چرا یک آهنربای کوچک به 'پوشش طلا' نیاز دارد؟
در هوا در دمای بالای 150 درجه سانتیگراد، بدون محافظت آهنربای NdFeB می تواند تنها در 51 روز به طور کامل اکسید شده و خورده شود و در نهایت نیروی مغناطیسی جادویی خود را از دست بدهد.
به عنوان 'پادشاه آهنرباها' در صنعت مدرن، آهنرباهای NdFeB به دلیل خواص مغناطیسی عالی به طور گسترده در وسایل نقلیه انرژی جدید، تولید برق بادی، لوازم الکترونیکی مصرفی و سایر زمینه ها استفاده می شود. با این حال، این آهنربای قدرتمند یک ضعف کشنده دارد: به شدت در برابر خوردگی و اکسیداسیون حساس است.
بدون عملیات سطحی، آهنرباهای NdFeB به سرعت در هوا اکسید می شوند که منجر به پوسیدگی یا حتی از دست دادن کامل خواص مغناطیسی می شود که در نهایت بر عملکرد و طول عمر کل دستگاه تأثیر می گذارد.
01 چرا درمان سطحی ضروری است؟
آهنرباهای NdFeB با استفاده از فرآیندهای متالورژی پودر تولید می شوند و آنها را به یک ماده پودری بسیار واکنش پذیر شیمیایی با ریز منافذ داخلی و حفره تبدیل می کند. این ساختار متخلخل باعث می شود آهنربا مانند یک اسفنج مینیاتوری عمل کند و به راحتی رطوبت و آلاینده های هوا را جذب کند.
نتایج تجربی نشان می دهد که آهنربای دائمی NdFeB 1cm³ متخلخل شده قرار داده شده در هوا در دمای 150 درجه سانتیگراد به مدت 51 روز کاملا اکسید شده و خورده می شود . حتی در دمای اتاق، آهنرباهای محافظت نشده NdFeB به تدریج اکسید می شوند که منجر به کاهش خواص مغناطیسی می شود.
هنگامی که مواد مغناطیسی خورده می شوند یا ترکیب آنها آسیب می بیند، در نهایت باعث پوسیدگی یا حتی از بین رفتن کامل خواص مغناطیسی می شود و در نتیجه بر عملکرد و طول عمر کل دستگاه تأثیر می گذارد. بنابراین، درمان سطح فقط یک موضوع زیبایی شناسی نیست، بلکه یک فناوری کلیدی برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت آهنرباها است.
02 آماده سازی برای عملیات سطحی
کیفیت آبکاری NdFeB ارتباط نزدیکی با اثربخشی پیش تصفیه آن دارد. پیش تصفیه بحرانی ترین و مستعدترین مسائل در کل فرآیند تصفیه سطح است.
پیش تصفیه به طور کلی شامل فرآیندهایی مانند سنگ زنی ساینده و پاکسازی، چربی زدایی شیمیایی با غوطه وری، شستشوی اسیدی برای حذف لایه های اکسیدی، و فعال سازی اسید ضعیف، همراه با تمیز کردن اولتراسونیک است. هدف از این فرآیندها افشای سطح پایه تمیز آهنربای NdFeB مناسب برای آبکاری است.
در مقایسه با قطعات فولادی معمولی، پیش تصفیه محصولات NdFeB به دلیل سطح ناصاف و متخلخل آنها دشوارتر است که حذف کامل کثیفی را دشوار می کند. این 'آلودگی ها' می توانند بر نیروی پیوند بین پوشش NdFeB و زیرلایه تأثیر منفی بگذارند.
در حال حاضر، پیش درمان NdFeB به طور کلی شامل مراحل متعددی از تمیز کردن اولتراسونیک است. اثر کاویتاسیون اولتراسوند به طور کامل لکه های روغن، اسیدها، قلیاها و سایر مواد را از ریز منافذ NdFeB حذف می کند. این روش همچنین به طور موثر خاکستر بور تولید شده روی سطح NdFeB را در حین اسیدشویی حذف می کند.
03 فن آوری های متنوع تصفیه سطح
روش های مختلفی برای عملیات ضد خوردگی NdFeB وجود دارد که معمولاً شامل آبکاری، آبکاری الکترولس، پوشش الکتروفورتیک، تصفیه فسفاته و غیره می شود. هر روش دارای مزایای منحصر به فرد و سناریوهای قابل اجرا می باشد.
درمان غیرفعال سازی
غیرفعال سازی شامل تشکیل یک لایه محافظ روی سطح آهنرباهای Nd از طریق روش های شیمیایی برای دستیابی به اهداف ضد خوردگی است. فرآیند غیرفعال سازی شامل: چربی زدایی → شستشو با آب → شستشو با آب اولتراسونیک → شستشو با اسید → شستشو با آب → شستشو با آب اولتراسونیک → شستشو با آب خالص → تصفیه غیرفعال → شستشو با آب خالص → آبگیری → خشک کردن.
درمانهای غیرفعالسازی سنتی عمدتاً از اسید کرومیک و کروماتها به عنوان عوامل تصفیه استفاده میکنند که به غیرفعال کردن کرومات معروف هستند. فیلم تبدیل کرومات که پس از عملیات روی سطح فلز تشکیل می شود، محافظت ضد خوردگی خوبی برای فلز پایه ایجاد می کند.
درمان فسفاته
عملیات فسفاته سازی شامل تولید یک فیلم محافظ فسفات نامحلول بر روی سطح فلز از طریق یک واکنش شیمیایی است. این روش هزینه نسبتا پایین و عملکرد ساده ای دارد، اما عملکرد ضد خوردگی آن در مقایسه با آبکاری الکتریکی ضعیف تر است.
یک روش بهبودیافته شامل عملیات غیرفعال سازی پس از فسفاته کردن است که در آن محصول فسفاته شده در محلول مخلوط مشتقات اسید استئاریک مذاب و رزین اپوکسی غوطه ور می شود. فیلم محافظ به دست آمده با این روش دارای چسبندگی قوی ، سطح یکنواخت و مقاومت در برابر خوردگی به طور قابل توجهی بهبود یافته است.
درمان آبکاری
به عنوان یک روش تصفیه سطح فلز بالغ، آبکاری به طور گسترده ای استفاده می شود. آبکاری NdFeB بسته به محیط استفاده محصول می تواند فرآیندهای آبکاری متفاوتی را اتخاذ کند.
پوششهای سطح نیز متفاوت هستند، مانند آبکاری روی، آبکاری نیکل، آبکاری مس، آبکاری قلع، آبکاری فلزات گرانبها، رزین اپوکسی و غیره ..
فقط روی و نیکل برای آبکاری مستقیم روی سطح آهنرباهای NdFeB مناسب هستند، بنابراین فناوری آبکاری چند لایه به طور کلی بعد از آبکاری نیکل اجرا می شود. چالش فنی آبکاری مستقیم مس روی NdFeB اکنون از بین رفته است و آبکاری مستقیم مس و به دنبال آن آبکاری نیکل یک روند توسعه است.
04 مقایسه عملکرد پوشش های مختلف
متداول ترین پوشش هایی که برای آهنرباهای قدرتمند NdFeB استفاده می شود، آبکاری روی و آبکاری نیکل است. آنها تفاوت های آشکاری در ظاهر، مقاومت در برابر خوردگی، عمر مفید، قیمت و غیره دارند.
ویژگی های آبکاری روی
روکش روی مقرون به صرفه ترین گزینه است. مزیت اصلی آن هزینه کم است و برای کاربردهایی که ظاهر در آن اولویت بالایی ندارد مناسب است.
با این حال، روی یک فلز فعال است که می تواند با اسیدها واکنش نشان دهد، بنابراین مقاومت در برابر خوردگی آن نسبتا ضعیف است . با گذشت زمان، پوشش سطح مستعد ریزش است و باعث اکسید شدن آهنربا و در نتیجه بر خواص مغناطیسی آن می شود.
ویژگی های آبکاری نیکل
آبکاری نیکل از نظر پولیش نسبت به آبکاری روی برتری دارد و ظاهر درخشان تری دارد. کسانی که نیاز به ظاهر محصول بالایی دارند معمولاً آبکاری نیکل را انتخاب می کنند.
پس از عملیات سطح آبکاری نیکل، مقاومت به خوردگی آن بیشتر است. به دلیل تفاوت در مقاومت در برابر خوردگی، طول عمر آبکاری نیکل بیشتر از آبکاری روی است. آبکاری نیکل دارای سختی بالاتری نسبت به آبکاری روی است، که می تواند تا حد زیادی از خرد شدن، ترک خوردن و سایر پدیده های آهنرباهای قدرتمند NdFeB ناشی از ضربه در حین استفاده جلوگیری کند.
05 چگونه پوشش مناسب را انتخاب کنیم؟
هنگام انتخاب آهنرباهای قدرتمند NdFeB، لازم است به طور جامع عواملی مانند دمای عملیاتی، تاثیرات محیطی، الزامات مقاومت در برابر خوردگی، ظاهر محصول، چسبندگی پوشش، اثر چسبندگی و غیره را در نظر بگیرید تا تصمیم بگیرید که از کدام پوشش استفاده کنید.
برای کاربردهایی با الزامات ظاهری بالا ، مانند محصولات الکترونیکی مصرفی، معمولاً آبکاری نیکل انتخاب می شود زیرا ظاهر روشن تر و مقاومت در برابر خوردگی بهتری دارد.
برای کاربردهایی که آهنربا در معرض دید قرار نمی گیرد و الزامات ظاهری محصول نسبتاً کم است، آبکاری روی می تواند برای کاهش هزینه ها در نظر گرفته شود.
در محیط های با دمای بالا، رطوبت بالا یا خورنده، لازم است پوشش هایی با مقاومت در برابر خوردگی بهتر مانند آبکاری چند لایه (نیکل + مس + نیکل) انتخاب شود.
06 روند توسعه فناوری تصفیه سطح
فناوری تصفیه سطح NdFeB به طور مداوم در حال توسعه و نوآوری است. در سالهای اخیر، الزامات مقاومت در برابر خوردگی فیلمهای تبدیل NdFeB به طور فزایندهای بالاتر شدهاند و برآورده کردن نیازها را تنها با تکیه بر فناوری غیرفعال کردن دشوار میکند.
فرآیندی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، فناوری فیلم تبدیل کامپوزیت است که ابتدا شامل فسفاته و سپس غیرفعال می شود. با پر کردن منافذ فیلم فسفاته، مقاومت به خوردگی فیلم تبدیل کامپوزیت به طور موثر بهبود می یابد.
آبکاری مستقیم مس و به دنبال آن آبکاری نیکل یک روند توسعه است. چنین طراحی پوششی برای دستیابی به شاخص های مغناطیس زدایی حرارتی اجزای NdFeB مساعدتر است.
محققان همچنین در حال توسعه فناوری های جدید تصفیه سازگار با محیط زیست برای کاهش اثرات زیست محیطی هستند. هنگام انتخاب فرآیند آبکاری، نه تنها ماهیت محافظتی فرآیند و عملی بودن تولید باید در نظر گرفته شود، بلکه میزان تأثیر و آسیب انتشار آبکاری بر محیط زیست نیز باید در نظر گرفته شود.
اکنون، فناوری تصفیه سطح آهنرباهای NdFeB میتواند پوششها را قادر میسازد تا 500 تا 1000 ساعت آزمایش اسپری نمک را تحمل کنند و عمر مفید آهنرباها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
فن آوری تصفیه سطح هنوز به طور مداوم در حال بهبود است. آبکاری مستقیم مس و به دنبال آن آبکاری نیکل یک روند توسعه است، زیرا چنین طراحی پوششی برای دستیابی به شاخص های مغناطیس زدایی حرارتی اجزای NdFeB مفیدتر است.
در آینده، با افزایش الزامات حفاظت از محیط زیست، فناوریهای جدید تصفیه سطح سبز به کانون تحقیق و توسعه تبدیل خواهند شد و به ما این امکان را میدهند که از سیاره خود بهتر محافظت کنیم و در عین حال از امکانات فناوری لذت ببریم.
