Dlaczego mały magnes potrzebuje „złotej powłoki”?
Na powietrzu o wysokiej temperaturze 150°C, bez zabezpieczenia Magnes NdFeB może zostać całkowicie utleniony i skorodowany w ciągu zaledwie 51 dni, ostatecznie tracąc swoją magiczną siłę magnetyczną.
Jako „król magnesów” we współczesnym przemyśle, magnesy NdFeB są szeroko stosowane w pojazdach nowej generacji, energetyce wiatrowej, elektronice użytkowej i innych dziedzinach ze względu na ich doskonałe właściwości magnetyczne. Jednak ten potężny magnes ma fatalną słabość: jest bardzo podatny na korozję i utlenianie.
Bez obróbki powierzchni magnesy NdFeB szybko utleniają się w powietrzu, co prowadzi do zaniku lub nawet całkowitej utraty właściwości magnetycznych, co ostatecznie wpływa na wydajność i żywotność całej maszyny.
01 Dlaczego konieczna jest obróbka powierzchni?
Magnesy NdFeB są produkowane w procesach metalurgii proszków, co czyni je wysoce reaktywnym chemicznie materiałem proszkowym z wewnętrznymi mikroporami i pustymi przestrzeniami. Ta porowata struktura sprawia, że magnes działa jak miniaturowa gąbka, łatwo wchłaniając wilgoć i zanieczyszczenia z powietrza.
Wyniki eksperymentów pokazują, że spiekany magnes trwały NdFeB o pojemności 1 cm3 umieszczony w powietrzu w temperaturze 150°C przez 51 dni ulegnie całkowitemu utlenieniu i korozji . Nawet w temperaturze pokojowej niezabezpieczone magnesy NdFeB stopniowo się utleniają, co prowadzi do pogorszenia właściwości magnetycznych.
Kiedy materiały magnetyczne ulegną korozji lub ich skład zostanie uszkodzony, ostatecznie spowoduje to zanik lub nawet całkowitą utratę właściwości magnetycznych, wpływając w ten sposób na wydajność i żywotność całej maszyny. Dlatego obróbka powierzchni to nie tylko kwestia estetyki, ale kluczowa technologia zapewniająca długoterminową niezawodność magnesów.
02 Preparaty do obróbki powierzchni
Jakość galwanizacji NdFeB jest ściśle powiązana ze skutecznością jej obróbki wstępnej. Obróbka wstępna jest najbardziej krytycznym i podatnym na problemy procesem w całym procesie obróbki powierzchni.
Obróbka wstępna zazwyczaj obejmuje takie procesy, jak szlifowanie i usuwanie zadziorów, odtłuszczanie chemiczne przez zanurzenie, mycie kwasem w celu usunięcia warstw tlenków i aktywację słabym kwasem, przeplatane czyszczeniem ultradźwiękowym. Celem tych procesów jest naświetlenie czystej powierzchni podstawowej magnesu NdFeB nadającej się do galwanizacji.
W porównaniu ze zwykłymi częściami stalowymi, obróbka wstępna produktów NdFeB jest trudniejsza ze względu na ich szorstką i porowatą powierzchnię , co utrudnia całkowite usunięcie brudu. Te „zanieczyszczenia” mogą niekorzystnie wpływać na siłę wiązania pomiędzy powłoką NdFeB a podłożem.
Obecnie obróbka wstępna NdFeB zazwyczaj obejmuje wiele etapów czyszczenia ultradźwiękowego. Kawitacyjny efekt ultradźwięków dokładnie usuwa plamy olejowe, kwasy, zasady i inne substancje z mikroporów NdFeB. Metoda ta skutecznie usuwa także popiół boru powstający na powierzchni NdFeB podczas przemywania kwasem.
03 Zróżnicowane technologie obróbki powierzchni
Istnieją różne metody obróbki antykorozyjnej NdFeB, zwykle obejmujące galwanizację, powlekanie bezprądowe, powlekanie elektroforetyczne, obróbkę fosforanowaniem itp. Każda metoda ma swoje unikalne zalety i możliwe scenariusze.
Leczenie pasywacyjne
Pasywacja polega na utworzeniu filmu ochronnego na powierzchni magnesów Nd metodami chemicznymi w celu osiągnięcia celów antykorozyjnych. Proces pasywacji obejmuje: odtłuszczanie → płukanie wodą → płukanie wodą ultradźwiękową → mycie kwasem → płukanie wodą → płukanie wodą ultradźwiękową → płukanie czystą wodą → obróbka pasywacyjna → płukanie czystą wodą → odwadnianie → suszenie.
Tradycyjne metody pasywacji wykorzystują głównie kwas chromowy i chromiany jako środki obróbcze, zwane pasywacją chromianową. Chromianowa warstwa konwersyjna utworzona na powierzchni metalu po obróbce zapewnia dobrą ochronę antykorozyjną metalu nieszlachetnego.
Leczenie fosforanowe
Fosforanowanie polega na wytworzeniu nierozpuszczalnej fosforanowej warstwy ochronnej na powierzchni metalu w wyniku reakcji chemicznej. Metoda ta charakteryzuje się stosunkowo niskim kosztem i prostą obsługą, jednak jej działanie antykorozyjne jest słabsze w porównaniu z galwanizacją.
Ulepszona metoda polega na obróbce pasywacyjnej po fosforanowaniu, podczas której fosforanowany produkt zanurza się w mieszanym roztworze stopionych pochodnych kwasu stearynowego i żywicy epoksydowej. Otrzymana tą metodą folia ochronna charakteryzuje się dużą przyczepnością , jednolitą powierzchnią oraz znacznie zwiększoną odpornością na korozję.
Obróbka galwaniczna
Jako dojrzała metoda obróbki powierzchni metalu, powszechnie stosuje się galwanizację. Galwanizacja NdFeB może przyjmować różne procesy galwanizacji w zależności od środowiska użytkowania produktu.
Powłoki powierzchniowe również się różnią, np. cynkowanie, niklowanie, miedziowanie, cynowanie, platerowanie metalami szlachetnymi, żywicą epoksydową itp. Trzy główne procesy to ogólnie cynkowanie, niklowanie + miedź + niklowanie oraz nikiel + miedź + niklowanie bezprądowe.
Do bezpośredniego powlekania powierzchni magnesów NdFeB nadają się tylko cynk i nikiel, dlatego po niklowaniu na ogół wdraża się technologię galwanizacji wielowarstwowej. Wyzwanie techniczne związane z bezpośrednim miedziowaniem NdFeB zostało już pokonane, a trendem rozwojowym jest bezpośrednie miedziowanie, a następnie niklowanie.
04 Porównanie wydajności różnych powłok
Najczęściej stosowanymi powłokami potężnych magnesów NdFeB są cynkowanie i niklowanie. Mają oczywiste różnice w wyglądzie, odporności na korozję, żywotności, cenie itp.
Charakterystyka cynkowania
Cynkowanie jest najbardziej opłacalną opcją. Jego główną zaletą jest niski koszt, dzięki czemu nadaje się do zastosowań, w których wygląd nie jest priorytetem.
Cynk jest jednak metalem aktywnym, który może reagować z kwasami, dlatego jego odporność na korozję jest stosunkowo słaba . Z biegiem czasu powłoka powierzchniowa jest podatna na odpadanie, powodując utlenianie magnesu i tym samym pogarszając jego właściwości magnetyczne.
Charakterystyka niklowania
Niklowanie jest lepsze od cynkowania pod względem polerowania i ma jaśniejszy wygląd. Osoby wymagające wysokiego wyglądu produktu najczęściej wybierają niklowanie.
Po niklowaniu powierzchni, jego odporność na korozję jest wyższa. Ze względu na różnicę w odporności na korozję żywotność niklowania jest dłuższa niż cynkowania. Niklowanie ma wyższą twardość niż cynkowanie, co pozwala w dużym stopniu uniknąć odprysków, pęknięć i innych zjawisk w potężnych magnesach NdFeB spowodowanych uderzeniami podczas użytkowania.
05 Jak wybrać odpowiednią powłokę?
Wybierając mocne magnesy NdFeB, należy kompleksowo wziąć pod uwagę takie czynniki, jak temperatura pracy, wpływ na środowisko, wymagania dotyczące odporności na korozję, wygląd produktu, przyczepność powłoki, efekt klejenia itp., aby zdecydować, którą powłokę zastosować.
W zastosowaniach o wysokich wymaganiach dotyczących wyglądu , takich jak produkty elektroniki użytkowej, zwykle wybiera się niklowanie, ponieważ ma jaśniejszy wygląd i lepszą odporność na korozję.
W zastosowaniach, w których magnes nie jest odsłonięty, a wymagania dotyczące wyglądu produktu są stosunkowo niskie, można rozważyć cynkowanie w celu zmniejszenia kosztów.
W środowiskach o wysokiej temperaturze, dużej wilgotności lub korozyjnych należy wybrać powłoki o lepszej odporności na korozję , takie jak galwanizacja wielowarstwowa (nikiel + miedź + nikiel).
06 Trendy rozwojowe technologii obróbki powierzchni
Technologia obróbki powierzchni NdFeB stale się rozwija i wprowadza innowacje. W ostatnich latach wymagania dotyczące odporności na korozję folii konwersyjnych NdFeB stały się coraz wyższe, co utrudnia spełnienie wymagań w oparciu wyłącznie o technologię pasywacji.
Powszechnie stosowanym procesem jest technologia kompozytowej folii konwersyjnej , która obejmuje najpierw fosforanowanie, a następnie pasywację. Wypełniając pory folii fosforanowej, skutecznie poprawia się odporność na korozję kompozytowej folii konwersyjnej.
Trendem rozwojowym jest bezpośrednie miedziowanie, a następnie niklowanie. Taka konstrukcja powłoki bardziej sprzyja osiągnięciu wskaźników rozmagnesowania termicznego składników NdFeB.
Naukowcy opracowują także nowe, przyjazne dla środowiska technologie oczyszczania, aby zmniejszyć wpływ na środowisko. Przy wyborze procesu galwanicznego należy wziąć pod uwagę nie tylko ochronny charakter procesu i praktyczność produkcji, ale także wpływ i stopień zniszczeń emisji galwanicznych na środowisko.
Obecnie technologia obróbki powierzchni magnesów NdFeB może już pozwolić powłokom wytrzymać 500–1000 godzin testów w komorze solnej, znacznie wydłużając żywotność magnesów.
Technologia obróbki powierzchni jest ciągle udoskonalana. Trendem rozwojowym jest bezpośrednie miedziowanie, a następnie niklowanie, ponieważ taka konstrukcja powłoki jest bardziej korzystna dla osiągnięcia wskaźników rozmagnesowania termicznego komponentów NdFeB.
W przyszłości, wraz ze wzrostem wymagań w zakresie ochrony środowiska, nowe technologie ekologicznej obróbki powierzchni staną się przedmiotem badań i rozwoju, co pozwoli nam lepiej chronić naszą planetę, korzystając jednocześnie z udogodnień technologicznych.
