Warum braucht ein kleiner Magnet eine „Goldbeschichtung“?
In Luft mit einer hohen Temperatur von 150°C ungeschützt NdFeB-Magnete können in nur 51 Tagen vollständig oxidiert und korrodiert werden und verlieren letztendlich ihre magische Magnetkraft.
Als „König der Magnete“ in der modernen Industrie werden NdFeB-Magnete aufgrund ihrer hervorragenden magnetischen Eigenschaften häufig in Fahrzeugen mit neuer Energie, bei der Windkrafterzeugung, in der Unterhaltungselektronik und in anderen Bereichen eingesetzt. Allerdings hat dieser starke Magnet eine fatale Schwäche: Er ist sehr anfällig für Korrosion und Oxidation.
Ohne Oberflächenbehandlung oxidieren NdFeB-Magnete an der Luft schnell, was zum Verfall oder sogar zum vollständigen Verlust der magnetischen Eigenschaften führt und letztendlich die Leistung und Lebensdauer der gesamten Maschine beeinträchtigt.
01 Warum ist eine Oberflächenbehandlung notwendig?
NdFeB-Magnete werden mithilfe von pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt, was sie zu einem chemisch hochreaktiven Pulvermaterial mit internen Mikroporen und Hohlräumen macht. Durch diese poröse Struktur wirkt der Magnet wie ein Miniaturschwamm, der problemlos Feuchtigkeit und Schadstoffe aus der Luft aufnimmt.
Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass ein 1 cm³ großer gesinterter NdFeB-Permanentmagnet, der 51 Tage lang bei 150 °C an Luft platziert wird, vollständig oxidiert und korrodiert . Selbst bei Raumtemperatur oxidieren ungeschützte NdFeB-Magnete allmählich, was zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften führt.
Wenn magnetische Materialien korrodieren oder ihre Zusammensetzung beschädigt wird, führt dies schließlich zum Verfall oder sogar zum vollständigen Verlust der magnetischen Eigenschaften und beeinträchtigt dadurch die Leistung und Lebensdauer der gesamten Maschine. Daher ist die Oberflächenbehandlung nicht nur eine Frage der Ästhetik, sondern eine Schlüsseltechnologie, um die langfristige Zuverlässigkeit von Magneten zu gewährleisten.
02 Vorbereitungen für die Oberflächenbehandlung
Die Qualität der NdFeB-Galvanisierung hängt eng mit der Wirksamkeit ihrer Vorbehandlung zusammen. Die Vorbehandlung ist der kritischste und problematischste Prozess im gesamten Oberflächenbehandlungsprozess.
Die Vorbehandlung umfasst im Allgemeinen Prozesse wie Schleifschleifen und Entgraten, chemisches Entfetten durch Eintauchen, Säurewaschen zur Entfernung von Oxidfilmen und schwache Säureaktivierung, unterbrochen von einer Ultraschallreinigung. Der Zweck dieser Prozesse besteht darin, eine saubere Grundoberfläche des NdFeB-Magneten freizulegen, die für die Galvanisierung geeignet ist.
Im Vergleich zu gewöhnlichen Stahlteilen ist die Vorbehandlung von NdFeB-Produkten aufgrund ihrer rauen und porösen Oberfläche schwieriger , wodurch es schwierig ist, Schmutz vollständig zu entfernen. Diese „Verunreinigungen“ können die Bindungskraft zwischen der NdFeB-Beschichtung und dem Substrat negativ beeinflussen.
Derzeit umfasst die Vorbehandlung von NdFeB im Allgemeinen mehrere Stufen der Ultraschallreinigung. Durch die Kavitationswirkung von Ultraschall werden Ölflecken, Säuren, Laugen und andere Substanzen gründlich aus den Mikroporen von NdFeB entfernt. Diese Methode entfernt auch wirksam Borasche, die beim Säurewaschen auf der Oberfläche von NdFeB entsteht.
03 Diversifizierte Oberflächenbehandlungstechnologien
Es gibt verschiedene Methoden zur Korrosionsschutzbehandlung von NdFeB, zu denen üblicherweise Galvanisieren, stromloses Plattieren, elektrophoretische Beschichtung, Phosphatierungsbehandlung usw. gehören. Jede Methode hat ihre einzigartigen Vorteile und anwendbaren Szenarien.
Passivierungsbehandlung
Bei der Passivierung wird durch chemische Methoden ein Schutzfilm auf der Oberfläche von Nd-Magneten gebildet, um Korrosionsschutz zu gewährleisten. Der Passivierungsprozess umfasst: Entfetten → Spülen mit Wasser → Spülen mit Ultraschallwasser → Waschen mit Säure → Spülen mit Wasser → Spülen mit Ultraschallwasser → Spülen mit reinem Wasser → Passivierungsbehandlung → Spülen mit reinem Wasser → Dehydrierung → Trocknen.
Traditionelle Passivierungsbehandlungen verwenden meist Chromsäure und Chromate als Behandlungsmittel, die sogenannte Chromatpassivierung. Der nach der Behandlung auf der Metalloberfläche gebildete Chromatumwandlungsfilm bietet einen guten Korrosionsschutz für das Grundmetall.
Phosphatierungsbehandlung
Bei der Phosphatierungsbehandlung wird durch eine chemische Reaktion ein unlöslicher Phosphatschutzfilm auf der Metalloberfläche erzeugt. Diese Methode ist relativ kostengünstig und einfach durchzuführen, ihre Korrosionsschutzleistung ist jedoch im Vergleich zur Galvanisierung schlechter.
Eine verbesserte Methode beinhaltet eine Passivierungsbehandlung nach der Phosphatierung, bei der das phosphatierte Produkt in eine gemischte Lösung aus geschmolzenen Stearinsäurederivaten und Epoxidharz eingetaucht wird. Der durch dieses Verfahren erhaltene Schutzfilm weist eine starke Haftung , eine gleichmäßige Oberfläche und eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit auf.
Galvanische Behandlung
Als ausgereifte Methode zur Behandlung von Metalloberflächen ist die Galvanisierung weit verbreitet. Bei der NdFeB-Galvanisierung können je nach Einsatzumgebung des Produkts unterschiedliche Galvanisierungsverfahren angewendet werden.
Auch die Oberflächenbeschichtungen variieren, wie z. B. Verzinken, Vernickeln, Verkupfern, Verzinnen, Edelmetallbeschichten, Epoxidharz usw. Die drei gängigen Verfahren sind im Allgemeinen Verzinken, Nickel + Kupfer + Vernickeln und Nickel + Kupfer + stromloses Vernickeln.
Für die direkte Beschichtung der Oberfläche von NdFeB-Magneten eignen sich nur Zink und Nickel, daher wird nach der Vernickelung im Allgemeinen die Mehrschicht-Galvaniktechnik eingesetzt. Die technische Herausforderung der direkten Verkupferung von NdFeB wurde inzwischen gemeistert, und die direkte Verkupferung mit anschließender Vernickelung ist ein Entwicklungstrend.
04 Leistungsvergleich verschiedener Beschichtungen
Die am häufigsten verwendeten Beschichtungen für leistungsstarke NdFeB-Magnete sind Verzinkung und Vernickelung. Sie weisen offensichtliche Unterschiede in Aussehen, Korrosionsbeständigkeit, Lebensdauer, Preis usw. auf.
Eigenschaften der Verzinkung
Die Verzinkung ist die kostengünstigste Variante. Sein Hauptvorteil sind die geringen Kosten, wodurch es sich für Anwendungen eignet, bei denen das Aussehen keine hohe Priorität hat.
Allerdings ist Zink ein aktives Metall, das mit Säuren reagieren kann, sodass seine Korrosionsbeständigkeit relativ gering ist . Mit der Zeit neigt die Oberflächenbeschichtung dazu, abzufallen, was zu einer Oxidation des Magneten führt und dadurch seine magnetischen Eigenschaften beeinträchtigt.
Eigenschaften der Vernickelung
Die Vernickelung ist hinsichtlich der Politur der Verzinkung überlegen und hat ein helleres Aussehen. Diejenigen, die ein hochwertiges Erscheinungsbild des Produkts benötigen, entscheiden sich in der Regel für die Vernickelung.
Nach der Oberflächenbehandlung mit Nickelbeschichtung ist die Korrosionsbeständigkeit höher. Aufgrund der unterschiedlichen Korrosionsbeständigkeit ist die Lebensdauer der Vernickelung länger als die der Verzinkung. Die Vernickelung hat eine höhere Härte als die Verzinkung, wodurch Absplitterungen, Risse und andere Phänomene bei leistungsstarken NdFeB-Magneten, die durch Stöße während des Gebrauchs verursacht werden, weitgehend vermieden werden können.
05 Wie wählt man die richtige Beschichtung aus?
Bei der Auswahl leistungsstarker NdFeB-Magnete müssen Faktoren wie Betriebstemperatur, Umwelteinflüsse, Korrosionsbeständigkeitsanforderungen, Produktaussehen, Beschichtungshaftung, Klebewirkung usw. umfassend berücksichtigt werden, um zu entscheiden, welche Beschichtung verwendet werden soll.
Für Anwendungen mit hohen Anforderungen an das Erscheinungsbild , wie z. B. Produkte der Unterhaltungselektronik, wird normalerweise eine Vernickelung gewählt, da sie ein helleres Erscheinungsbild und eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Für Anwendungen, bei denen der Magnet nicht freiliegt und die Anforderungen an das Erscheinungsbild des Produkts relativ gering sind, kann eine Verzinkung in Betracht gezogen werden, um die Kosten zu senken.
In Umgebungen mit hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit oder Korrosion ist es notwendig, Beschichtungen mit besserer Korrosionsbeständigkeit zu wählen , wie z. B. mehrschichtige Galvanisierung (Nickel + Kupfer + Nickel).
06 Entwicklungstrends der Oberflächenbehandlungstechnologie
Die NdFeB-Oberflächenbehandlungstechnologie wird ständig weiterentwickelt und innoviert. In den letzten Jahren sind die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit von NdFeB-Konversionsfilmen immer höher geworden, so dass es schwierig wird, die Anforderungen allein durch die Passivierungstechnologie zu erfüllen.
Ein häufig verwendetes Verfahren ist die Verbundkonversionsfilmtechnologie , bei der zunächst eine Phosphatierung und anschließend eine Passivierung durchgeführt werden. Durch das Füllen der Poren des Phosphatierungsfilms wird die Korrosionsbeständigkeit des Verbundkonversionsfilms effektiv verbessert.
Die direkte Verkupferung mit anschließender Vernickelung ist ein Entwicklungstrend. Ein solches Beschichtungsdesign trägt besser zum Erreichen der thermischen Entmagnetisierungsindikatoren von NdFeB-Komponenten bei.
Forscher entwickeln außerdem neue umweltfreundliche Behandlungstechnologien, um die Umweltbelastung zu verringern. Bei der Auswahl eines Galvanisierungsprozesses sollten nicht nur der schützende Charakter des Prozesses und die Praktikabilität der Produktion berücksichtigt werden, sondern auch die Auswirkungen und der Schadensgrad der Galvanisierungsemissionen auf die Umwelt.
Dank der Oberflächenbehandlungstechnologie für NdFeB-Magnete können Beschichtungen bereits 500–1000 Stunden Salzsprühnebeltests standhalten, was die Lebensdauer der Magnete erheblich verlängert.
Die Oberflächenbehandlungstechnologie wird immer noch verbessert. Die direkte Verkupferung mit anschließender Vernickelung ist ein Entwicklungstrend, da ein solches Beschichtungsdesign vorteilhafter für das Erreichen der thermischen Entmagnetisierungsindikatoren von NdFeB-Komponenten ist.
In Zukunft werden angesichts steigender Umweltschutzanforderungen neue Technologien zur Behandlung grüner Oberflächen zu einem Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt werden, die es uns ermöglichen, unseren Planeten besser zu schützen und gleichzeitig die Annehmlichkeiten der Technologie zu genießen.
