[发明专利]烧结钕铁硼永磁体表面镍磷合金镀层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面化学处理领域，特别是一种耐腐蚀的化学镀镍磷合金镀层的制备方法。

背景技术

烧结钕铁硼永磁体有“磁王”之称，其具有较高的矫顽力、磁化强度和磁能积，而且还具有能耗低、密度小、机械强度高、磁损耗低等优点，钕铁硼永磁体可广泛应用于电动机、磁共振成像、计算机、磁分离等领域。但钕铁硼永磁体的居里温度和工作温度较低，其在环境介质中容易被氧化和腐蚀，从而导致了其磁性能急剧下降，从而限制了其应用。

晶间腐蚀是钕铁硼永磁体在湿热的环境下主要的腐蚀方式，“相选择性”的腐蚀过程为磁体的典型腐蚀过程，磁体合金中富钕相首先发生腐蚀，然后主相Nd₂Fe₁₄B相继而发生全面腐蚀，富钕相溶解使合金中主相晶粒之间的晶界消失，致使主相晶粒脱落。此外，由于磁体各相在腐蚀介质中的腐蚀电位不同，因而磁体中的富钕相和富硼相成为腐蚀电池的阳极，而主相Nd₂Fe₁₄B相则成为腐蚀电池的阴极，形成了“大阴极、小阳极”腐蚀微电池结构，加剧了磁体的电化学腐蚀。烧结钕铁硼永磁体腐蚀性差已制约了其在各行业领域中的应用，采取适宜的措施来减缓和消除其腐蚀，已成为急需解决的课题。

迄今，在钕铁硼永磁体腐蚀与防护研究方面，已开展了许多工作，如在制粉过程中尽量减轻粉末的氧化、添加合金元素，以及对块状磁体的表面开展涂层涂覆保护等。减缓粉末的氧化能较好地提高磁体性能，但会对制粉工艺提出了更高的要求；添加合金元素虽能提高磁体的耐蚀性，但往往会改变晶体的显微结构，弱化钕铁硼永磁体的性能，合金化不能从根本上解决磁体的腐蚀难题。

目前，烧结钕铁硼永磁体的防护主要采取表面涂装防护涂层的方法，即通过镀层或涂层阻止空气、水以及其他腐蚀性物质向磁体内部渗透，以提高磁体的抗腐蚀性能。用于烧结钕铁硼永磁体的防护涂层主要有金属镀层、聚合物涂层和复合涂层等。采用电镀、化学镀或物理气相沉积法将Ni、Cr、Zn等金属，Ni-P、TiN等金属镀层镀覆于烧结钕铁硼永磁体表面，可起到保护磁体的作用。电镀镍工艺能够得到较厚的防护涂层，并且其成本相对低廉，但该技术也存在自身缺陷，如施镀过程中存在边角效应，镀件上各部分镀层厚度不均、镀层缺陷较多，镀层孔隙率较大；电镀锌工艺具有成本低、工艺简单、生产易操控的优点，通常环境条件下皆可考虑使用，但其镀层在较恶劣环境下使用时寿命会显著下降；化学镀镍具有良好的防护性能，且特别适用于复杂结构的构件。应用聚合物防护涂层可实现在较严重的腐蚀环境下对磁体的有效保护。当应用环境要求对磁体表面进行电绝缘时，聚合物涂层也是比较理想的选择。用于钕铁硼永磁体防腐的聚合物涂层的材料主要是树脂类，如环氧树脂。在某些情况下，需要钕铁硼永磁体在恶劣的环境中工作，这时单一涂层不能满足对磁体的防护要求，可考虑采用两种或两种以上涂层，在磁体表面形成多防护体系。但以上技术并不能实现对烧结钕铁硼永磁体的长期保护。

在众多防腐涂层中，Ni-P化学镀层具有良好的耐腐蚀性，已被广泛用于多种金属材料的防腐研究，化学镀镍磷合金由于优异的耐蚀性而被广泛应用于各种工业环境中，但含磷量不同的合金镀层在不同的腐蚀介质和环境中耐蚀性有明显的差别，要根据具体应用条件而定。通常情况下，Ni-P镀层在氧化性介质中的耐蚀性较差，而且长期浸泡在氯化钠溶液中的耐蚀性能亦不理想，因而以Ni-P防护涂层为基体，对其进行改性，研发新型、耐蚀性能优良的改性镍磷镀层具有重要意义。如将镍磷镀层用CrO₃溶液进行钝化处理，能提高其抗盐雾腐蚀性能；采用双重镍磷镀层，即将高磷合金镀层和低磷合金镀层有效复合，能有效提高镍磷镀层的耐蚀性能；在镍磷镀层中掺杂Cu、Zn、W、Cr和Re等元素，可得到耐蚀性能优良的镍磷多元镀层；采用化学镀镍磷与各种惰性微粒共沉积，可得到功能全新的复合镀层，如Ni-P-Al₂O₃、Ni-P-SiC、Ni-P-Cr₂O₃、Ni-P-PTFE、Ni-P-PVDF、Ni-P-石墨等复合镀层，从而提高镍磷合金镀层的耐蚀性、耐磨性和润滑性能。

化学镀镍磷合金镀层对大多数合金材料而言属于阴极保护镀层，要确保镍磷镀层有优良的耐蚀性能，必须使其在金属合金表面上形成完整的阻挡层。镍磷镀层的腐蚀主要有两种形式，一种是均匀腐蚀，另一种是在镀层孔隙处发生点蚀。如果镍磷镀层存在孔隙或缺陷将会严重影响镀层的保护效果。