钕铁硼电镀技术的改进：提高磁体表面品质与降低生产成本的探索

钕铁硼电镀技术的改进：提高磁体表面品质与降低生产成本的探索

4.

钕铁硼电镀工艺改进

接上篇文章

目前的钕铁硼电镀生产工艺已基本适应市场的需求，满足了大部分产品的要求，但部分工艺本身存在的弊端制约了磁体表面质量的稳定性，增加了生产成本，需要进一步改进和提高。

镀锌

解决或改善三价铬钝化膜耐腐蚀性能差的问题：

1）寻找一种杂质含量较少的纯锌电镀工艺，直接镀在NdFeB基体上；

2）若纯锌电镀工艺无法直接在NdFeB基体上镀层，可采用氯化钾镀锌或浸锌的方法进行打底，然后再镀纯锌层。使用此思路进行初步生产实验后，效果与预期一致。

此外，还可采用如下方法提高NdFeB镀锌层的耐蚀性。

1）采用碱性镀锌层。碱性镀锌层致密性高，这在NdFeB镀锌层依靠低孔隙率（而非阳极保护）来保证其耐腐蚀性能时更为重要。另外碱性镀锌层中的有机杂质较少，有利于三价铬钝化膜的形成。

但碱性镀锌工艺不能直接应用于NdFeB基体，需要进行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NdFeB基体无明显的阳极保护作用，但具有优异的耐腐蚀性能（最高可达纯锌层的10倍左右），可作为NdFeB镀锌的高端镀层。

当前的问题：

a.酸性锌镍合金镀层镍含量较高，耐蚀性好，但滚镀难度大；

b.碱性锌镍合金适用于滚镀，但镀层镍含量较低，耐蚀性稍差，需进行浸锌或氯化钾镀锌预镀。

镀镍

预镀镍采用瓦特式半光亮镀镍工艺，主要目的是保证镀层与基体结合稳定及有良好的深镀能力，为后续镀铜打下良好的基础。

但钕铁硼在单纯盐镀液型半光亮镍镀液中易发生腐蚀，腐蚀会污染镀液。除采取措施（从镀液、辊子、操作等方面）尽量减少磁体的腐蚀外，还应对镀液中溶解的铁离子采取措施处理：

1）定期对镀液进行处理，但会增加溶液处理成本，造成部分溶液的损失，并影响连续生产；

2）利用杂质掩蔽剂与镀液中的铁离子形成螯合物，使铁、镍共沉积，化害为利，延长镀液处理周期，保持生产质量稳定，减少非生产成本损失。

较厚的底镍层会增加总镍层厚度，增加对磁体的磁屏蔽作用。减薄底镍层可以降低其影响，但会增加后续镀铜溶液腐蚀基材的风险。

为此，可采取以下措施：

1）尽量采用分散性能好的预镀镍工艺。零件低洼区域的镀层厚度会相应增加，可以降低底层镍层的平均厚度；

2）尽量采用对磁体腐蚀较小的镀铜工艺，降低对底镀层的要求，因此底镀镍层厚度可以减薄。表面较厚的亮镍层是影响磁体磁性能的主要因素，但不能简单地通过减薄表面镍层来减少其影响，因为太薄的表面镍会降低镀层的耐腐蚀性能，得不偿失。

更好的解决方案是尽可能多地使用非磁性涂层：

1）首先保持镀铜层δ在7-9μm；

2）其次采用无磁性高磷化学镍代替光亮镀镍，δ为8-10μm。这样既可以提高镀层的耐腐蚀性能，又可以减少对磁体磁性能的影响。

镀铜

目前NdFeB镀铜的一个关键问题是镀铜液对磁体的腐蚀严重，影响镀层结合强度，腐蚀产物污染镀铜液，因此对底镍层的质量要求很高（厚度、覆盖能力、无漏镀等）。

鉴于NdFeB的特殊性，寻找更加稳定的络合剂、开发新的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NdFeB基体不产生置换反应，可接受δ为1～2μm的底镍层，并始终保持良好的结合强度。

甚至可以采用脉冲电流法在钕铁硼磁体表面直接镀铜，并且镀层结合强度好。

同时，无氰碱性镀铜新工艺还具有以下优点。

1）镀液中ρ（Cu2+）为7-8g/L，溶液波美度在22左右，粘度低，带出损失小，溶液稳定性好，简化工艺清洗，适合自动化生产线连续生产。

2）不需添加光亮剂，涂膜自然流平、光亮，亮度足够高，生产控制更简单。

3）溶液容易控制，不需要复杂的络合剂分析，试验方便；络合剂稳定，不水解，没有水解产物的干扰。

4）具有优良的深镀能力和均镀能力，镀铜层纯度高、应力小，总体效果优于氰化物镀铜。

经过一年多的生产实践证明，无氰碱性镀铜新工艺是一种非常适合于NdFeB表面处理生产的镀铜工艺。

化学镀镍

目前钕铁硼零件化学镀镍所采用的高磷合金工艺，多借鉴其他行业的常规工艺，存在操作温度高、设备塑料件易金属化、溶液稳定性差等缺陷。

鉴于NdFeB的特殊性，开发适合滚镀生产的低温、高稳定性化学镀镍工艺是NdFeB化学镀镍改进的方向。

一套较为可行的全套钕铁硼化学镀镍工艺主要流程如下。

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

此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）涂层无磁性，对磁体的磁性能影响很小；

2）方案工作温度低（65-72℃），使用寿命长；

3）无滚筒金属化及氟塑料加热器，适合连续化生产；

4）用户可自行配制镍补充精矿，生产成本低；

5）镀层无铅、无镉，完全满足RoHS指令的要求。采用该工艺是解决钕铁硼化学镀镍难题的有效方法。

生产设备及方法

钕铁硼滚镀自动线生产存在诸多问题，现仅针对各类镀液的交叉污染问题提出以下改进措施。

1）做到充分的水冲洗。

手动线只要在切换镀种时更换滚轮，就能彻底解决清洁问题，而自动线若中途不更换滚轮，则容易发生交叉污染。

因此自动线生产应充分水洗，每次换镀型时，应采用两级回收再四级逆流漂洗，水洗过程中每级清洗三次以上，每次滚筒在清洗槽内转动三次以上。

清洗水需经过精细过滤，纯水效果更佳，在镍回收槽中增加镍离子回收装置，降低镍离子增加速度。

2）选择更加适合自动线的工艺，解决镍、铜溶液交叉污染问题。

例如，预镀镍采用低浓度工艺，降低粘度，减少带出物，有利于水洗工艺的清洁效果；镀铜采用无氰碱性镀铜新工艺，铜离子浓度低，溶液粘度小，带出物少，有利于水洗。

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

例如在镀铜、镀镍槽旁增加循环电解净化槽，24小时连续小电流电解净化溶液。

钕铁硼半自动滚镀生产线是适用于特殊性能的钕铁硼零件滚镀生产的方法。

每种型号的钕铁硼镀层单独生产（如镀锌线、底镀镍线、镀铜线、亮镀镍线等），滚筒电镀仍采用原滚筒电镀机，并增加相应的辅助槽，滚筒运输采用半自动起重机。

此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，同时提高了劳动生产率，减轻了工人的劳动强度，可达到钕铁硼镀件滚镀高质量、高产的双重目标。

目前国内已有多家企业采用此种生产方式。

5.

结论

经过近20年的发展，NdFeB材料电镀取得了很大的进步，但存在的问题有待进一步完善和解决。

本文仅涉及一般液相电化学金属表面处理，钕铁硼真空镀铝技术长期被日本企业垄断，我国尚处于较低发展水平，期待更多有识之士参与其中，共谋发展。

未来五年，我国依托稀土资源优势，在全球稀土磁体市场的占有率将不断扩大，钕铁硼表面处理技术将面临更多问题，期待更多新工艺、新材料、新技术在钕铁硼表面处理上的应用。