Miksi pieni magneetti tarvitsee 'kultapinnoitteen'?
Ilmassa, jonka lämpötila on korkea 150°C, suojaamaton NdFeB-magneetti voi hapettua ja syöpyä kokonaan vain 51 päivässä, jolloin se lopulta menettää maagisen magneettivoimansa.
Nykyaikaisen teollisuuden 'magneettien kuninkaana' NdFeB-magneetteja käytetään laajalti uusissa energiaajoneuvoissa, tuulivoiman tuotannossa, kulutuselektroniikassa ja muilla aloilla erinomaisten magneettisten ominaisuuksiensa ansiosta. Tällä voimakkaalla magneetilla on kuitenkin kohtalokas heikkous: se on erittäin herkkä korroosiolle ja hapettumiselle.
Ilman pintakäsittelyä NdFeB-magneetit hapettuvat nopeasti ilmassa, mikä johtaa magneettisten ominaisuuksien heikkenemiseen tai jopa täydelliseen menettämiseen, mikä vaikuttaa viime kädessä koko koneen suorituskykyyn ja käyttöikään.
01 Miksi pintakäsittely on tarpeen?
NdFeB-magneetit valmistetaan jauhemetallurgisilla prosesseilla, mikä tekee niistä erittäin kemiallisesti reaktiivista jauhemateriaalia, jossa on sisäisiä mikrohuokosia ja onteloita. Tämä huokoinen rakenne saa magneetin toimimaan kuin miniatyyri sieni, joka imee helposti kosteutta ja epäpuhtauksia ilmasta.
Kokeet osoittavat, että 1 cm³:n sintrattu NdFeB-kestomagneetti, joka on asetettu ilmaan 150 °C:seen 51 päiväksi, hapettuu ja syöpyy täysin . Jopa huoneenlämpötilassa suojaamattomat NdFeB-magneetit hapettavat vähitellen, mikä johtaa magneettisten ominaisuuksien heikkenemiseen.
Kun magneettiset materiaalit syöpyvät tai niiden koostumus vaurioituu, se aiheuttaa lopulta magneettisten ominaisuuksien rappeutumisen tai jopa täydellisen menetyksen, mikä vaikuttaa koko koneen suorituskykyyn ja käyttöikään. Pintakäsittely ei siis ole vain esteettinen asia, vaan keskeinen teknologia, jolla varmistetaan magneettien pitkän aikavälin luotettavuus.
02 Pintakäsittelyn valmistelut
NdFeB-sähköpinnoituksen laatu liittyy läheisesti sen esikäsittelyn tehokkuuteen. Esikäsittely on kriittisin ja ongelmallisin koko pintakäsittelyprosessissa.
Esikäsittely sisältää yleensä prosesseja, kuten hiontaa ja jäysteenpoistoa, kemiallista rasvanpoistoa upottamalla, happopesua oksidikalvojen poistamiseksi ja heikon hapon aktivointia yhdistettynä ultraäänipuhdistukseen. Näiden prosessien tarkoituksena on paljastaa NdFeB-magneetin puhdas peruspinta, joka soveltuu galvanoimiseen.
Tavallisiin teräsosiin verrattuna NdFeB-tuotteiden esikäsittely on vaikeampaa niiden karkean ja huokoisen pinnan vuoksi , mikä vaikeuttaa lian poistamista kokonaan. Nämä 'epäpuhtaudet' voivat vaikuttaa haitallisesti NdFeB-pinnoitteen ja alustan väliseen sidosvoimaan.
Tällä hetkellä NdFeB-esikäsittely sisältää yleensä useita ultraäänipuhdistusvaiheita. Ultraäänen kavitaatiovaikutus poistaa perusteellisesti öljytahrat, hapot, alkalit ja muut aineet NdFeB:n mikrohuokosista. Tämä menetelmä poistaa tehokkaasti myös happopesun aikana NdFeB:n pinnalle syntyneen boorituhkan.
03 Monipuoliset pintakäsittelytekniikat
NdFeB:n korroosionestokäsittelyyn on olemassa useita menetelmiä, joihin kuuluu yleisesti galvanointi, kemiallinen pinnoitus, elektroforeettinen pinnoitus, fosfatointikäsittely jne. Jokaisella menetelmällä on ainutlaatuiset etunsa ja soveltuvat skenaariot.
Passivointihoito
Passivointi käsittää suojakalvon muodostamisen Nd-magneettien pinnalle kemiallisilla menetelmillä korroosionestotarkoituksiin. Passivointiprosessi sisältää: rasvanpoisto → vesihuuhtelu → ultraäänivesihuuhtelu → happopesu → vesihuuhtelu → ultraäänivesihuuhtelu → puhdasvesihuuhtelu → passivointikäsittely → puhdasvesihuuhtelu → kuivaus → kuivaus.
Perinteisissä passivointikäsittelyissä käytetään enimmäkseen kromihappoa ja kromaatteja käsittelyaineina, eli kromaattipassivointina. Käsittelyn jälkeen metallipinnalle muodostunut kromaattikonversiokalvo tarjoaa hyvän korroosionestosuojan perusmetallille.
Fosfatointihoito
Fosfatointikäsittely sisältää liukenemattoman fosfaattisuojakalvon muodostamisen metallipinnalle kemiallisen reaktion kautta. Tällä menetelmällä on suhteellisen alhaiset kustannukset ja yksinkertainen toiminta, mutta sen korroosionestokyky on heikompi verrattuna galvanointiin.
Parannettu menetelmä sisältää fosfatoinnin jälkeisen passivointikäsittelyn, jossa fosfatoitu tuote upotetaan sulan steariinihappojohdannaisten ja epoksihartsin sekoitettuun liuokseen. Tällä menetelmällä saadulla suojakalvolla on vahva tarttuvuus , tasainen pinta ja merkittävästi parempi korroosionkestävyys.
Galvanointikäsittely
Kypsänä metallin pintakäsittelymenetelmänä elektrolyyttistä käytetään laajalti. NdFeB galvanoinnissa voidaan käyttää erilaisia galvanointiprosesseja tuotteen käyttöympäristön mukaan.
Pintapinnoitteet vaihtelevat myös, kuten sinkkipinnoitus, nikkelipinnoitus, kuparipinnoitus, tinapinnoitus, jalometallipinnoitus, epoksihartsi jne. Kolme pääprosessia ovat yleensä sinkkipinnoitus, nikkeli + kupari + nikkelipinnoitus ja nikkeli + kupari + kemiallinen nikkelipinnoitus.
Vain sinkki ja nikkeli soveltuvat suoraan pinnoitukseen NdFeB-magneettien pinnalle, joten monikerroksinen galvanointitekniikka toteutetaan yleensä nikkelipinnoituksen jälkeen. NdFeB:n suoran kuparipinnoituksen tekninen haaste on nyt murrettu, ja suora kuparipinnoitus ja nikkelipinnoitus on kehitystrendi.
04 Eri pinnoitteiden suorituskyvyn vertailu
Tehokkaiden NdFeB-magneettien yleisimmin käytetyt pinnoitteet ovat sinkkipinnoitus ja nikkelipinnoitus. Niillä on ilmeisiä eroja ulkonäössä, korroosionkestävyydessä, käyttöiässä, hinnassa jne.
Sinkkipinnoituksen ominaisuudet
Sinkkipinnoitus on kustannustehokkain vaihtoehto. Sen tärkein etu on alhaiset kustannukset, mikä tekee siitä sopivan sovelluksiin, joissa ulkonäkö ei ole ensiarvoisen tärkeä.
Sinkki on kuitenkin aktiivinen metalli, joka voi reagoida happojen kanssa, joten sen korroosionkestävyys on suhteellisen heikko . Ajan myötä pintapinnoite on taipuvainen putoamaan, mikä aiheuttaa magneetin hapettumista ja vaikuttaa siten sen magneettisiin ominaisuuksiin.
Nikkelipinnoituksen ominaisuudet
Nikkelipinnoitus on kiillotuksen suhteen parempi kuin sinkkipinnoitus, ja sen ulkonäkö on kirkkaampi. Korkeaa tuotteen ulkonäköä vaativat valitsevat yleensä nikkelipinnoituksen.
Nikkelipinnoituspintakäsittelyn jälkeen sen korroosionkestävyys on korkeampi. Korroosionkestävyyden erosta johtuen nikkelipinnoituksen käyttöikä on pidempi kuin sinkityksen. Nikkelöinnillä on korkeampi kovuus kuin sinkkipinnoituksella, mikä voi suurelta osin välttää lohkeilun, halkeilun ja muut voimakkaiden NdFeB-magneettien ilmiöt, jotka aiheutuvat käytön aikana tapahtuvasta iskun vaikutuksesta.
05 Kuinka valita oikea pinnoite?
Tehokkaita NdFeB-magneetteja valittaessa on käytettävä perusteellisesti huomioitavia tekijöitä, kuten käyttölämpötila, ympäristövaikutukset, korroosionkestävyysvaatimukset, tuotteen ulkonäkö, pinnoitteen tarttuvuus, tarttuvuus jne., jotta voidaan päättää, mitä pinnoitetta käytetään.
Sovelluksiin, joissa on korkeat ulkonäkövaatimukset , kuten kulutuselektroniikkatuotteet, valitaan yleensä nikkelipinnoitus, koska sillä on kirkkaampi ulkonäkö ja parempi korroosionkestävyys.
Sovelluksissa, joissa magneetti ei ole alttiina ja tuotteen ulkonäkövaatimukset ovat suhteellisen alhaiset, sinkitystä voidaan harkita kustannusten vähentämiseksi.
Korkeassa lämpötilassa, kosteassa tai syövyttävässä ympäristössä on valittava pinnoitteet, joilla on parempi korroosionkestävyys , kuten monikerroksinen galvanointi (nikkeli + kupari + nikkeli).
06 Pintakäsittelytekniikan kehitystrendit
NdFeB-pintakäsittelyteknologia kehittyy ja uudistuu jatkuvasti. Viime vuosina NdFeB-konversiokalvojen korroosionkestävyyden vaatimukset ovat lisääntyneet, mikä vaikeuttaa pelkkään passivointiteknologiaan perustuvien vaatimusten täyttämistä.
Yleisesti käytetty prosessi on komposiittikonversiokalvotekniikka , jossa ensin fosfatoidaan ja sen jälkeen passivoidaan. Täyttämällä fosfatointikalvon huokoset komposiittikonversiokalvon korroosionkestävyys paranee tehokkaasti.
Suora kuparipinnoitus ja sen jälkeen nikkelöinti on kehitystrendi. Tällainen pinnoiterakenne on suotuisampi NdFeB-komponenttien lämpödemagnetointiindikaattoreiden saavuttamiseksi.
Tutkijat kehittävät myös uusia ympäristöystävällisiä käsittelytekniikoita ympäristövaikutusten vähentämiseksi. Galvanointiprosessia valittaessa tulee huomioida paitsi prosessin suojaava luonne ja tuotannon käytännöllisyys, myös galvanoinnin ympäristöpäästöjen vaikutus ja vaurioaste.
Nyt NdFeB-magneettien pintakäsittelyteknologialla voidaan jo nyt mahdollistaa pinnoitteiden kestävyys 500-1000 tuntia suolasuihkutestausta, mikä pidentää merkittävästi magneettien käyttöikää.
Pintakäsittelytekniikka kehittyy edelleen jatkuvasti. Suora kuparipinnoitus, jota seuraa nikkelipinnoitus, on kehitystrendi, koska tällainen pinnoiterakenne on hyödyllisempi NdFeB-komponenttien lämpödemagnetisaatio-indikaattoreiden saavuttamiseksi.
Tulevaisuudessa ympäristönsuojeluvaatimusten kasvaessa uusista viherpintojen käsittelytekniikoista tulee tutkimuksen ja kehityksen painopiste, mikä antaa meille mahdollisuuden suojella planeettamme paremmin samalla kun nautimme tekniikan mukavuuksista.
