钕铁硼电镀技术的改进

 

钕铁硼电镀技术的改进
 

目前的钕铁硼电镀生产技术，基本适应了市场的需要，满足了大多数产品的要求，但其中一些工艺固有的不利因素，既制约了磁体表面品质的稳定，且造成生产成本的提高，所以有待进一步改善和提高。
 

 

1.镀锌

 

针对三价铬钝化膜耐蚀性差的问题，解决或改善思路:

1)寻找一种杂质含量低的纯锌电镀工艺，直接在钕铁硼基体上施镀;

2)纯锌电镀层工艺若不能直接在钕铁硼基体上施镀，可采用氯化钾镀锌或浸锌打底后再镀纯锌层的方式。采用该思路进行初步生产实验后，效果与预期较吻合。

另外，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。碱性镀锌层致密度高，这在钕铁硼镀锌层要靠低孔隙率(而非阳极保护作用)保证其耐蚀性的情况下意义更大，并且碱性镀锌层有机杂质夹附少，利于三价铬钝化膜的生成。

但碱性镀锌工艺不能直接在钕铁硼基体上施镀，需浸锌或氯化钾镀锌预镀。

2)采用锌-镍合金镀层。锌-镍合金镀层对钕铁硼基体的阳极保护作用也不明显，但耐蚀性极佳(最高可比纯锌层提高约10倍)，可做为钕铁硼镀锌的高端镀层。

目前的问题:

a.酸性锌-镍合金镀层含镍量高，耐蚀性好，但滚镀难度大;

b.碱性锌-镍合金宜滚镀，但镀层含镍量低，耐蚀性稍差，且需浸锌或氯化钾镀锌预镀。

 

2.镀镍

 

预镀镍采用瓦特型半光亮镀镍工艺，主要目的是保证镀层与基体的结合力稳定，深镀能力佳，为后续镀铜打好基础。

但钕铁硼在简单盐镀液类型的半光亮镀镍液中易受腐蚀将镀液污染，除采取措施(从镀液、滚筒及操作等方面)尽量减轻磁体腐蚀外，还应对溶解到镀液中的铁离子采取措施:

1)定期处理镀液，但会增加处理溶液的费用，造成部分溶液流失，影响生产的连续进行;

2)采用杂质掩蔽剂，与镀液中的铁离子形成螯合物，使铁与镍共沉积，变害为利，这样可延长溶液大处理周期，保持生产质量稳定，降低非生产性成本损耗。

较厚的底镍层增加了总镍层厚度，加大了对磁体的磁屏蔽作用，减薄底镍层厚度可减小其影响，但增加了基体受后续镀铜液腐蚀的风险。

为此可采取如下措施:

1)尽量选用分散性能好的预镀镍工艺，零件低区镀层厚度相应增加，则可减薄底镍层平均厚度;

2)尽量选用对磁体腐蚀性小的镀铜工艺，对底镀层的要求降低，则可减薄底镍层厚度。面层亮镍较厚是影响磁体磁性能的主要因素，但不能单纯靠减薄面镍层来减小其影响，因为面镍太薄会降低镀层抗蚀性，得不偿失。

比较好的方案是尽量多使用不导磁镀层:

1）首先保持镀铜层δ为7～9μm;

2)其次使用不导磁的高磷化学镍代替光亮镀镍，δ为8～10μm。这样，既能提高镀层防腐，又能减小对磁体磁性能的影响。

 

3.镀铜

 

目前钕铁硼镀铜存在的一个关键问题是镀铜液对磁体腐蚀严重，影响镀层结合力，且腐蚀产物将镀铜液污染，因此对底镍层的质量(厚度、覆盖能力及无漏镀等)要求较高。

针对钕铁硼的特殊性，寻找更加稳定的络合剂，开发新型无氰碱性镀铜工艺，是解决或改善问题的关键。

新型无氰碱铜工艺采用与Cu2+络合能力强的络合剂，与钕铁硼基体不产生置换反应，可以接受δ为1～2μm的底镍层，而始终保持结合力良好。

甚至可以采用冲击电流方法，直接在钕铁硼磁体表面镀铜，镀层结合力良好。

同时新型无氰碱性镀铜工艺还具有如下优越性。

1)镀液中ρ(Cu2+)为7～8g/L，溶液波美度22左右，黏度低，则带出损失少，溶液稳定性好，流程清洗简单化，适合自动化生产线连续生产使用。

2)无需添加光亮剂，镀层自然整平出光，光亮度足够高，生产控制更加容易。

3)溶液控制容易，无需复杂的络合剂分析，测试方便;络合剂稳定不水解，无水解产物干扰。

4)深镀能力、均镀能力俱佳，铜镀层纯度高、应力低，整体效果好于氰化物镀铜。

经过一年多生产实践证明，新型无氰碱性镀铜工艺是一种很适合在钕铁硼表面处理生产中采用的镀铜工艺。

 

4.化学镀镍

 

目前钕铁硼件化学镀镍采用的高磷合金工艺多借用其他行业的常规工艺，存在操作温度高、设备塑料部分被易金属化、溶液稳定性差等缺陷。

针对钕铁硼的特殊性，开发低温、高稳定和适合滚镀生产的化学镀镍工艺，是钕铁硼化学镀镍改进的方向。

比较可行的钕铁硼整套化学镀镍工艺，其主要流程如下。

预镀镍2μm→电镀铜4μm→化学镀镍1μm→化学镀镍-铜-磷合金10～15μm。

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，并且:

1)镀层不导磁，对磁体磁性能影响小;

2)溶液操作温度低(65～72℃)，寿命长;

3)无滚筒及氟塑料加热器被金属化现象，适合连续生产;

4)使用者自行配制镍补加浓缩液，生产成本低;

5)镀层无铅、镉，完全满足RoHS指令要求。采用该套工艺方案是解决钕铁硼化学镀镍问题的一条有效途径。

 

5.生产设备及方式

 

钕铁硼滚镀生产采用自动线问题较多，现仅就各镀种溶液交叉污染问题提出以下几项改善措施。

1)实现充分水洗。

手动线转换镀种时更换滚筒，可彻底解决清洗问题，自动线不半途换筒，则易交叉污染。

所以自动线生产应实现充分水洗，每次转换镀种时采用两级回收后四级逆流漂洗，水洗过程中每一级应清洗三次以上，每次滚筒在清洗槽内转动三圈以上。

清洗水需精密过滤，纯水效果更佳。镍回收槽添加镍离子回收装置，降低镍离子升高的速度。

2)选择更适合自动线的工艺，解决镍、铜溶液交叉污染问题。

例如，预镀镍采用低浓度工艺，降低黏度，减少带出量，利于水洗环节的清洗效果;镀铜采用新型无氰碱性镀铜工艺，铜离子浓度低，溶液黏度低，带出少，有利水洗。

3)各镀种增加在线连续电解净化环节，将生产中难以避免的交叉污染通过净化装置，实现溶液的自我维护，保持溶液的品质。

例如，镀铜和镀镍槽旁，增添循环电解净化槽，24h连续不间断低电流电解净化溶液。

钕铁硼半自动滚镀生产线是适合具有特殊性质的钕铁硼零件滚镀生产的一种方式。

钕铁硼各镀种单独成线(如镀锌线、镀底镍线、镀铜线、镀亮镍线等)，滚筒施镀仍采用原滚镀机形式，并增加相应辅助槽，滚筒运送采用半自动行车。

这种形式介于手动线与自动线之间，兼顾了两者的优点，灵活性强，无交叉污染问题，同时劳动生产效率提高，工人劳动强度降低，可实现钕铁硼镀件滚镀高质高产的双重目的。

目前国内已有多家企业在使用该方式生产。

 

结 语

 

钕铁硼材料电镀经过近20年的发展，已经取得了长足的进步，但其中存在的问题还需要进一步改善和解决。

本文内容仅涉及通用的液相电化学金属表面处理。钕铁硼真空气相镀铝技术，长期由日本企业垄断，我国还处于较低的开发水平，期待更多的有识之士参与其中，共谋发展。

未来五年，我国依托稀土资源优势，将会在稀土磁钢全球市场上拓展出更大的空间，钕铁硼表面处理技术将会面临更多的问题，期待更多的新工艺、新材料和新技术在钕铁硼表面处理中展开应用。