釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)技術(shù)探討

齊麗君 鄧文宇 段永利 惠鑫 孫野

摘 要：本文圍繞釹鐵硼永磁材料表面防護(hù)的相關(guān)議題進(jìn)行了探討，概述了釹鐵硼（NdFeB）的腐蝕機(jī)理，論述了NdFeB永磁材料表面防護(hù)處理技術(shù)，旨在不斷提升NdFeB永磁材料的生產(chǎn)工藝技術(shù)水平，提高產(chǎn)品性能。

關(guān)鍵詞：釹鐵硼 表面防護(hù)

1、引言

釹鐵硼（NdFeB）是磁性材料的一種，由于具有優(yōu)異的磁性被稱為“磁王”，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)、家電產(chǎn)業(yè)、包裝產(chǎn)業(yè)以及航空航天業(yè)等。該磁性材料的質(zhì)地硬而脆，表面容易被氧化腐蝕，因此必須通過對NdFeB材料表面進(jìn)行防護(hù)處理才能使其性能優(yōu)化，更好地滿足市場消費者的應(yīng)用需求。對于NdFeB表面防護(hù)技術(shù)的研究也成為生產(chǎn)行業(yè)越來越關(guān)注的內(nèi)容。

2、NdFeB 的腐蝕機(jī)理

NdFeB永磁材料主要有三相構(gòu)成，分別為主Nd2Fe14B相，富B相以及富Nd相。由于三相在相互接觸的過程中會引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，因此一旦構(gòu)成腐蝕電池就會導(dǎo)致各相晶體間的腐蝕現(xiàn)象。腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生離不開特定的環(huán)境條件，歸納起來主要有三種：分別為暖濕環(huán)境、高溫環(huán)境以及電化學(xué)環(huán)境。

暖濕環(huán)境通常濕度為50%～75%，θ為30℃～50℃，此時NdFeB永磁材料表層的富Nd相將與外界空氣中的水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)Nd+3H2O→Nd（OH）3+3H，高能H會繼續(xù)與富Nd相發(fā)生反應(yīng)Nd+3H→NdH3，隨著反應(yīng)的不斷發(fā)生，富Nd相物質(zhì)的量逐漸減少，同時由于生成的NdH3體積增大，導(dǎo)致晶界的體積相應(yīng)增大，繼而引發(fā)晶界應(yīng)力，使NdFeB不僅被腐蝕，同時也極容易斷裂或粉化。

高溫環(huán)境指的是溫度高于150℃的環(huán)境，在高于150℃時，NdFeB的氧化速度會明顯加快，此時NdFeB永磁材料表層的富Nd相將與外界空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)4Nd+3O2→2Nd2O3。同時NdFeB永磁材料中的主Nd2Fe14B相也會發(fā)生氧化分解反應(yīng)4Nd2Fe14B+9O2→56Fe+ 2B2O3+4Nd2O3，Nd2Fe14B+12O2→7Fe2O3+ B+Nd2O3。隨著反應(yīng)的不斷發(fā)生，NdFeB永磁材料的主Nd2Fe14B相和富Nd相有效成分隨之減少，造成NdFeB永磁材料腐蝕，導(dǎo)致性能下降。

電化學(xué)環(huán)境指的是在NdFeB永磁材料中相互接觸的各個相之間會產(chǎn)生電位差。其中富B相和富Nd相相對于主Nd2Fe14B相來說更易成為陽極，因此在電位差的存在下這兩相會優(yōu)先發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。隨著局部微型電池電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，富B相和富Nd相物質(zhì)的量越來越少，相互接觸的晶界陽極電流密度越來越大于主相陰極的電流密度，引發(fā)更加快速的晶界腐蝕電化學(xué)反應(yīng)，使NdFeB永磁材料極容易斷裂或

粉化。

3、NdFeB 永磁材料表面防護(hù)處理技術(shù)

（一）金屬涂層

金屬涂層的方法主要有電鍍、化學(xué)沉積法、化學(xué)鍍。其中應(yīng)用較為廣泛的脈沖電鍍，是在NdFeB永磁材料的表面鍍上一層Zn或Ni，以此來提高NdFeB的耐腐蝕性。在研究NdFeB表面鍍Ni生產(chǎn)工藝時，有技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)鍍Ni層的設(shè)計與材料最終的表面孔隙率和耐蝕性能高低有著密切的影響。在先采用中性預(yù)鍍Ni，再進(jìn)行半光亮Ni和光亮Ni時，所得的材料表面性能要優(yōu)于未采用中性預(yù)鍍Ni的材料。有人對于Zn-Fe合金電鍍層的含鐵量進(jìn)行的了實驗研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Zn-Fe合金電鍍層的含鐵量為0.92%時所得到的NdFeB永磁材料表面鍍層具有最好的防腐性能。鈍化實驗后的NdFeB能夠在3.5%食鹽溶液中保持8d的穩(wěn)定性。有研究人員采用化學(xué)沉積法制備了Ni- Al2O3的復(fù)合鍍層，所得的NdFeB永磁材料表面具有優(yōu)異的防腐性能，實驗中，鍍層后的NdFeB能夠在3.5%食鹽溶液中保持12d的穩(wěn)定性?；瘜W(xué)鍍是近年來應(yīng)用越來越多的一種金屬涂層工藝技術(shù)。在化學(xué)鍍涂層技術(shù)研究中，有人將超聲波和NdFeB材料表面的化學(xué)鍍過程相結(jié)合，在超聲波的協(xié)同作用下，NdFeB永磁材料的Ni-P鍍層更加細(xì)致緊密，比普通化學(xué)鍍層在防腐性能表現(xiàn)上更優(yōu)。還有人將Ni-Cu-P鍍層和Ni-P鍍層作了對比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NdFeB永磁材料采用Ni-Cu-P鍍層比采用Ni-P鍍層能得到更好的防腐保護(hù)。對于化學(xué)鍍的涂層防腐技術(shù)來說，成本比電鍍涂層更高，而且對于鍍液性能穩(wěn)定有著更高的要求。

（二）有機(jī)涂層

有機(jī)涂層的方法主要針對NdFeB永磁材料更為嚴(yán)苛的使用環(huán)境，比如外界環(huán)境具有強(qiáng)烈腐蝕性的氣液體、要求永磁材料表面嚴(yán)格絕緣等等。在這些環(huán)境中通常需要采用有機(jī)涂層的防護(hù)技術(shù)來提高NdFeB永磁材料的防腐性和絕緣性。常見的有機(jī)涂層有環(huán)氧樹脂、聚丙烯酸酯、聚酰胺、紅丹、氧化鉻等，才涂層生產(chǎn)中即可采用一種涂層材料，也可采用多種材料聯(lián)合使用的形式。針對有機(jī)涂層的研究主要集中在陰極電泳涂層工藝中的初始U、沉積U、漆液θ、固化θ、電泳時間等參數(shù)方面。通過不斷優(yōu)化陰極電泳涂層工藝來提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)NdFeB的防腐性能。

（三）復(fù)合涂層

復(fù)合涂層是采用幾種涂層材料形成復(fù)合的梯度保護(hù)膜，通常是涂層的疊加，以此來提高NdFeB永磁材料的防腐性能。如將NdFeB材料先進(jìn)行鍍Zn，然后在進(jìn)行陰極電泳有機(jī)涂層，形成復(fù)合的保護(hù)膜。采用這種復(fù)合型工藝技術(shù)可以使NdFeB永磁材料的鍍涂層耐腐蝕性能比普通的單一電鍍層提高4倍以上，因此可以實現(xiàn)有效防腐，延長NdFeB永磁材料的使用壽命。復(fù)合涂層技術(shù)的工藝較為復(fù)雜，同時成本較高，因此找到不同涂層技術(shù)工藝的最佳融配合指標(biāo)和參數(shù)是該防腐技術(shù)的關(guān)鍵

所在。

4、結(jié)語

未來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，新型的納米材料也將應(yīng)用于NdFeB永磁材料的表面涂層防腐技術(shù)中，帶給NdFeB永磁材料防腐技術(shù)更多的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

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