釹鐵硼鍍鎳工藝對(duì)磁性能影響的研究

傅仕楠 戴 劍 陳 靜

（中鋼天源股份有限公司）

釹鐵硼永磁體材料以其高磁能、高矯頑力的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微波通訊、音像、儀器儀表、電機(jī)工程、計(jì)算機(jī)磁分離、磁療等領(lǐng)域，成為新技術(shù)應(yīng)用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)［1-2］。燒結(jié)型釹鐵硼磁體是通過(guò)粉末冶金燒結(jié)成型的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)疏松、孔隙率高、表面狀況較差，材料脆性大。釹鐵硼盡管具有優(yōu)異的磁性能，但卻存在耐腐蝕性能差的缺點(diǎn)［3-6］。釹鐵硼永磁材料為多相結(jié)構(gòu)［7］，材料中的Nd含量高，使得材料的化學(xué)性質(zhì)極為活潑，在潮濕環(huán)境中極易發(fā)生原電池反應(yīng)，釹鐵硼晶界處的富釹相極易產(chǎn)生晶間腐蝕［8］，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生的大量釹氧化物和氫化物能使材料粉化，磁體磁性能直線下降，限制了它的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

為了克服耐腐蝕性能差的缺點(diǎn)，目前采取的辦法主要有2類，一類是加入合金元素提高釹鐵硼自身的耐腐蝕性能，另一類是對(duì)磁體進(jìn)行表面處理。添加合金元素會(huì)降低磁體的磁性能，且成本較高，并不能從根本上解決耐腐蝕性。目前，行業(yè)內(nèi)多采用對(duì)釹鐵硼磁體進(jìn)行表面處理達(dá)到耐腐蝕的目的，電鍍鎳和電鍍鋅一直是國(guó)內(nèi)外最為廣泛的耐蝕工藝［9-10］。國(guó)內(nèi)外在鍍層防護(hù)的研究多限定于研究防護(hù)層耐蝕的最終效果［11］，鍍層對(duì)釹鐵硼器件磁性能影響的系統(tǒng)探究還較少。針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整鍍鎳工藝參數(shù)，研究不同鍍層厚度、鍍層外觀對(duì)器件磁性能的具體影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用尺寸牌號(hào)為49 mm×5.5 mm×2.5 mm 42UH的釹鐵硼磁體為試驗(yàn)對(duì)象，在Ni-Cu-Ni 工藝條件下進(jìn)行電鍍。Ni-Cu-Ni 工藝是指在磁體上先鍍暗鎳為底層，再鍍銅，最后鍍光亮鎳。

該研究主要討論底鎳工藝對(duì)磁體磁通的影響。在固定的電鍍電流條件下，采用調(diào)整電鍍時(shí)間的方式控制底鎳鍍層厚度，進(jìn)行4 組電鍍時(shí)間分別為0.5，1.0，1.5，2.0 h的試驗(yàn)。

1.2 檢測(cè)方法及設(shè)備

試驗(yàn)以探索鍍層厚度與磁通變化之間的關(guān)系為目的，輔助電鏡測(cè)試結(jié)果，確定最佳的鍍底鎳工藝。鍍層厚度采用南通菲希爾測(cè)試儀器有限公司XAN310 型測(cè)厚儀，磁通測(cè)試采用中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院TA-102E 型磁通計(jì)，電鏡測(cè)試采用日本電子JSMIT100型掃描電子顯微鏡。

（1）鍍厚測(cè)試。鍍厚測(cè)試分別進(jìn)行0.5，1.0，1.5，2.0 h 鍍底層鎳試驗(yàn)，以控制得到不同的鎳層厚度及鎳層的微觀形態(tài)，進(jìn)一步探索鎳層對(duì)磁性能的影響。鍍厚試驗(yàn)數(shù)據(jù)以鍍件中心點(diǎn)為測(cè)試點(diǎn)。

（2）磁通測(cè)試。燒結(jié)釹鐵硼永磁合金極易被氧化，且在高溫條件下氧化會(huì)加劇，對(duì)試樣進(jìn)行時(shí)效處理，可更好地反饋鍍層對(duì)磁體磁性能的作用。隨機(jī)選取20 片不同鍍厚的鍍件先進(jìn)行初始磁通測(cè)試，再進(jìn)行150 ℃2 h 的時(shí)效處理，處理后再次進(jìn)行磁通測(cè)試，對(duì)比前后磁損量。

（3）電鏡測(cè)試。根據(jù)磁損結(jié)果，選取不同鍍層厚度的鍍件進(jìn)行SEM 測(cè)試，從微觀角度解析發(fā)生磁性能影響的原因。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鍍厚結(jié)果

4 個(gè)時(shí)間段隨機(jī)選取6 片進(jìn)行鍍厚測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1 可知，隨著時(shí)間延長(zhǎng)鍍厚不斷增加，且增加幅度逐漸減緩；鍍層在一定電流下，隨時(shí)間累積呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)，當(dāng)鍍層厚度一定后，陰極電流效率逐漸降低，導(dǎo)致鍍層增長(zhǎng)放緩。

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2.2 磁通結(jié)果

每個(gè)時(shí)間段隨機(jī)選取20 片鍍件測(cè)試磁通后，進(jìn)行150 ℃老化試驗(yàn)，再測(cè)試磁通，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2 可知，隨著時(shí)間積累鎳層增厚，磁通的衰減整體呈現(xiàn)上升狀態(tài)，這是因?yàn)殒囀氰F磁性金屬，屏蔽了磁性輸出，0.5 h 磁通衰減1.77%，1.0 h 磁通衰減2.20%，1.5 h 磁通衰減2.45%，2.0 h 磁通衰減2.61%；衰減在1.0 h 出現(xiàn)增幅拐點(diǎn)，較1.5 h 和2.0 h 積累的磁通衰減有明顯的跳躍，分析原因是鍍底層鎳時(shí)首先是鎳與釹鐵硼基體反應(yīng)，對(duì)基體逐漸腐蝕，后期鍍層厚度一定時(shí)，腐蝕機(jī)理的作用力逐漸減弱；由此可知，隨著電鍍鎳層的增厚，對(duì)釹鐵硼磁體的磁性能衰減呈現(xiàn)正相關(guān)作用，但隨著鎳層的不斷增加，磁性能衰減的增幅呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，選擇合理的鍍鎳鍍層厚度，可將磁體磁性能衰減控制在合適的范圍內(nèi)。

2.3 電鏡結(jié)果

根據(jù)磁通衰減結(jié)果，選取電鍍1，2 h 樣品進(jìn)行SEM測(cè)試，觀察鍍層微觀致密性，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1 可見(jiàn)，1 h 的鍍層存在多處不均勻小亮斑，為鍍層薄弱之處，未能使得鍍層致密，也是導(dǎo)致磁通衰減較大的原因。

3 結(jié) 論

通過(guò)試驗(yàn)得出，底層鍍鎳層的厚度對(duì)釹鐵硼產(chǎn)品磁通的衰減有重要影響，隨著鍍層厚度的增加，磁通衰減呈現(xiàn)出總體增大的趨勢(shì)，但增幅逐漸減小。當(dāng)?shù)祖噷舆^(guò)于薄時(shí)，對(duì)產(chǎn)品基體存在過(guò)度腐蝕，致使磁通衰減嚴(yán)重；隨著底鎳層厚度增大到合適范圍，磁通衰減逐步減?。焕^續(xù)增大底鎳層厚度后，因?yàn)殒嚨蔫F磁性屬性屏蔽了磁性輸出，進(jìn)一步導(dǎo)致磁通繼續(xù)衰減。

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