釹鐵硼零件滾鍍

   日期:2014-11-11     瀏覽:2369    評論:0    
 一、概述

釹鐵硼是磁性材料大家族中的一個()成員。磁性材料從應用功能上可分為軟磁材料、永磁材料、磁記錄-矩磁材料、旋磁材料等多種,統稱為磁功能材料。其中永磁材料指磁化后不易退磁而能長期保留磁性的一種磁性材料,也稱硬磁材料或恒磁材料。永磁材料有鋁鎳鈷系、鐵氧體系和稀土永磁材料等多種。其中稀土永磁材料指由稀土元素釤、釹、鈰、鐠等與過渡元素鐵、鈷等組成的合金,其磁性能大大超過鋁鎳鈷系及鐵氧體系,故在現代電子通訊技術中得到廣泛的應用。稀土永磁材料的發展到目前為止經歷了三代,第一、二代為釤鈷系,雖然磁性能較好,但因含儲量稀少的釤和稀缺、昂貴的戰略金屬鈷使其發展受到限制。第三代即釹鐵硼,最早于1983年誕生于日本住友特殊金屬公司,其磁能積是鋁鎳鈷系的56倍、鐵氧體系的約10倍、釤鈷系的約2,是目前為止磁性最強的永磁材料,號稱“永磁王”。并且,釹鐵硼(相對于釤鈷系)價格低廉、資源儲備豐富,因此一經問世即得到快速的發展,目前已廣泛用作電子信息、汽車制造、通用機械、石油化工及尖端技術等行業不可缺少的磁功能材料,是二十一世紀的朝陽產業。

但與其它永磁材料(如鐵氧體)相比,釹鐵硼極易受到腐蝕。因為:(1)材料中含約1/3化學活性極強的釹(標準電位-2.431V),(尤其在暖濕和高溫環境中)表面極易氧化,產生晶界腐蝕;(2)材料中的富釹相、富硼相與主相Nd2Fe14B形成原電池,從而使腐蝕加速。所以,釹鐵硼產品在使用前必須進行嚴格的防腐處理,否則材料腐蝕后磁性能大大下降,將直接影響整機的使用性能和壽命。

電鍍作為一種成熟的金屬表面處理手段,在釹鐵硼磁體防腐領域應用較為廣泛。釹鐵硼磁體根據制作方法不同分為燒結型和粘結型兩種。釹鐵硼電鍍一般用于燒結型而非粘結型,因為粘結型釹鐵硼在制作過程中粘結劑溶劑的揮發易形成孔洞,孔洞和粘結劑不能構成導電回路,從而難以使金屬在零件表面進行電化學沉積。釹鐵硼產品有圓片、圓環、圓柱、圓管、扇形、方片、方塊、瓦片等多種形狀,但多為小零件,故廣泛采用滾鍍。并且,即使稍大點兒的零件(如方塊、瓦片等)經過工藝或設備改進,目前也很多采用滾鍍。但釹鐵硼零件滾鍍可謂困難重重,遠非普通鋼鐵小零件所能比,這主要是由于釹鐵硼材料的特殊性所造成的。

(1) 釹的化學活性極強,釹鐵硼零件甚至與水接觸都會產生氫氣而腐蝕,這種特性:①影響鍍前處理時用酸、用堿均不宜太強,且忌用鹽酸;②預鍍(或直接鍍)時若選擇簡單鹽鍍液類型,極易造成零件氧化而影響鍍層與基體的結合力,且零件受到腐蝕并將鍍液污染;③難以選擇大尺寸的滾筒,否則混合周期的影響較大,零件氧化嚴重。

(2) 釹鐵硼產品為磁功能材料,任何表面涂覆都可能對其磁性能產生影響,所以如何協調鍍層的種類、組合及厚度等與產品磁性能的關系,是釹鐵硼電鍍的一大難點。

(3) 釹鐵硼表面疏松多孔、粗糙不平,這不僅給鍍前處理帶來較大負擔,更主要的是預鍍(或直接鍍)工藝的選擇受到較大限制,即無法選擇鍍層結合力好、耐蝕性好但電流效率低的絡合物鍍液(如堿銅、檸檬酸鍍鎳、堿鋅等)。

(4) 釹鐵硼材質脆性大,極易受到磕碰而損壞,這不僅增加工人操作上的困難,更主要的是難以選擇大尺寸的滾筒,從而影響勞動生產效率的提高。

二、鍍前處理

釹鐵硼的鍍前處理雖然也是通過一系列處理步驟獲得平整、光滑、無油污、無銹蝕的基體金屬表面,但不像處理普通鋼件一樣簡單,而有其自身的特殊性,且其特殊性主要受釹鐵硼表面物理化學性質的影響。

1.烘烤除油

釹鐵硼表面多孔,極易藏污納垢,用常規方法難以將孔內的油污除凈,從而給鍍層質量帶來隱患。采用高溫烘烤除油(200ºC恒溫1h),可使孔內的油脂碳化成灰燼而除去。

2.封孔

即對零件表面的孔隙進行封閉處理,以使其后各道工序的處理液(如除油液、酸洗液、鍍液等)不滲入孔內,從而避免鍍后鍍層的內部腐蝕,保證了質量。封孔可采用浸硬脂酸鋅法:將硬脂酸鋅加熱至130140℃熔化,將零件浸漬約20min,取出在600℃下干燥30min,或室溫放置2h以上,使其固化。

3.倒角

即滾光。釹鐵硼表面粗糙不平,若不做光整處理,電鍍時可能因實際電流密度遠小于表觀電流密度使鍍層沉積變得困難。滾光可使零件表面平整、光滑,從而利于鍍層快速、均勻、連續地沉積。但與普通鋼件滾光不同的是,釹鐵硼脆性大,絕對不能采用大尺寸(尤其直徑大)滾光滾筒,否則零件可能被滾成碎片。

一般,釹鐵硼滾光采用臥式行星滾光機或振動光飾機。臥式行星滾光機在轉動體的圓周上等距離安裝四個小型六角滾筒,每個滾筒容積78L。四個滾筒一方面隨轉動體公轉,一方面繞各自軸心按相反方向自轉。滾筒的行星運動使筒內零件始終保持在筒壁外周一側,此時磨料與零件產生相對運動,并對零件表面進行細微切削、擠壓,從而在不損傷零件的情況下達到光整目的。振動光飾機的軸向為垂直方向,則零件運行為水平(或螺旋)方向,因此零件間磕碰程度較輕,不會像臥式滾筒那樣對零件產生較大損傷。振動光飾機一般用于釹鐵硼大尺寸產品的光整處理,可避免磕角、磕邊等現象。

滾光使用的磨料種類、磨料與零件比例、滾筒轉速、處理時間及是否使用除油劑等,應根據零件具體規格、公差要求、表面油污狀況等進行合理選擇,這一般需要在長期實踐中根據不同情況總結出不同的經驗,非幾句話能說得清楚。

4.除油、酸洗

釹鐵硼材料的化學活性較強,強酸或強堿均會對其造成腐蝕,所以不管除油液還是酸洗液,酸堿性均不宜太強。釹鐵硼除油或酸洗配方很多,但大同小異,現推薦兩種溶液配方如下。

(1) 除油:磷酸三鈉70g/L,碳酸鈉50g/L,氫氧化鈉5g/L,OP-10乳化劑0.5g/L,檸檬酸3040g/L,溫度65℃。配方中檸檬酸對釹具有一定的絡合作用,可防止釹的氧化。

(2) 酸洗:硝酸3040mL/L,硫脲0.5g/L,PH(用氨水調)45,溫度室溫。配方中硫脲起緩蝕作用,用氨水調PH值是因為氨水對釹具有一定的絡合作用,可防止釹的氧化。但禁用鹽酸,因鹽酸中的氯與釹反應較強,對基體造成腐蝕。酸洗至零件表面呈均勻、細致、有光澤的銀白色為宜。

5.活化

為進一步提高鍍層結合力,經酸洗的釹鐵硼零件電鍍前應增加活化處理,使零件表面處于活化狀態更容易鍍覆。推薦的活化工藝:磺基水楊酸2025g/L,氟化氫銨1015g/L,溫度室溫。

6.超聲波處理

對釹鐵硼來講,以上鍍前處理步驟本必不可少,但烘烤除油時間長、效率低、使用的設備數量多,封孔處理在實踐時發現不像實驗室所做的效果明顯,所以實際生產中未必會采用此兩步驟。不過,這還緣于另外一個原因,即利用超聲波的空化作用完全可徹底清除釹鐵硼微孔中的油污、酸堿等物質,且超聲波清洗技術成熟,設備簡單、易操作。所以,釹鐵硼鍍前處理多根據情況少量或大量采用超聲波處理技術。

    推薦的釹鐵硼超聲波鍍前處理工藝流程:超聲除油(此步驟于滾光后)→流動水→超聲水洗→酸洗→流動水→超聲水洗→活化→流動水→超聲水洗→電鍍。實際生產中,有條件的話,可按工藝流程做成小型鍍前處理生產線。所謂小型,主要指處理用的滾筒要小,以免大滾筒翻滾強烈使零件受到損傷。滾筒轉速也不能太快(依滾筒尺寸和零件定)。材質不能采用塑料(塑料吸能會弱化超聲作用),可采用不銹鋼網。不設陰極導電??墒止げ僮?span lang="EN-US">,也可采用手推或懸壁行車操作。

但實際操作中,往往不是采用專用鍍前處理滾筒,而是采用塑料網盛少許零件進行人工晃動清洗,完成以上各步驟后裝入電鍍滾筒。這樣,工人勞動強度雖稍大,但因盲孔內易產生空化效應,利于零件微孔及表面油污、贓物等徹底清洗。這種操作方式在釹鐵硼鍍前處理中效果較好。另外,實際生產中雖應按工藝流程進行處理,但未必按工藝流程配備多臺超聲波清洗機、多只水洗槽等。實際情況是,除超聲除油槽及酸洗槽、活化槽外,可能只需一臺超聲波水洗機。其盛水部分較淺(只有幾公分),流動水設計,有進水口和溢水口,工作時控制進水速度,可實現槽內清洗水的快速更新,幾乎時刻保持槽內水的潔凈。因此,一臺超聲波水洗機可擔負工藝流程中所有水洗的任務,從而節省了設備和場地。

三、化學浸鍍

釹鐵硼中化學活性極強的釹,給其電鍍帶來很大麻煩。這不僅表現在鍍前處理的用酸、用堿時受到較大限制,更主要表現在極易造成零件氧化,從而使鍍層與基體的結合力難以保證。因此,要求零件在活化后應盡快上鍍,以阻止其氧化進程,上鍍越快氧化程度就越輕,鍍層與基體的結合力就越好。所以,釹鐵硼電鍍講究:(1)工序間不間斷操作,至少活化與電鍍工序間操作速度要快;(2)滾筒尺寸要小,這樣可減小混合周期的影響,盡快上鍍;(3)使用沖擊電流促其盡快上鍍,等等。但盡管如此,采用電鍍方法:(1)零件表面需達到一定電流才能上鍍,這就需要時間,零件低區時間更長;(2)即使再小的滾筒也無法完全避免混合周期的影響,況且滾筒太小對批量生產沒有意義;(3)采用單鹽鍍液預鍍(或直接鍍)極易使零件氧化或受到腐蝕。所以,釹鐵硼采用電鍍方法預鍍(或直接鍍),總難以做到鍍層結合力良好。

化學浸鍍不失為解決釹鐵硼鍍層結合力不良的好辦法?;瘜W浸鍍采用化學反應的方法使零件表面沉積鍍層,無需電流及幾乎不存在混合周期的影響,只要零件與溶液接觸即刻便會上鍍,其速度遠非電鍍所能比,從而減緩了施鍍過程中零件的氧化進程?;瘜W浸鍍后再進行電鍍,則不易出現鍍層結合力不良問題。推薦的化學浸鍍配方。

(1) 浸鋅:硫酸鋅30g/L,焦磷酸鉀105g/L,碳酸鈉7g/L,氟化鈉5g/L,溫度85,時間30s,可用于釹鐵硼鍍鋅前的浸鍍。

(2) 浸鎳:醋酸鎳70g/L,硼酸65g/L,氫氟酸170mL/L,溫度室溫,時間30s,可用于釹鐵硼鍍鎳前的浸鍍。

但化學浸鍍在實際生產時遠不像在實驗室中那么簡單,雖然曾有某釹鐵硼廠因鍍層結合力不良被大批退貨,損失慘重,后采用化學浸鍍使問題得到解決。但畢竟這種方法溶液變化較快、不能長期使用、不如電鍍更易操控等,因此不易被一線操作人員所接受。不過,某釹鐵硼電鍍技術人員曾這樣說:“我把化學浸鍍當作‘殺手锏’,一般不用,遇到厲害的角色(即鍍層質量要求較高)時再用”。至少目前,這不失為一個好主意。但若化學浸鍍能像鍍鋅、鍍鎳那樣成熟、穩定、易操控,釹鐵硼電鍍長期以來存在的老大難——鍍層結合力不良問題,不就可以得到有效解決了嗎?這需要專業人士做進一步研究。

四、滾鍍鋅

釹鐵硼鍍鋅層的耐蝕性較差。因為釹的電位比鋅負得多,且在材料中所占比例較大,釹鐵硼鍍鋅不能像鋼件鍍鋅一樣對基體起到非常明顯的陽極保護作用,則鋅對釹鐵硼來講簡直就是陰極性鍍層,幾乎要靠低孔隙率來保證其耐蝕性。并且,釹鐵硼采用的酸性鍍鋅工藝,鍍層致密度又較低,則孔隙率較大,因此不能對基體起到有效的保護作用。試驗結果表明,同等情況下釹鐵硼鍍鋅層的耐蝕性不如鍍鎳層,而普通鋼件則相反。另外,鋅鍍層(相對于鎳、鉻等鍍層)不能長久保持漂亮的外觀,這使其裝飾性作用也會大打折扣。

既是防護-裝飾性鍍層,防護性不佳,裝飾性也不佳,所以釹鐵硼鍍鋅一般只用在檔次不高的產品上以降低成本。因為鍍鋅成本低,工藝成熟、易操控,釹鐵硼也分三六九等,在一些檔次不高且使用環境不太差的產品上采用鍍鋅還是合適的。采用載重量5kg(實際可能遠超5kg)的滾筒,氯化鉀滾鍍鋅,一般滾鍍約1.5h,鍍層厚度約8µm,籃白鈍基本可滿足24h中性鹽霧試驗要求。彩鈍會更好些。若要求再高,則只有增加鍍層厚度,因為鍍層越厚孔隙率越低,對基體的保護作用就越好。但不宜增加防銹劑之類的有機涂層,因為這樣可能在零件充磁時造成影響。

但若不完全從成本角度考慮,可通過以下途徑來提高釹鐵硼鍍鋅層的耐蝕性。

(1)    采用堿性鍍鋅層

因為釹鐵硼鍍鋅層幾乎靠低孔隙率保證其耐蝕性,堿性鍍鋅屬絡合物類型,鍍層致密度比酸性鍍鋅高(則孔隙率低),所以若作為陰極性鍍層,耐蝕性自然比酸性鍍鋅好。并且,堿性鍍鋅層鈍化膜(不管籃白還是彩鈍)的抗變色能力優于酸性鍍鋅,這會進一步提高其耐蝕性。所以,釹鐵硼若采用堿性鍍鋅,在鍍層厚度相同時耐蝕性會比酸性鍍鋅好。

堿性鍍鋅可采用鋅酸鹽鍍鋅(氰化鍍鋅劇毒),該工藝也非常成熟,盡管電流效率有點低,但對釹鐵硼采用小滾筒電鍍影響不太明顯。只是因電流效率低,不能直接在釹鐵硼基體上施鍍。因為釹鐵硼表面多孔,電流效率低會造成陰極大量析氫,只能得到疏松、海綿狀的鍍層。采用浸鋅或酸性鍍鋅預鍍可解決此問題。

(2)    采用鋅合金鍍層 

鋅合金鍍層比純鋅層耐蝕性好得多,常用的鋅合金鍍層有鋅鐵合金、鋅鎳合金等,其中以鋅鎳合金耐蝕性最好。目前,雖未見有釹鐵硼滾鍍鋅鎳合金應用的報道(據說安美特的酸性滾鍍鋅鎳合金已用于某釹鐵硼廠小批量生產),但在改善釹鐵硼鍍鋅防腐的途徑中,鋅鎳合金是最被看好的。雖然鋅鎳合金對釹鐵硼的陽極保護作用也不明顯,但含鎳10%15%的鋅鎳合金為穩定的γ相單相組織,該合金相在大氣環境中具有極強的鈍化能力,表面易生成一層極薄的、致密的NiO鈍化膜,且膜層破裂后會迅速修復。所以,鋅鎳合金鍍層具有極佳的耐蝕性,最高可比純鋅層提高約10倍。但釹鐵硼若鍍鋅鎳合金,酸性鋅鎳合金滾鍍難度大不易成功,堿性鋅鎳合金不能直接在釹鐵硼基體上施鍍,應浸鋅或酸性鍍鋅預鍍,且不易獲得高含鎳量(10%15%)的鍍層,則耐蝕性不像期望的那么高。

釹鐵硼采用堿性鍍鋅或鋅鎳合金鍍層,耐蝕性比酸性鍍鋅層有不同程度的提高。但堿性鍍鋅需預鍍,堿性鋅鎳合金不僅需預鍍且滾鍍難度也相對較大,均不如酸性鍍鋅簡單、方便、用起來得心應手。所以,這兩種工藝若替代酸性鍍鋅用在檔次不高的釹鐵硼產品上,恐怕不易被多數人所接受,這可能就是釹鐵硼鍍鋅多年來一直是酸性鍍鋅獨大的原因吧!

五、滾鍍鎳

1.滾鍍單層鎳

釹鐵硼鍍單層鎳一般采用滾鍍亮鎳工藝,與普通鋼件滾鍍亮鎳相比:(1)對原輔材料尤其添加劑的性能和質量要求更高;(2)對設備的可行性和可靠性要求更高;(3)要求工序間不間斷操作(至少活化與電鍍間操作速度要快),且入槽后采用大電流沖擊以使零件盡快上鍍,否則零件氧化程度大,影響鍍層結合力。其實,這幾點也是釹鐵硼電鍍通用的要求,如鍍鋅、預鍍鎳等也是如此。

釹鐵硼鍍單層鎳的最大問題是,鍍層需要很厚,否則因孔隙率較大不能對基體起到較好的保護作用。然而,因鎳是磁性金屬,鍍層太厚又會對磁體的磁性能產生較大影響(主要是磁屏蔽)。這是一個兩難的、矛盾的選擇。所以,釹鐵硼鍍單層鎳非理想之選。

2.滾鍍雙層鎳

釹鐵硼選擇鍍雙層鎳的理由是,雙層鎳的“橫向腐蝕作用”可使鍍層減薄但耐蝕性反倒提高,這對釹鐵硼無疑有著積極的意義,既提高防腐性又(因鍍層減薄)減輕了對磁性能的影響。但普通鋼件鍍雙層鎳可達到鍍層薄但防腐性好的目的,釹鐵硼鍍雙層鎳則有人持懷疑態度。認為雙層鎳鍍層減薄后孔隙率會有所增加(雙層鎳只是在相同厚度時比單層鎳孔隙率低),則腐蝕從孔隙處直達基體,此時因材料中含相當數量化學活性極強的釹,雙層鎳的“橫向腐蝕作用”也無濟于事。釹鐵硼電鍍無論什么鍍層,其防腐主要靠低孔隙率,所謂的犧牲陽極性作用(如鋅、雙層鎳等)意義不大。釹鐵硼鍍雙層鎳比單層鎳防腐性提高,只能是在鍍層沒減薄或減薄很少的情況下,鍍層不減薄則對釹鐵硼鍍雙層鎳起碼失去了一半的意義。

其實,釹鐵硼鍍雙層鎳難以在生產中推廣開,還因為半亮鎳與亮鎳溶液的交叉污染問題。一般滾鍍雙層鎳,鍍完半亮鎳后不換滾筒直接入亮鎳槽滾鍍亮鎳。但直齒傳動的滾筒不知不覺中在下一輪將亮鎳液的硫漸漸帶入半亮鎳液將其污染(可參考第四章第二節三),從而縮小了兩層鎳間的電位差。相信不少廠家有過這樣的經驗:剛開始兩層鎳間的電位差還可以達到要求,后來越來越小,最后可能就沒有電位差了。前幾年,新上釹鐵硼電鍍項目時,多層鎳測厚儀幾乎是必上的設備,近幾年起碼新上時似乎不見該設備了。

3.滾鍍鎳--

普通鋼件的銅-鎳組合鍍層不失為釹鐵硼的理想之選。因為:①銅的孔隙率比鎳低,以銅代替部分鎳(代替多少根據情況而定)可提高鍍層耐蝕性;②銅為非磁性金屬,對磁體的磁屏蔽小于鎳,可使磁體因鎳層磁屏蔽造成的磁性能損失減??;③可降低鍍層成本。但鋼件直接鍍銅,若不嫌氰化物劇毒尚可選擇氰化鍍銅,釹鐵硼直接鍍銅則即使不嫌氰化物劇毒也無法采用氰化鍍銅。因為氰化鍍銅電流效率低,若直接在釹鐵硼基體上施鍍,其結果與堿性鍍鋅直接在釹鐵硼基體上施鍍是一樣的。釹鐵硼不能直接鍍銅,則采用銅-鎳組合鍍層必須預鍍,若選擇電鍍的方法預鍍則一般為預鍍鎳,此即構成了釹鐵硼的鎳--鎳組合鍍層。

(1)    預鍍鎳 

常用的預鍍鎳工藝有檸檬酸鹽鍍鎳和鍍暗鎳。檸檬酸鍍鎳液呈中性或弱堿性,不會對釹鐵硼基體造成腐蝕,這是其用于釹鐵硼預鍍的一大優點。但檸檬酸鍍鎳屬絡合物類型,低的電流效率會使其在釹鐵硼基體上施鍍時產生困難。有研究表明,釹鐵硼采用中性或弱堿性鍍鎳(未必是絡合物類型)預鍍,對基體腐蝕小,所得鍍層均勻、光亮、孔隙率低,且鍍層結合力、防腐性較好。果能如此,該工藝又能比較成熟的話,當不失為理想的釹鐵硼預鍍鎳工藝,但未見這方面應用的報道。

酸性鍍鎳液呈弱酸性,為簡單鹽鍍液類型,若用于釹鐵硼預鍍,極易對零件造成腐蝕。尤其滾鍍因受混合周期的影響,零件難以像掛鍍一樣很快上鍍,則更容易受到腐蝕。但絡合物鍍液不能直接在釹鐵硼基體上施鍍,因此選擇酸性鍍鎳液預鍍是迫不得已。這樣的話,就要求選用的酸性鍍鎳工藝應沉積速度較快,以盡量縮短零件表面上鍍時間,減輕零件受腐蝕程度。氨基磺酸鹽鍍鎳沉積速度快、鍍層應力小、分散能力好,因此較適于釹鐵硼預鍍,且很早就有業內人士提倡這種工藝。但氨基磺酸鹽鍍鎳成本較高,且鍍液穩定性較硫酸鹽-低氯化物型鍍鎳工藝差,因此不易被釹鐵硼電鍍行業所接受。

早期,釹鐵硼預鍍鎳就是鍍暗鎳,這種工藝成熟、穩定、易操控,鍍層沉積速度雖不如氨基磺酸鹽鍍鎳快,但單鹽鍍液電流效率高,滾筒入槽后使用大的沖擊電流,一般能夠獲得結合力良好的鍍層。另外,預鍍暗鎳還有一個重要原因是,暗鎳層純度高,不含任何可引起鍍層應力的表面活性物質或其它異于鎳的局外物質,這無疑利于提高鍍層結合力。所以,在釹鐵硼不能預鍍銅(來提高鍍層結合力)的情況下,預鍍暗鎳是理想選擇。該工藝在釹鐵硼電鍍使用多年,綜合效果一直較好。但近些年很多采用預鍍半亮鎳,此時半亮鎳并非作為雙層鎳的底層,而是因為半亮鎳比暗鎳允許使用更大的電流密度,從而利于鍍層沉積速度加快。

例如,釹鐵硼零件采用載重量5kg的滾筒預鍍鎳,正常施鍍時電流為30A40A,而剛入槽時的沖擊電流可能達到70A,此時暗鎳顯然不如半亮鎳更容易承受如此大的電流。半亮鎳一般建議選用性能和質量較好的商品工藝,以利于采用更高的電流密度上限。

釹鐵硼預鍍鎳是沒有辦法的辦法,如果可能的話直接鍍銅鍍層結合力會更好(銅與任何金屬或合金的結合力都很好)。據說某()()資釹鐵硼廠即采用直接鍍銅然后鍍亮鎳的工藝,該廠的電鍍質量在國內是名列前茅的。但具體工藝情況并不為人知曉,操作人員只是按要求維護鍍液,并到期將鍍液報廢。國內有人搞過或還在搞釹鐵硼直接鍍銅技術,但目前尚未見到結果。該技術的難點在于:單鹽鍍液無法解決置換銅問題,行不通;絡合物鍍液電流效率低,直接在疏松多孔的釹鐵硼基體上施鍍無法獲得連續的、合格的銅鍍層,也行不通。所以,釹鐵硼直接鍍銅應該采用一種絡合及活化能力較強且同時電流效率較高的鍍液,實非易事!

(2)    鍍銅- 

目前,釹鐵硼滾鍍加厚銅一般采用滾鍍焦銅工藝,該工藝成熟、穩定,鍍液分散能力好且無氰,鍍層結晶細致、有一定光澤,容易獲得較厚的銅鍍層,是理想的釹鐵硼滾鍍加厚銅工藝。但生產中發現,釹鐵硼滾鍍焦銅似乎不如普通鋼件滾鍍焦銅時溶液更穩定,這應是由于釹鐵硼基體逐漸受到焦銅溶液腐蝕(普通鋼件受腐蝕程度相對較輕),產物使溶液受到污染的緣故。將預鍍鎳層加厚會使問題得到改善,因為厚的預鍍鎳層可保護釹鐵硼基體不受或少受后續焦銅溶液腐蝕,則焦銅溶液受到污染的幾率減小,穩定性提高。但對于釹鐵硼管狀零件,其深孔內預鍍鎳層較難加厚,則采用普通滾鍍焦銅工藝仍難以使問題得到改善。所以,針對釹鐵硼的特殊性改良滾鍍焦銅工藝,使其溶液對釹鐵硼基體腐蝕減小,是解決釹鐵硼滾鍍焦銅時溶液穩定性不佳的有效途徑。例如,“Nd焦銅”電鍍工藝采用強絡合劑體系,鍍液呈弱堿性,幾乎不會對釹鐵硼基體產生任何腐蝕,從而有效解決了釹鐵硼滾鍍普通焦銅時對預鍍鎳層要求較高的頑癥。

但釹鐵硼滾鍍加厚銅采用滾鍍酸銅卻極不合理(可參考第四章第三節),主要是因為酸銅液酸性較強需要更厚的預鍍層,否則,①基體易受腐蝕;②酸銅液易受污染;③難以得到結合力好的銅鍍層。而釹鐵硼管狀零件深孔內預鍍鎳層較難鍍厚,即使簡單零件能鍍厚,預鍍鎳很厚,因酸銅亮度不佳或亮鎳作為面層不宜太薄等原因亮鎳也很厚,那么,加厚銅鍍多厚呢?即使普通鋼件也多不采用滾鍍酸銅加厚,釹鐵硼則更不宜采用。前些年,釹鐵硼滾鍍酸銅加厚(尤其在某一地區)很盛行,可能是行業中一種從眾、跟風心理使然,近幾年似乎不見蹤跡了。

釹鐵硼滾鍍亮鎳則無太大特殊之處,但要求盡量采用性能較好的滾鍍亮鎳工藝,以滿足釹鐵硼產品高品質要求的特點。釹鐵硼滾鍍銅-鎳有幾點注意事項:①銅鎳厚度比應綜合鍍層防腐要求、銅鎳對磁體磁性能的影響等因素而定;②不能認為預鍍鎳后避免了零件表面氧化,滾鍍銅、鎳時就可以采用大滾筒,釹鐵硼材質脆性較大,磕角、磕邊等現象同樣可能發生在滾鍍銅、鎳時;③滾鍍銅、鎳的滾筒(包括預鍍鎳)應專用,即使生產線也宜每鍍完一個鍍種即更換滾筒,否則易造成鍍液交叉污染,不利于穩定生產。

六、化學滾鍍鎳

就目前來講,釹鐵硼鍍鋅、鍍鎳所采用的工藝或工藝組合及鍍層質量等基本比較穩定,但鍍層中性鹽霧試驗一般在72h以下,若要求再高,如96h以上,則只有增加鍍層厚度。而鍍層太厚,①對磁體磁性能影響加大;②施鍍時間加長,生產效率較低;③鍍層脆性增加。所以,靠增加鍍層厚度來提高防腐似乎不太明智,此時一般不再采用電鍍而主要采用化學鍍鎳來解決問題。

化學鍍鎳層的孔隙率比相同厚度的電鍍鎳層低,既然釹鐵硼鍍層的防腐主要靠低孔隙率,則采用化學鍍鎳比電鍍鎳防腐性好(當然防腐性好還由于其無定形結構、鍍層均勻等原因)。所以,當釹鐵硼鍍層防腐性要求較高(一般96h以上)時,采用化學鍍鎳既可滿足鍍層防腐性要求,又可不用鍍得很厚,以免加大對磁體磁性能的影響。其實,化學鍍鎳層對含磷量進行控制(含磷量10%以上),可實現鍍層不導磁,此時對磁體磁性能的影響已經很小,且鍍層的防腐性也最好。這樣,釹鐵硼化學鍍鎳可實現薄鍍層、低磁屏蔽和高防腐性等多重意義,以最大限度發揮其優勢。另外,釹鐵硼化學鍍鎳還在以下諸多場合具有較大優越性。

(1) 深孔或形狀復雜的產品,及某些細長、扁平、弧度、溝槽等尺寸均勻度要求較高的產品,采用化學鍍鎳,其極佳的均鍍能力使電鍍鎳望塵莫及。

(2) 大面積、大尺寸產品,采用滾鍍難度大、問題多(如零件粘貼、表面受損等),采用掛鍍或筐鍍容易出現“掛具印”或掛點位置鍍層有缺陷,且生產效率低。而采用化學鍍鎳時使用特殊的化學鍍滾筒(一種特制的網格式滾筒),可得到均勻、無缺陷的化學鎳層。

(3) 成品率要求較高的產品,如某類產品抽檢200片不允許1片不良,此時采用化學鍍鎳因不受電流因素的影響,比電鍍鎳更容易滿足要求。

(4) 超小尺寸產品,鍍層體積占產品總體積的比例(相比大尺寸產品)提高,則導磁的電鍍鎳層對磁體磁性能的影響相對增大(鍍前鍍后測試磁性能衰減15%以上)。而不導磁的化學鎳層則不存在此問題。并且,此時因采用化學鍍鎳,小磁體甚至可采用磁能積更低一點的材料制作,從而使產品基體材料成本降低。

但目前釹鐵硼化學鍍使用的酸性化學鎳(酸性化學鎳鍍層比堿性孔隙率低)工藝,尚不能在釹鐵硼基體上直接施鍍。因為在酸性化學鎳溶液中,活潑的釹會優先溶解造成磁體失磁嚴重,并導致鍍層與基體結合力差。一般,釹鐵硼化學鍍鎳前多采用電鍍鎳打底,然后再在具有催化活性的底鎳表面進行正常的化學鎳施鍍。比較可行的釹鐵硼整套化學鍍鎳工藝,其主要工藝過程如下。

(1) 預鍍鎳2µm。

(2) 電鍍銅4um(鍍銅后可在純水中放置不超過12h與實際生產更相適應)。

(3) Cu-cover型化學鍍鎳1µm(滾鍍510min)。

(4) Niccol-001化學鍍鎳銅磷合金1015µm(滾鍍1.52h,鍍層含鎳83%85%3%4%10%13%)。

該工藝可獲得至少滿足96h中性鹽霧試驗要求的釹鐵硼化學鍍鎳層。        

七、電鍍設備

釹鐵硼電鍍設備與普通電鍍設備無本質區別,但因釹鐵硼特殊的表面物理化學性質,釹鐵硼電鍍設備又有自身的特殊性。以下從滾筒、生產線形式及電鍍電源等方面闡述其特殊性。

1.滾筒

釹鐵硼滾筒比普通零件滾筒講究要多,其主要表現在滾筒尺寸(或大小)、滾筒轉速及滾筒透水性等幾方面。

(1) 滾筒尺寸(或大小滾筒尺寸(或大小)的選擇主要受釹鐵硼材質兩種特性的影響:①釹鐵硼零件極易氧化,因此施鍍開始后應盡快上鍍,以減輕其氧化程度,提高鍍層結合力,從滾筒的角度講,零件的混合周期越短,上鍍速度就越快,所以釹鐵硼滾筒應為零件提供盡可能短的混合周期;②釹鐵硼材質脆性大,因此零件在滾筒內的翻動不能太強烈,否則表面容易受到不同程度的損傷。

由此不難看出,符合以上兩點要求的其實是一種小滾筒。小滾筒可為零件提供短的混合周期,上鍍速度快,鍍層結合力好。同時,小滾筒對零件的翻動強度小,則零件受損輕。實踐證明,釹鐵硼電鍍采用小滾筒,可獲得結合力及表面質量好的鍍層,而采用大滾筒則相反。但小滾筒產能低,生產效率低,所以釹鐵硼滾筒尺寸(或大小)選擇的關鍵,是在鍍層品質與滾筒產能之間找到一種平衡,該平衡應同時滿足釹鐵硼電鍍“質”和“量”的雙重要求。從多年的生產實踐看,釹鐵硼滾筒的載重量以35kg(指標準零件重量,釹鐵硼可能遠超此數)為宜。過大,鍍層結合力差、零件容易磕角或磕邊、品質差;過小,滾筒產能低。

采用小滾筒固然可滿足釹鐵硼電鍍高品質的要求,但35kg的滾筒若用于規?;a則恐怕問題很大。以規模稍大點的釹鐵硼廠為例,一般每天的電鍍量在1噸左右為正常,以35kg的滾筒去滿足1t/天的生產量(況且每筒的施鍍時間還很長),實非易事!目前,釹鐵硼行業解決該問題一般(或只能)采用增加滾筒數量的辦法,如釹鐵硼廠有幾十或大幾十只滾筒屬平常,大廠可能多達數百只。滾筒小則只有數量多產量才能高,從而可滿足釹鐵硼電鍍“質”和“量”的雙重要求。釹鐵硼滾筒的“小”和“多”,構成了釹鐵硼電鍍的一大特色。

(2) 滾筒轉速  釹鐵硼滾筒選擇合適轉速的難點在于,既希望轉速快以縮短零件的混合周期,又希望轉速慢以減輕零件表面受損程度。這是一個兩難的、矛盾的選擇。使用直徑小一些的滾筒可使該難題得到一定解決。因為滾筒直徑小,零件運行的線速度小,則在提高滾筒轉速的同時,零件線速度未必比滾筒直徑大、轉速慢時加快,線速度不加快則零件受損不加重,因此可達到滾筒轉速高而零件受損輕的目的。

但滾筒直徑小,載重量必然受到影響,設備產能低。這時可適當增加滾筒長度,以盡可能增加滾筒載重量。這樣,適合釹鐵硼電鍍的實際是一種細長型滾筒。

(3) 滾筒透水性  釹鐵硼滾筒對透水性有更高的要求。因為釹鐵硼比普通鋼件更容易氧化,透水性好可使用大的電流密度,以加快上鍍速度,提高鍍層結合力。且透水性好對深孔或復雜零件,還可提高孔內或深凹部位的鍍覆能力。但要求滾筒透水性好,還應保證可靠性高。因為釹鐵硼電鍍量大,每筒施鍍時間長,則滾筒使用時的疲勞強度大,若可靠性不佳,難以經受住釹鐵硼電鍍的高強度使用。

所以,釹鐵硼滾筒既要透水性好,又要皮實、耐用、可靠性高,應做到透水性與可靠性的和諧統一。一般,開孔率在30%左右的注塑方孔滾筒可滿足其透水性與可靠性的雙重要求,這種滾筒在釹鐵硼行業使用多年,實踐證明是釹鐵硼電鍍的理想選擇。而有資料介紹的開孔率40%50%的滾筒,屬網孔滾筒,透水性較好,但用于釹鐵硼電鍍可靠性不足(網孔極易被鋼球陪鍍上沉積的粗晶劃破)。

2.生產線形式

釹鐵硼滾筒的“小”和“多”,是釹鐵硼電鍍的一大特色。這些又小又多的滾筒需同時擔負釹鐵硼電鍍高質量與高產量的雙重任務,因此選擇一種合適的生產線形式對完成該任務十分必要。

(1)    自驅動滾鍍設備 

早期,釹鐵硼電鍍多采用自帶電機的自驅動滾鍍機,量小時三、五臺,量大時三、五十臺或上百臺。一般,不按工藝流程排成流水線全部采用滾筒生產,而是電鍍工序上滾筒,其它工序在滾筒外操作。滾筒運送方式采用手工。這種形式操作時受生產線流程的影響小、靈活性強,只要選擇合適規格的滾筒,一般均能獲得比較理想的鍍層質量。

但自驅動滾鍍機的電機與滾筒連在一起,滾鍍機自重較重,裝零件后更重,且滾筒非行車運送而是手工運送。因此規?;婂兩a時工人勞動強度大,并同時造成生產效率低、產量難以保證的問題??梢哉f,這是一種高質但不高產的生產線形式。另外,電機在滾筒上方,生產時受腐蝕的機會多,電機損壞率高,穩定生產容易受到影響。

(2)    滾鍍自動線 

采用自驅動滾鍍設備高質但不高產,難以滿足釹鐵硼電鍍規?;a的要求,所以大約20世紀90年代末,釹鐵硼滾鍍自動線應運而生。其主要目的是在減輕工人勞動強度的同時,減少人為因素,提高產品質量,并且提高勞動生產效率。即實現釹鐵硼電鍍高質高產的雙重目的。但結果基本未能如愿,主要原因為如下。

① 釹鐵硼零件品種多、批量大,但單一品種批量小,且品種不同,對鍍層的裝飾、防腐、磁屏蔽等要求也多有不同。所以,釹鐵硼滾鍍設備應能根據具體情況適時作出變化,而自動線靈活性不足,顯然難以滿足此要求。

② 自動線(相對于人工)運行速度緩慢,這可能在釹鐵硼預鍍(或直接鍍)時,因零件氧化程度大而造成鍍層結合力不良。

③ 釹鐵硼多數情況下采用多層鍍層(如鎳--鎳、雙層鎳等),自動線的滾筒極易清洗不徹底,造成各槽溶液交叉污染。

另外,自動線投資大,周期長,維護費用高、難度大,操作人員難以靈活使用和熟練掌握等,也是造成釹鐵硼滾鍍自動線實際應用效果不佳的原因。

盡管如此,因為自動線具有人為因素少、生產效率高、工人勞動強度低等諸多優越性,多年來釹鐵硼行業追求滾鍍自動線的腳步從未停止,甚至目前就有釹鐵硼大廠在上或準備上自動線項目。但釹鐵硼滾鍍自動線應根據釹鐵硼產品的特殊性并結合電鍍工藝專門設計、制造,而不能簡單地把普通自動線拿來就用。就像穿衣服一樣,每人應穿適合自己的衣服,而不能簡單地把別人的衣服拿來穿。

(3) 多頭滾鍍設備  釹鐵硼多頭滾鍍()設備,一只鍍槽配多只滾筒,多只滾筒共用一套電機驅動裝置,并通過鏈條或總傳動軸帶動各個工位滾筒轉動。一般,可根據生產量選擇數臺甚至數十臺滾鍍機并用。生產線形式可單鍍種組成一條線(如預鍍鎳線、鍍銅線等),也可一種組合鍍種(如鎳--)為一組,多臺組成一組,多組編成一班,滾筒數量雖多,但管理起來卻非很難??膳涫滞菩熊?span lang="EN-US">(配行車時多采用自帶直流電機滾鍍機),也可不配,兩種形式均靈活、自如、運行快捷,工人勞動強度雖比自動線大,但比自驅動滾鍍機低得多,基本可達到釹鐵硼電鍍高質高產的雙重目的。這種形式源自韓國,一般認為由自驅動滾鍍機演變而來,國內最早出現于1999年末至2000年初,因與釹鐵硼產品的特殊性相適應,在高、中、低各層次釹鐵硼廠均得到較好的應用,是目前釹鐵硼電鍍的“生力軍”。

3.電鍍電源

釹鐵硼電鍍要求整流電源應滿足兩個條件:(1)(尤其打底或直接鍍時)能夠提供連續、平穩的電流;(2)皮實、耐用、可靠性高。因為打底或直接鍍時,施鍍開始后零件表面同時進行著上鍍與氧化兩個過程。上鍍快,氧化就慢,則鍍層與基體的結合力好;上鍍慢則相反。連續、平穩的電流利于上鍍不利于氧化,因而利于提高鍍層結合力。脈沖電源雖能獲得結晶細致、孔隙率低的鍍層,利于提高鍍層耐蝕性,但脈沖電流是斷續的,脈沖關斷期內,上鍍過程停止而氧化過程加快,且氧化過程隨脈沖電流周期性地進行,結果必然得到結合力不佳的鍍層。壓力鍋試驗證明,釹鐵硼采用脈沖電源打底,鍍層結合力明顯不如普通直流電源好。

要求整流電源可靠性高,是因為釹鐵硼電鍍施鍍時間長、疲勞強度大、質量要求高、材料昂貴。否則,可能因設備損壞使整滾筒零件報廢,而一滾筒(高檔次)釹鐵硼產品不會比一臺電源便宜多少。開關電源波形好、體積小、省電,因此釹鐵硼廠有很多采用(有的是自愿,有的是行業管理部門以“節能減排”為由強制推廣)。其實,開關電源波形好和體積小對硅整流談不上優勢,因為硅整流波形也很好,雖體積大點但不至于一般釹鐵硼廠放不下。開關電源比硅整流省電是事實(其實對于釹鐵硼廣泛采用的500A以下電源省電僅5%),但可靠性差,若因電源問題時不時出點廢品,則省點電恐怕得不償失。

三相橋式硅整流電鍍電源波形連續、平穩,可靠性(在所有電源中最)高,雖(相對于開關電源)廢電,但(目前尚無十全齊美的電源)綜合來講仍不失為釹鐵硼電鍍電源的理想選擇,且多年的釹鐵硼電鍍生產實踐也證明了這一點。

 
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