaling , activation , nickel elec 2troless 2electroplating was obtained by measuring the properties of coating as porosity , binding force , resistance

3、, etc. The nickel electroplating coating was bright with low porosity , strong binding power and excellent corrosion resistance.K ey w ords :neodymium iron boron ; pretreatment ; electroplating nickel收稿日期2001-10-281前言自80年代号称“磁王”第三代永磁体NdFeB 的问世以来, 就以优异的性能、价格比及丰富的资源储备迅速进入工业化社会, 并广泛地应用于电子、通讯、医疗、航空、环保等高

4、科技领域。据专家估计,21世纪NdFeB 永磁材料总产值将占整个永磁材料总产值的40%, 并将改变整个永磁材料的格局。NdFeB 永磁体中的钕是一种稀土元素, 化学活性很强, 其标准平衡电位为-2. 431V , 在空气中易被氧化, 耐蚀性差。另外, 根据T. M inowa 等人对NdFeB 永磁体腐蚀机理的研究表明,NdFeB 磁体由富Nd 2Fe 14B 相、富Nd 相和富B 相3相组成。相互接触的各相电位不同, 必然会引起电化学反应, 形成腐蚀电池, 使材料的耐腐蚀性下降。目前, 解决NdFeB 永磁体腐蚀问题的主要方法是在磁体表面沉积一层防腐蚀涂层。运用镀(涂 层防护的措施主要有电镀

5、、化学镀、化学转化膜、电泳及喷涂等, 但从结合力、耐蚀性及综合成本等方面考虑, 首选电镀工艺。在NdFeB 磁体上电镀存在的主要问题是:NdFeB中的钕极易氧化, 前处理不当会造成镀层结合力下降;NdFeB 磁体是由粉末烧结制成, 表面粗糙且存在大量孔隙, 在电镀过程中会渗入酸、碱和电镀液, 造成基体和镀层的腐蚀; 磁体表面组织不均匀, 使电镀时镀层孔隙率增加, 降低了镀层的防护性。针对以上问题, 必须选择合理的前处理工艺才能保证电镀层的结合力和防腐蚀性能。研究了不同前处理工艺对烧结型钕铁硼电镀镍层性能的影响, 以获得光亮、孔隙率低、结合力高、耐蚀性强的镀镍层的电镀工艺。2试验部分2. 1试验

6、材料及规格烧结型Nd 2Fe 2B 稀土永磁材料(33%Nd,61%Fe ,6%B , 规格18mm 5mm 。2. 2电镀工艺选择(1 电镀工艺流程:高温烘烤除油封孔滚光冷水洗除油热水洗(6070 冷水洗酸洗冷水洗活化冷水洗预镀冷水洗电镀水洗烘干。(2 高温烘烤除油将试样在200下高温烘烤1h , 以去除试样表面的油污。(3 封孔工艺的选择钕铁硼基体结构疏松、孔隙多, 为了防止钕铁硼基体在除油、除锈及电镀过程中将酸、碱和电镀液渗入孔隙内, 使镀层在贮存、使用过程中基体与镀层的结合力面处于逐渐腐蚀粉化, 造成镀层脱落, 必须选择封孔处理, 以解决基体表面的孔隙问题。选择的3种封孔工艺为:沸水封

7、孔工艺将零件放入沸腾的水(蒸馏水或去离子水 中煮35min , 通过毛细管的作用将水吸入孔隙内, 使孔隙内部的氧化物通过水合作用生成水合氧化物, 以增大氧化物体积, 从而封闭孔隙; 浸硬脂第35卷第3期2002年3月材料保护V ol. 35N o. 3Mar. 200241酸锌工艺将硬脂酸锌加热至135左右, 使其为熔融状态时将试样放入,2025min 后取出冷却, 此时孔隙内部被凝固的硬脂酸锌封闭; 不封孔, 与其他两种封孔工艺相比较, 以考察封孔的效果。(4 除油工艺的选择去除钕铁硼基体表面的油污, 不易选用电化学除油。因为, 阳极除油磁体可能会阳极溶解; 用阴极除油, 因磁体为多孔物体,

8、 大量的析氢会导致后续镀层鼓泡影响镀层的质量, 所以最好用化学除油。由于钕铁硼磁体非常活泼, 所以, 化学除油碱性不易太强,pH 值最好控制在10以下, 化学除油工艺及规范的选择, 见表1。表1不同的除油工艺编号123工艺规范OP 2102. 5m l/L Na 2CO 325g/L Na 3PO 415g/L Na 2S iO 310g/L 温度80时间13m in丙酮Na 2CO 312g/LNa 3PO 470g/L 洗涤剂0. 5g/L 温度6065时间5m in(5 除锈工艺选择由于钕铁硼基体中的、Fe , 易被氧化, 2。2编号1234工艺规范HCl 25m l/L缓蚀剂2g/LC

9、 12H 25S O 4Na 1g/L 室温时间10s HNO 340m l/L HF 3m l/L 室温时间30s NHO 340m l/L 硫脲0. 5g/L室温时间40s有机酸室温时间2m in(6 预镀工艺选择Nd 2Fe 2B 永磁体的预镀工艺选择见表3。表3不同的预镀工艺编号预处理1水洗电镀2水洗活化水洗电镀3水洗活化水洗浸镍水洗电镀4水洗活化水洗预镀水洗电镀1号工艺是将经过除油、除锈后的试样水洗后直接放入酸性电镀镍溶液中进行电镀。2号工艺是在1号工艺的基础上增加了活化处理工艺, 活化后再进行电镀。活化液配方及工艺规范为:磺基水杨酸28g/L ,NH 4HF 210g/L , 室温

10、, 时间30s 。3号工艺是在2号工艺基础上再增加一道浸镍工序。浸镍配方及工艺规范为:Ni (Ac 24H 2O 65g/L , HF (42% 90ml/L ,H 3BO 330g/L , 室温, 时间30s 。4号工艺是将3号工艺中的浸镍工艺改为中性化学镀镍打底, 化学镀镍配方及工艺规范为:NiSO 46H 2O 20L , CH 3C OONa 3H 2O 12g/L ,NaH 2PO 2H 2O 28g/L ,NaF 0. 5g/L , 乳酸(85% 15ml/L , 聚乙二醇0. 05g/L ,pH 值7, 温度50, 时间1015min 。5号工艺将3号、4号工艺合并。(7 电镀分

11、别预镀上述5种工艺后, 电镀工艺均为酸性电镀镍, 其工艺配方及规范为:NiS O 47H 2O 250300g/L ,NiCl 26H 2O 3060g/L ,H 3BO 33040g/L , 十二烷基硫酸钠0. 1g/L , 光亮添加剂适量,pH 值4. 04. 6, 温度4050, 电流密度1. 53. 0A/dm 2。2. 3镀层性能的测试方法(1 镀层孔隙率测定浸渍法:将用试液K 3Fe (C N 610g/L +NaCl 15g/L +白明胶15g/L浸渍过的滤纸贴在清洁的试样表面,5min 后取下滤纸, 干燥后观察计算滤纸上蓝点数求孔隙率, 计算公式如下:孔隙率=N/S (个/cm

12、 2N 表示滤纸蓝点个数, S 表示测定的镀层面积。(2 镀层结合强度测定热震法IS02819-1980(E :30010,1冷却, 、。:, 然后用一种粗齿扁锉锉镀层的, 45, 并由基体向镀层方向锉。(3 镀层耐蚀性测定浸泡试验:在室温条件下, 将无损伤的试样放入氯化钠溶液(5% 中浸泡, 并分别采用全浸泡、半浸泡两种方式。3试验结果与讨论3. 1封孔工艺对镀层质量的影响采用的3种不同封孔工艺对镀层外观及性能影响的试验结果见表4。表4封孔工艺对镀层外观、性能的影响工艺编号123外观泛点, 鼓泡现象多基本上无泛点、鼓泡现象泛点, 鼓泡现象非常严重孔隙率47个/cm 210个/cm 2耐蚀性全

13、浸15h 发生腐蚀20h 开始点蚀几小时即腐蚀半浸12h 发生腐蚀18h 发生腐蚀几小时即腐蚀结合力局部有起皮、脱落现象放大镜观察, 无起皮、脱落现象起皮、脱落现象极其严重从表中可知,1号工艺采用沸水封孔虽然可以降低基体表面的孔隙率, 但效果并不明显(镀层的性能仍然达不到使用的要求 ;2号浸硬脂酸锌工艺获得的镀层孔隙率低、结合力好, 是较理想的封孔工艺。3. 2除油工艺对镀层质量的影响采用的3种不同除油工艺对镀层的外观及性能影响的试验结果见表5。表5除油工艺对镀层外观、性能的影响工艺编号123除油效果除油速度快、完全,镀件表面全浸润速度慢, 除油不彻底除油慢, 但彻底,镀件表面浸润镀层外观镀层

14、完整、均匀局部有盲点有黄色斑点孔隙率4个/cm 2孔隙较多7个/cm 2结合力无起皮、脱落现象起皮、脱落严重不起皮、不脱落从表5可知, 在1号工艺除油液中加入乳化剂可使镀件表面烧结型钕铁硼电镀镍工艺42全浸润, 不仅提高了除油的效率, 而且降低了强碱对基体的腐蚀, 可获得良好的镀层;2号工艺虽然大大降低了强碱对基体零件的腐蚀, 但是除油效率低且不彻底, 使镀层有漏镀和雾状现象, 影响了镀层的外观和耐蚀性;3号工艺除油时间较长, 可导致基体氧化, 使镀层出现黄色斑点。综合比较1号工艺最佳。3. 3除锈工艺对镀层质量的影响采用的4种不同除锈工艺对镀层外观及性能影响的试验结果见表6。表6除锈工艺对镀

15、层外观、性能的影响工艺编号1234除锈速率剧烈反应很快适中速度很慢除锈效果容易变黑, 过腐蚀严重时间长, 也会过腐蚀基体呈银灰色, 除锈均匀平整除锈不彻底, 基体腐蚀较轻镀层外观灰暗无光, 较粗糙灰色, 不光滑细致光亮有漏镀的盲点结合力起皮、脱落不起皮, 鼓包不起皮、不脱落起皮、脱落, 但从表6可知, 烈,1, , , 盐酸;2, 同样使基体被腐蚀, 镀层质量也没有显著改观;3号工艺加入了硫脲溶解时会自行分解出HS -, 而HS -极性较强, 易吸附在基体的表面, 使溶液容易浸润基体表面, 提高了除锈的效率, 大大缩短了除锈的时间, 降低了除锈液对基体的腐蚀, 获得的镀层完全符合使用要求;4号

16、工艺除锈速率低, 而且不彻底, 也得不到好的镀层。所以, 我们选择3号工艺。3. 4预镀工艺对镀层质量的影响采用各个不同的预镀工艺对镀层外观及性能的影响试验结果, 见表7。表7预镀工艺对镀层外观、性能的影响工艺编号镀层外观(目测法 孔隙率结合力(冷热循环实验 耐蚀性(全浸泡1灰色有泛点8局部有起皮脱落20h 2光亮5局部起皮、无脱落20h 3细致光亮2无起皮、但有鼓泡88h 4细致全光亮0放大镜下不起皮脱落30d 5细致全光亮放大镜下不起皮脱落30d从表7可知, 预镀工艺对镀层的性能有显著影响, 根据测试结果表明,2号工艺所用试样经活化后, 基体的表面形貌发生改变, 从而使镀层外观大为改变。但

17、是, 镀层有漏镀的盲点, 这样的镀层腐蚀较快(从漏镀处开始 ;3号试样浸镍后, 磁体表面能获得1m 左右完整均匀的浸镍层, 在其具有催化活性的表面上, 更易施镀, 使镀层的外观、孔隙率、结合力和耐蚀性进一步得到明显的改观。但浸镍液为酸性, 对基体有损伤, 因此, 镀层还不能达到要求(孔隙率最好为零 ;4号试样采用了中性化学镀镍打底, 打底的Ni 层致密、无孔隙, 因此, 电镀后的镀层性能都有彻底地改变, 尤其是孔隙率, 基本上接近于零, 从而大大提高了镀层的耐蚀性能;5号试样采用化学镀镍打底可以省去浸镍工艺, 浸镍为酸性, 对基体有损伤。综上所述, 我们选择4号工艺。4结论(1 通过上述试验得

18、到了适合此种永磁材料的电镀镍工艺,见表8。表8电镀镍工艺小结除油200,1h封孔浸硬脂酸锌(熔融135, 时间2025m in 除油OP 2乳化剂2. 5m l/LNa 2CO 325g/L 温度80Na 3PO 415g/L Na S iO 10g/L 13m in 除锈HNO 340m l/L 硫脲0. 5g/L 室温时间40s活化磺基水杨酸20g/LNH 4210g/L 室温30s NiS O 46H 2O 20312g/L 2H 2O 28L L l/L 聚乙二醇0. 05g/L6. 时间15m in50电镀NiS O 47H 2O 250g/LNiCl 26H 2O 32g/L C 12H 25S O 4Na 0. 1g/LH 3BO 330g/L添加剂0. 01g/L温度30g/L 时间30m in电流密度1. 6A/dm 2参考文献1饶厚曾, 李国华. Nd 2Fe 2B 永磁材料镀镍J.材料保护,1996,29(5 :22.2M inowa T. Im provement of the C orrosion Resistance J.IEEE T rans M ag 2netics ,1989,25(5 :3776.3Cheng W C. M an H C. Cheng F T. M agnetic and C orrosion Characteristics