釹鐵硼燒結(jié)磁體的化學(xué)鍍表面防護(hù)處理研究.pdf

1、本文首先綜述了NdFeB永磁材料的腐蝕機(jī)理和各種防護(hù)處理工藝，在此基礎(chǔ)上，采用化學(xué)鍍的方法，在燒結(jié)NdFeB磁體表面鍍覆鎳基合金，以提高磁體的耐腐蝕性能。通過電化學(xué)工作站、結(jié)合力測量儀、掃描電鏡、能譜分析儀、X射線衍射、金相顯微鏡等分析儀器和手段，系統(tǒng)研究了鍍液組成和工藝參數(shù)對鍍層的結(jié)合力、成分、結(jié)構(gòu)和性能的影響，以及相關(guān)的一些科學(xué)問題。主要研究結(jié)果如下： 在堿性鍍液中采用40KHz超聲波輔助施鍍，鍍層與NdFeB基體結(jié)合良好。

2、鍍層與燒結(jié)NdFeB基體的結(jié)合力隨超聲功率的增加先升高后下降。功率為150W時，鍍層與基體的結(jié)合力達(dá)到最大(25MPa)，遠(yuǎn)高于無超聲波輔助時的結(jié)合力(6MPa)。超聲波對鍍層結(jié)合力的作用機(jī)理主要包括超聲波的活化作用、空化作用和攪拌作用。鍍液中添加Nd3+也能改善鍍層與NdFeB基體的結(jié)合力，原因是它在施鍍初期有效抑制了釹元素的腐蝕。 羧乙基硫脲翁甜菜堿與常用的穩(wěn)定劑相比，具有使用范圍廣，穩(wěn)定性能佳的特點(diǎn)。添加量少于8 mg/L

3、時，對鍍層沉積有加速作用，而添加量大時又可作為絡(luò)合劑。此外，羧乙基硫脲翁甜菜堿還對鍍層具有整平、光亮的作用。研究結(jié)果表面，羧乙基硫脲翁甜菜堿的加速作用主要是因為在鍍液中容易被氧化，釋放出的電子被Ni2+接受后還原成Ni，自身同時被氧化成二聚物，然后再被次磷酸根還原。 確定化學(xué)鍍Ni-P合金光亮劑的最佳成分配方為：苯亞磺酸鈉20mg/L，吡啶80 mg/L，烯炳基磺酸鈉20mg/L，硫脲1mg/L。當(dāng)苯亞磺酸鈉和吡啶用量少于15m

4、g/L時，沉積速度隨苯亞磺酸鈉和吡啶量的增加而增加，如果繼續(xù)增加苯亞磺酸鈉和吡啶的用量，則沉積速度迅速下降。隨烯丙基磺酸鈉用量的增加，沉積速度逐漸降低，但烯丙基磺酸鈉用量在20～50mg/L范圍內(nèi)，沉積速度的變化較小。從添加光亮劑的鍍液中得到的鍍層表面光亮平整，孔隙率低，耐中性鹽霧試驗比普通鍍層強(qiáng)。 添加稀土鐿可以有效地提高Ni-P沉積層在腐蝕介質(zhì)中的自腐蝕電位，降低腐蝕電流密度，從而提高磁體的抗腐蝕性能。稀土元素鐿能降低基體的

5、表面能、降低臨界形核功、提高形核率、促使結(jié)晶細(xì)化。添加量為0.15 g-L-1時，鍍層表面胞狀組織細(xì)小、致密，具有最高的耐腐蝕性能。鍍液中添加2～20 g/L氟化銨時，鍍液的緩沖性能隨氟化銨添加量的增加而提高，鍍層的耐腐蝕性也相應(yīng)提高。添加量為20 g-L-1，其緩沖性能優(yōu)異，遠(yuǎn)高于H3803、(CH2)2(COOH)2、CH3COONa。氟化銨對化學(xué)鍍鎳磷的作用機(jī)理主要是氟離子加速H2PO2-的H-P鍵的斷裂，降低基體表面化學(xué)鍍鎳反應(yīng)

6、的活化能，跟溶劑發(fā)生化學(xué)發(fā)應(yīng)；同時，銨根離子也起到絡(luò)合金屬離子的作用。 用不同物質(zhì)的量之比的乳酸和乙酸鈉作絡(luò)合劑時，隨乳酸摩爾分?jǐn)?shù)的增加，鍍速先升高后下降，在，n(CH3CHOhCOOH)：n(CH3COONa)為4∶6時，鍍速達(dá)到最大值，在此溶液中所得鍍層的磷含量為7.8 at．％，平均晶粒尺寸為6 nm，表面顯微硬度達(dá)到HV820，是目前文獻(xiàn)報道未經(jīng)熱處理相應(yīng)鍍層的最高硬度值。利用此鍍層與非晶態(tài)鍍層在腐蝕介質(zhì)中的電位差，結(jié)合

7、超聲波預(yù)鍍層，組成了高耐蝕的三層化學(xué)鍍鎳磷保護(hù)鍍層，避免了點(diǎn)蝕現(xiàn)象的發(fā)生，提高了鍍層的耐腐蝕性能和耐磨性能。 對酸性和堿性鍍液中化學(xué)鍍沉積反應(yīng)活化能的實(shí)驗測試表明，由于酸性鍍液中采用pK值較低的乳酸作為絡(luò)合劑，反應(yīng)體系的活化能較低，鍍速較高。提出了酸性化學(xué)鍍Ni-P合金沉積動力學(xué)的經(jīng)驗速率方程式，對方程驗證結(jié)果表明，方程與實(shí)驗值非常吻合。 在燒結(jié)NdFeB基體上研究了化學(xué)鍍Ni-Cu-P合金，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨【cu2+】/【

8、Ni2+】比值增加，鍍層中Cu含量增加，而Ni含量和P含量逐漸減??；【Cu2+】/【Ni2+】從0.01逐漸增大到0.20時，鍍層結(jié)構(gòu)由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變。pH值為9.0，溫度為80"C時，從【Cu2+】/【Ni2+】配比為0.01～0.05的鍍液中得到的鍍層具有高的耐腐蝕性能。 化學(xué)鍍Ni-Co-P合金鍍層能夠顯著改善NdFeB磁體的耐腐蝕性能，使磁體在3.5wt％NaCl溶液中的腐蝕速度降低約兩個數(shù)量級。隨著鍍液中CO2+濃度