Perché un piccolo magnete ha bisogno di un 'rivestimento dorato'?
In aria ad alta temperatura di 150°C, senza protezione Il magnete NdFeB può essere completamente ossidato e corroso in soli 51 giorni, perdendo infine la sua magica forza magnetica.
Essendo il 'Re dei magneti' nell'industria moderna, i magneti NdFeB sono ampiamente utilizzati nei veicoli a nuova energia, nella generazione di energia eolica, nell'elettronica di consumo e in altri campi grazie alle loro eccellenti proprietà magnetiche. Tuttavia, questo potente magnete ha un punto debole fatale: è altamente suscettibile alla corrosione e all’ossidazione.
Senza trattamento superficiale, i magneti NdFeB si ossidano rapidamente nell'aria, portando al decadimento o addirittura alla completa perdita delle proprietà magnetiche, influenzando in definitiva le prestazioni e la durata dell'intera macchina.
01 Perché è necessario il trattamento superficiale?
I magneti NdFeB sono prodotti utilizzando processi di metallurgia delle polveri, che li rendono un materiale in polvere altamente reattivo chimicamente con micropori e vuoti interni. Questa struttura porosa fa sì che il magnete agisca come una spugna in miniatura, assorbendo facilmente umidità e sostanze inquinanti dall'aria.
I risultati sperimentali mostrano che un magnete permanente NdFeB sinterizzato da 1 cm³ posto in aria a 150°C per 51 giorni sarà completamente ossidato e corroso . Anche a temperatura ambiente, i magneti NdFeB non protetti si ossidano gradualmente, portando ad un declino delle proprietà magnetiche.
Quando i materiali magnetici vengono corrosi o la loro composizione viene danneggiata, ciò causerà il decadimento o addirittura la completa perdita delle proprietà magnetiche, influenzando così le prestazioni e la durata dell'intera macchina. Pertanto, il trattamento superficiale non è solo una questione estetica ma una tecnologia chiave per garantire l’affidabilità a lungo termine dei magneti.
02 Preparativi per il trattamento superficiale
La qualità della galvanica NdFeB è strettamente correlata all'efficacia del suo pretrattamento. Il pretrattamento è la parte più critica e più soggetta a problemi nell’intero processo di trattamento superficiale.
Il pretrattamento comprende generalmente processi quali molatura e sbavatura abrasiva, sgrassaggio chimico per immersione, lavaggio acido per rimuovere pellicole di ossido e attivazione con acido debole, intervallati dalla pulizia ad ultrasuoni. Lo scopo di questi processi è quello di esporre una superficie di base pulita del magnete NdFeB adatta alla galvanica.
Rispetto alle comuni parti in acciaio, il pretrattamento dei prodotti NdFeB è più difficile a causa della loro superficie ruvida e porosa , che rende difficile la rimozione completa dello sporco. Questi 'contaminanti' possono influenzare negativamente la forza di legame tra il rivestimento NdFeB e il substrato.
Attualmente, il pretrattamento con NdFeB prevede generalmente più fasi di pulizia ad ultrasuoni. L'effetto cavitazione degli ultrasuoni rimuove accuratamente macchie di olio, acidi, alcali e altre sostanze dai micropori di NdFeB. Questo metodo rimuove efficacemente anche le ceneri di boro generate sulla superficie di NdFeB durante il lavaggio acido.
03 Tecnologie diversificate per il trattamento delle superfici
Esistono vari metodi per il trattamento anticorrosivo di NdFeB, tra cui comunemente la galvanica, la placcatura senza elettrolisi, il rivestimento elettroforetico, il trattamento di fosfatazione, ecc. Ogni metodo presenta vantaggi unici e scenari applicabili.
Trattamento di passivazione
La passivazione prevede la formazione di una pellicola protettiva sulla superficie dei magneti Nd attraverso metodi chimici per raggiungere scopi anticorrosivi. Il processo di passivazione comprende: sgrassaggio → risciacquo con acqua → risciacquo con acqua ad ultrasuoni → lavaggio acido → risciacquo con acqua → risciacquo con acqua ad ultrasuoni → risciacquo con acqua pura → trattamento di passivazione → risciacquo con acqua pura → disidratazione → asciugatura.
I trattamenti di passivazione tradizionali utilizzano principalmente acido cromico e cromati come agenti di trattamento, noti come passivazione cromatica. La pellicola di conversione cromatica formata sulla superficie del metallo dopo il trattamento fornisce una buona protezione anticorrosione per il metallo di base.
Trattamento di fosfatazione
Il trattamento di fosfatazione prevede la generazione di una pellicola protettiva di fosfato insolubile sulla superficie del metallo attraverso una reazione chimica. Questo metodo ha un costo relativamente basso e un funzionamento semplice, ma le sue prestazioni anticorrosive sono inferiori rispetto alla galvanica.
Un metodo migliorato prevede il trattamento di passivazione dopo la fosfatazione, in cui il prodotto fosfatato viene immerso in una soluzione mista di derivati dell'acido stearico fuso e resina epossidica. La pellicola protettiva ottenuta con questo metodo ha una forte adesione , una superficie uniforme e una resistenza alla corrosione notevolmente migliorata.
Trattamento galvanico
Come metodo maturo di trattamento della superficie metallica, la galvanica è ampiamente utilizzata. La galvanica NdFeB può adottare diversi processi di galvanica a seconda dell'ambiente di utilizzo del prodotto.
Anche i rivestimenti superficiali variano, come zincatura, nichelatura, ramatura, stagnatura, placcatura di metalli preziosi, resina epossidica, ecc. I tre processi principali sono generalmente zincatura, nichel + rame + nichelatura e nichel + rame + nichelatura chimica.
Solo lo zinco e il nichel sono adatti per la placcatura diretta sulla superficie dei magneti NdFeB, quindi la tecnologia di galvanica multistrato viene generalmente implementata dopo la nichelatura. La sfida tecnica della placcatura diretta in rame su NdFeB è stata ora superata e la placcatura diretta in rame seguita dalla nichelatura è una tendenza di sviluppo.
04 Confronto delle prestazioni di diversi rivestimenti
I rivestimenti più comunemente usati per potenti magneti NdFeB sono la zincatura e la nichelatura. Presentano evidenti differenze nell'aspetto, nella resistenza alla corrosione, nella durata, nel prezzo, ecc.
Caratteristiche della zincatura
La zincatura è l’opzione più economica. Il suo vantaggio principale è il basso costo, che lo rende adatto ad applicazioni in cui l'aspetto non è una priorità elevata.
Tuttavia, lo zinco è un metallo attivo che può reagire con gli acidi, quindi la sua resistenza alla corrosione è relativamente scarsa . Con il passare del tempo, il rivestimento superficiale tende a staccarsi, provocando l'ossidazione del magnete e influenzandone così le proprietà magnetiche.
Caratteristiche della nichelatura
La nichelatura è superiore alla zincatura in termini di lucidatura e ha un aspetto più brillante. Coloro che richiedono un aspetto elevato del prodotto solitamente scelgono la nichelatura.
Dopo il trattamento superficiale di nichelatura, la sua resistenza alla corrosione è maggiore. A causa della differenza nella resistenza alla corrosione, la durata della nichelatura è più lunga di quella della zincatura. La placcatura in nichel ha una durezza maggiore rispetto alla placcatura in zinco, che può in gran parte evitare scheggiature, screpolature e altri fenomeni nei potenti magneti NdFeB causati dall'impatto durante l'uso.
05 Come scegliere il rivestimento giusto?
Quando si selezionano potenti magneti NdFeB, è necessario considerare in modo completo fattori quali temperatura operativa, impatto ambientale, requisiti di resistenza alla corrosione, aspetto del prodotto, adesione del rivestimento, effetto adesivo, ecc., per decidere quale rivestimento utilizzare.
Per le applicazioni con elevati requisiti estetici , come i prodotti di elettronica di consumo, viene solitamente scelta la nichelatura perché ha un aspetto più luminoso e una migliore resistenza alla corrosione.
Per le applicazioni in cui il magnete non è esposto e i requisiti estetici del prodotto sono relativamente bassi, si può prendere in considerazione la zincatura per ridurre i costi.
In ambienti ad alta temperatura, elevata umidità o corrosivi, è necessario scegliere rivestimenti con una migliore resistenza alla corrosione , come la galvanica multistrato (nichel + rame + nichel).
06 Tendenze di sviluppo della tecnologia del trattamento delle superfici
La tecnologia di trattamento superficiale NdFeB è in costante sviluppo e innovazione. Negli ultimi anni, i requisiti di resistenza alla corrosione dei film di conversione NdFeB sono diventati sempre più elevati, rendendo difficile soddisfare le richieste che si basano esclusivamente sulla tecnologia di passivazione.
Un processo comunemente utilizzato è la tecnologia del film di conversione composita , che prevede prima la fosfatazione seguita dalla passivazione. Riempiendo i pori della pellicola di fosfatazione, la resistenza alla corrosione della pellicola di conversione composita viene effettivamente migliorata.
La placcatura diretta in rame seguita dalla nichelatura è una tendenza di sviluppo. Un tale disegno di rivestimento è più favorevole al raggiungimento degli indicatori di smagnetizzazione termica dei componenti NdFeB.
I ricercatori stanno inoltre sviluppando nuove tecnologie di trattamento rispettose dell'ambiente per ridurre l'impatto ambientale. Quando si seleziona un processo di galvanostegia, si dovrebbe considerare non solo la natura protettiva del processo e la praticità della produzione, ma anche l’impatto e il grado di danno delle emissioni della galvanica sull’ambiente.
Ora, la tecnologia di trattamento superficiale dei magneti NdFeB può già consentire ai rivestimenti di resistere a 500-1000 ore di test in nebbia salina, prolungando significativamente la durata dei magneti.
La tecnologia del trattamento superficiale è ancora in continuo miglioramento. La placcatura diretta in rame seguita dalla nichelatura è una tendenza di sviluppo, poiché tale progettazione di rivestimento è più vantaggiosa per raggiungere gli indicatori di smagnetizzazione termica dei componenti NdFeB.
In futuro, con l’aumento dei requisiti di protezione ambientale, le nuove tecnologie di trattamento ecologico delle superfici diventeranno un focus di ricerca e sviluppo, permettendoci di proteggere meglio il nostro pianeta godendo al tempo stesso delle comodità della tecnologia.
