CN1924110A - 一种用于Nd－Fe－B材料防腐的金属基纳米复合电镀的方法 - Google Patents
一种用于Nd－Fe－B材料防腐的金属基纳米复合电镀的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于Nd－Fe－B材料防腐的金属基纳米复合电镀的方法。本发明将需施镀的Nd－Fe－B工件经超声波除油，用稀HNO3溶液出光，清水漂洗后放入纳米复合镀槽进行半光镍施镀，半光镍施镀后进行电解除膜，再进行光亮镍施镀。采用由本发明提供的含纳米材料的添加剂制备的半光镍复合镀层和光亮镍层电镀工艺或其他金属基复合镀层(如纳米锌复合镀层等)用于钕铁硼材料的防腐，不仅可充分满足Nd－Fe－B工件的防腐和装饰性要求，还充分改善了Nd－Fe－B工件的表面整平效果，缩短了整个工艺流程，节约了昂贵的金属原料，并有助于减少对环境的污染。
Description
技术领域
本发明属于化学表面处理技术领域，具体涉及一种以镍、锌、铜等金属及镍钴合金、镍铁合金、镍磷合金为金属基的纳米复合电镀的方法。
背景技术
Nd-Fe-B永磁体中的钕是一种稀土元素，化学活性很强，在空气中易被氧化，耐蚀性差，特别是Nd-Fe-B磁体存在富钕相，极易产生晶间腐蚀，严重时有大量钕的氧化物和氢化物形成而使材料粉化；其次这类磁性材料多数采用烧结法制备，表面具有多孔性，脆性大，结构疏松，因此必须对这类材料进行特殊表面防腐处理。
目前为止，对Nd-Fe-B永磁体的表面处理方法，首先对材料进行封孔处理，以避免在除油、出光和随后的电镀过程中基体内的酸、碱和镀液的残留，从而避免基体的内部腐蚀，但该方法效果并不很明显，而且增加了多道后续工序，影响了工作效率。随后的电镀仍然采用常规的镍铜镍或镀锌工艺，整个镀层厚度至少达到20um以上；但常规的镀锌或镍工艺不仅防护性能指标达不到高品质要求，且整个工艺时间往往需要长达近4个小时(如最常用的滚镀镍铜镍工艺)，同时也对环境造成了较大的影响(锌的钝化需要六价铬)。化学镀Ni-P合金存在着使用周期短、价格昂贵及大量的污水处理等缺陷。
发明内容
为了解决Nd-Fe-B材料的防腐问题，本发明提供一种用于Nd-Fe-B材料防腐的金属基纳米复合电镀的方法，该方法通过在电渡液中添加纳米添加剂，不仅可充分满足Nd-Fe-B工件的防腐和装饰性要求，还充分改善了Nd-Fe-B工件的表面整平效果，缩短了整个工艺流程，节约了昂贵的金属原料，并有助于减少对环境的污染。
一种用于Nd-Fe-B材料防腐的金属基纳米复合电镀的方法，将需施镀的Nd-Fe-B工件经超声波除油，用稀HNO3溶液出光，清水漂洗后放入纳米复合镀槽进行半光镍施镀，半光镍施镀后进行电解除膜，再进行光亮镍施镀。具体工艺参数为：
1.半光镍施镀
a)半光镍镀液组份：
NiSO4.6H2O：200-400g/L，NiCl2.6H2O：35-80g/L，H3BO3：35-55g/L，纳米添加剂：5～60mL/L；
b)阳极：含硫镍板或镍饼；
c)阴极：Nd-Fe-B工件；
d)电镀条件
搅拌：空气搅拌，pH：4.0-5.0，阴极电流密度：2-5A/dm2，温度：50-65℃；
2.电解除膜
电压4-6V，常温，30-60秒，阴极电解，纯铅阳极，在除膜剂中电解除膜。
所述纳米添加剂的制备方法是：将粒度为10-100nm的SiO2纳米粒子与非离子表面活性剂混合球磨，混合比例为纳米粒子∶非离子表面活性剂＝1∶0.5-10，然后将此复合物与阳离子表面活性剂、水混合，混合比例为复合物∶阳离子表面活性剂∶水＝1∶0.2-3∶0.1-10进行混料，强剪切机械搅拌分散，即可得到电镀用纳米添加剂。
纳米添加剂使用方法：电镀时，先升温至工艺温度，然后开动空气搅拌，按10-50mL纳米添加剂/L添加入槽液，至少空气搅拌30分钟，即可施镀。
为了实现多功能的材料表面性能，纳米粒子还可以是纳米SiC或纳米ZrO2或纳米金刚石。可同时加入一种或数种纳米粒子，如加入纳米SiO2，可增加镀层的耐蚀性；加入纳米SiC，可提高此复合镀层的硬度；加入ZrO2，可得到抗高温氧化的复合镀层；加入纳米金刚石，则可得到既耐磨又超高硬度的复合镀层表面。
所述除膜剂的制备方法是：在重量百分浓度为0.1％-20％的卤族元素的盐类溶液中，加入1-30％的硫酸。
所述非离子表面活性剂是结构为A1-A2-A3-H类型的，其中A1是8-18个碳链结构的烷基，A2是单独的氧或和苯环相连的氧的结构，A3是3-18个碳链结构的含有乙氧基的聚合基团，H是指氢原子。
所述阳离子表面活性剂是指结构为B1-B2-B3-X-M类型的，其中B1是8-20个碳链结构的烷基基团，B2是1-3个甲基结构的基团，B3是苄基或者无基团，X是卤族元素，M是铵、钠阳离子。
采用由本发明提供的含纳米材料的添加剂制备的半光镍复合镀层和光亮镍层电镀工艺或其他金属基复合镀层(如纳米锌复合镀层等)用于钕铁硼材料的防腐，不仅可充分满足Nd-Fe-B工件的防腐和装饰性要求，还充分改善了Nd-Fe-B工件的表面整平效果，缩短了整个工艺流程，节约了昂贵的金属原料，并有助于减少对环境的污染。
通过把纳米粒子加入到表面活性剂中进行球磨和强力机械搅拌，制备出了可使纳米颗粒一直保持悬浮的纳米添加剂，解决了在高浓度电解质镀液中纳米微粒的均匀分散及在放电过程中不团聚等纳米电镀中的难题；
钕铁硼工件进入镀液后，纳米粒子会优先并自动进入工件表面的疏孔内，一方面驱除了疏孔内存在的溶液，防止溶液在基体内的腐蚀；另一方面由于填充了空隙，使得镀层具有了极其优良的整平效果，进一步延长了工件的防护性能；
采用本发明除膜剂，在一分钟内即可除去膜层，从而达到了活化镀层的目的，确保了随后光亮镍的电镀和双层镍之间的优良结合力；
具体实施方式
实施例1：
将粒度为10-100nm的SiO2按1∶1的比例加入到非离子表面活性剂中，混合球磨至少1小时，然后加入到相同体积量的阳离子表面活性剂和水中，强剪切机械搅拌分散1小时，即可得到纳米添加剂。
实施例2：
将粒度为10-100nm的SiO2按1∶10的比例加入到非离子表面活性剂中，混合球磨5小时，然后将此复合料按1∶0.1∶1的比例加入到阳离子表面活性剂和水中，强剪切机械搅拌分散5小时，即可得到纳米添加剂。
实施例3：
硫酸50克，氯化钠5克，搅拌充分溶解于溶于1000毫升水中，得除膜剂。
实施例4：
硫酸200克，氟化钠10克，搅拌充分溶解于溶于1000毫升水中，得除膜剂。
实施例4：
1.半光镍镀液配方
NiSO4.6H2O：350g/L，NiCl2.6H2O：60g/L，H3BO3：45g/L，采用实施例1所述的纳米添加剂，添加量为5mL/L；
2.电镀条件
阳极：含硫镍板或镍饼，阴极：Nd-Fe-B工件，搅拌：空气搅拌，pH：4.0-5.0，阴极电流密度：2-5A/dm2，温度：50-65℃；
3.电解除膜
电压4-6V，常温，30-60秒，阴极电解，纯铅阳极，采用实施例3所述的除膜剂。
4.光亮镍工艺
与常规相同，电镀时间8-12分钟，滚镀0.5-1小时。
5.结果
在钕铁硼工件上施镀的纳米半光镍复合镀层和光亮镍层，具有优良的整平效果和装饰性，用6B/T10125-1997标准进行腐蚀性试验，耐中性盐雾至少可达240小时以上。结合力及致密性试验采用行业默认标准，压力0.15MPa，T＝125℃，t＝100h，镀层不起泡、不暴皮及无锈蚀点。或热冲击试验：T＝250℃，t＝15分，然后迅速放入0℃冰水，t＝15分，5个循环，试验后表面状态：镀层不起泡、无剥落、无锈蚀点。
实施例6
1.镍钴合金复合镀液配方
NiSO4.6H2O：200g/L，NaCl：11g/L，CoSO4.7H2O：8g/L，H3BO3：30g/L，Na2SO4.10H2O：27g/L，采用实施例2所述的纳米添加剂，添加量为50mL/L；
2.电镀条件
阳极：含硫镍板或镍饼，阴极：Nd-Fe-B工件，搅拌：空气搅拌，pH：5.0-6.0，阴极电流密度：0.5-1.5A/dm2，温度：35-40℃，电镀时间：视工艺要求而定，一般8-15分钟；
3.电解除膜
电压4-6V，常温，30-60秒，阴极电解，纯铅阳极，采用实施例4所述的除膜剂。
4.光亮镍工艺
与常规相同，挂镀电镀时间8-12分钟。
5.结果
在钕铁硼表面得到的镍钴合金复合镀层/光亮镍层，其外观色泽完全和普通装饰镍层相同，但其耐蚀性更加优良，按国家标准检测同样可至少达到中性盐雾240小时以上。
实施例7
1.纳米复合镀锌电解溶液配方
ZnCl2：70g/L，KCl：200g/L，H3BO3：30g/L，采用实施例1所述的纳米添加剂，添加量为20mL/L，
2.电镀条件
阳极：纯锌板，阴极：Nd-Fe-B工件，搅拌：空气搅拌，pH：4.5-6.0，阴极电流密度：1-4A/dm2，温度：10-40℃；
3.结果
在钕铁硼表面得到的锌复合镀层，其外观色泽基本和普通镀锌层一致，结合力良好，耐蚀性更好。
Claims (4)
1.一种用于Nd-Fe-B材料防腐的金属基纳米复合电镀的方法，其特征在于：将需施镀的Nd-Fe-B工件经超声波除油，用稀HNO3溶液出光，清水漂洗后放入纳米复合镀槽进行半光镍施镀，半光镍施镀后进行电解除膜，再进行光亮镍施镀；具体工艺参数为：
1)半光镍施镀
a)半光镍镀液组份：
NiSO4.6H2O：200-400g/L，NiCl2.6H2O：35-80g/L，H3BO3：35-55g/L，纳米添加剂：5～60mL/L；
b)阳极：含硫镍板或镍饼；c)阴极：Nd-Fe-B工件；
d)电镀条件
搅拌：空气搅拌，pH：4.0-5.0，阴极电流密度：2-5A/dm2，温度：50-65℃；
2)电解除膜
电压4-6V，常温，30-60秒，阴极电解，纯铅阳极，在除膜剂中电解除膜；
所述纳米添加剂的制备方法是：将粒度为10-100nm的SiO2纳米粒子与非离子表面活性剂混合球磨，混合比例为纳米粒子∶非离子表面活性剂＝1∶0.5-10，然后将此复合物与阳离子表面活性剂、水混合，混合比例为复合物∶阳离子表面活性剂∶水＝1∶0.2-3∶0.1-10进行混料，强剪切机械搅拌分散，即可得到电镀用纳米添加剂；
所述除膜剂的制备方法是：在重量百分浓度为0.1％-20％的卤族元素的盐类溶液中，加入1-30％的硫酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纳米粒子还可以是纳米ZrO2或纳米金刚石或纳米SiC，可同时加入一种或数种纳米粒子。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述非离子表面活性剂是结构为A1-A2-A3-H类型的，其中A1是8-18个碳链结构的烷基，A2是单独的氧或和苯环相连的氧的结构，A3是3-18个碳链结构的含有乙氧基的聚合基团，H是指氢原子。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述阳离子表面活性剂是指结构为B1-B2-B3-X-M类型的，其中B1是8-20个碳链结构的烷基基团，B2是1-3个甲基结构的基团，B3是苄基或者无基团，X是卤族元素，M是铵、钠阳离子。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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