Почему маленькому магниту нужно «золотое покрытие»?
На воздухе при высокой температуре 150°С незащищенный Магнит NdFeB может полностью окислиться и подвергнуться коррозии всего за 51 день, в конечном итоге потеряв свою магическую магнитную силу.
Являясь «королем магнитов» в современной промышленности, магниты NdFeB широко используются в транспортных средствах на новой энергии, в ветроэнергетике, бытовой электронике и других областях благодаря своим превосходным магнитным свойствам. Однако у этого мощного магнита есть фатальная слабость: он очень подвержен коррозии и окислению.
Без обработки поверхности магниты NdFeB быстро окисляются на воздухе, что приводит к ухудшению или даже полной потере магнитных свойств, что в конечном итоге влияет на производительность и срок службы всей машины.
01 Почему необходима обработка поверхности?
Магниты NdFeB производятся с использованием процессов порошковой металлургии, что делает их химически активным порошковым материалом с внутренними микропорами и пустотами. Эта пористая структура заставляет магнит действовать как миниатюрная губка, легко впитывая влагу и загрязняющие вещества из воздуха.
Результаты экспериментов показывают, что спеченный постоянный магнит NdFeB объемом 1 см³, помещенный на воздух при температуре 150°C в течение 51 дня, полностью окислится и подвергнется коррозии . Даже при комнатной температуре незащищенные магниты NdFeB постепенно окисляются, что приводит к ухудшению магнитных свойств.
Когда магнитные материалы подвергаются коррозии или повреждается их состав, это в конечном итоге приводит к ухудшению или даже полной потере магнитных свойств, тем самым влияя на производительность и срок службы всей машины. Таким образом, обработка поверхности — это не только вопрос эстетики, но и ключевая технология, обеспечивающая долгосрочную надежность магнитов.
02 Подготовка к обработке поверхности
Качество гальванического покрытия NdFeB тесно связано с эффективностью его предварительной обработки. Предварительная обработка является наиболее важной и наиболее подверженной проблемам во всем процессе обработки поверхности.
Предварительная обработка обычно включает такие процессы, как абразивное шлифование и удаление заусенцев, химическое обезжиривание погружением, промывку кислотой для удаления оксидных пленок и активацию слабой кислотой, чередующуюся с ультразвуковой очисткой. Цель этих процессов — обнажить чистую основную поверхность магнита NdFeB, пригодную для гальваники.
По сравнению с обычными стальными деталями предварительная обработка изделий из NdFeB сложнее из-за их шероховатой и пористой поверхности , что затрудняет полное удаление грязи. Эти «загрязнения» могут отрицательно повлиять на силу сцепления между покрытием NdFeB и подложкой.
В настоящее время предварительная обработка NdFeB обычно включает несколько стадий ультразвуковой очистки. Кавитационное воздействие ультразвука тщательно удаляет масляные пятна, кислоты, щелочи и другие вещества из микропор NdFeB. Этот метод также эффективно удаляет золу бора, образующуюся на поверхности NdFeB при промывке кислотой.
03 Разнообразные технологии обработки поверхности
Существуют различные методы антикоррозионной обработки NdFeB, обычно включающие гальванопокрытие, химическое покрытие, электрофоретическое покрытие, фосфатирование и т. д. Каждый метод имеет свои уникальные преимущества и сценарии применения.
Пассивационная обработка
Пассивация включает формирование защитной пленки на поверхности неодимовых магнитов химическими методами для достижения антикоррозионных целей. Процесс пассивации включает в себя: обезжиривание → промывка водой → ультразвуковая промывка водой → кислотная промывка → промывка водой → ультразвуковая промывка водой → промывка чистой водой → пассивационная обработка → промывка чистой водой → обезвоживание → сушка.
Традиционные методы пассивации в основном используют хромовую кислоту и хроматы в качестве обрабатывающих агентов, известные как хроматная пассивация. Конверсионная пленка хромата, образующаяся на поверхности металла после обработки, обеспечивает хорошую антикоррозионную защиту основного металла.
Фосфатирование
Обработка фосфатированием включает создание нерастворимой защитной фосфатной пленки на поверхности металла посредством химической реакции. Этот метод имеет относительно низкую стоимость и простоту эксплуатации, но его антикоррозионные характеристики хуже по сравнению с гальванопокрытием.
Усовершенствованный метод включает пассивационную обработку после фосфатирования, при которой фосфатированный продукт погружают в смешанный раствор расплавленных производных стеариновой кислоты и эпоксидной смолы. Защитная пленка, полученная этим методом, имеет прочную адгезию , однородную поверхность и значительно улучшенную коррозионную стойкость.
Гальваническая обработка
В качестве зрелого метода обработки поверхности металла широко используется гальваника. При гальванике NdFeB могут применяться различные процессы гальваники в зависимости от условий использования продукта.
Поверхностные покрытия также различаются, например, цинкование, никелирование, меднение, олово, покрытие драгоценными металлами, эпоксидная смола и т. д. Обычно тремя основными процессами являются цинкование, никелирование + медь + никелирование и никель + медь + химическое никелирование..
Только цинк и никель подходят для прямого нанесения покрытия на поверхность магнитов NdFeB, поэтому технология многослойного гальванического покрытия обычно применяется после никелирования. Техническая задача прямого меднения NdFeB в настоящее время решена, и прямое меднение с последующим никелированием является тенденцией развития.
04 Сравнение характеристик различных покрытий
Наиболее часто используемыми покрытиями для мощных магнитов NdFeB являются цинкование и никелирование. Они имеют явные различия во внешнем виде, коррозионной стойкости, сроке службы, цене и т. д.
Характеристики цинкования
Цинкование – наиболее экономичный вариант. Его основным преимуществом является низкая стоимость, что делает его пригодным для применений, где внешний вид не является приоритетом.
Однако цинк является активным металлом, который может реагировать с кислотами, поэтому его коррозионная стойкость относительно низкая . Со временем поверхностное покрытие склонно отваливаться, вызывая окисление магнита и тем самым влияя на его магнитные свойства.
Характеристики никелирования
Никелирование превосходит цинкование с точки зрения полировки и имеет более яркий внешний вид. Те, кому требуется высокий внешний вид изделия, обычно выбирают никелирование.
После обработки поверхности никелированием ее коррозионная стойкость выше. Из-за разницы в коррозионной стойкости срок службы никелирования больше, чем у цинкования. Никелирование имеет более высокую твердость, чем цинкование, что позволяет в значительной степени избежать сколов, растрескивания и других явлений в мощных магнитах NdFeB, вызванных ударами во время использования.
05 Как правильно выбрать покрытие?
При выборе мощных магнитов NdFeB необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как рабочая температура, воздействие окружающей среды, требования к коррозионной стойкости, внешний вид изделия, адгезия покрытия, адгезионный эффект и т. д., чтобы решить, какое покрытие использовать.
Для применений с высокими требованиями к внешнему виду , таких как бытовая электроника, обычно выбирают никелирование, поскольку оно имеет более яркий внешний вид и лучшую устойчивость к коррозии.
Для применений, где магнит не подвергается воздействию и требования к внешнему виду продукта относительно низкие, можно рассмотреть возможность применения цинкования для снижения затрат.
В условиях высокой температуры, высокой влажности или агрессивной среды необходимо выбирать покрытия с лучшей коррозионной стойкостью , например, многослойное гальванопокрытие (никель + медь + никель).
06 Тенденции развития технологий обработки поверхностей
Технология обработки поверхности NdFeB постоянно развивается и совершенствуется. В последние годы требования к коррозионной стойкости конверсионных пленок NdFeB становятся все выше, что затрудняет удовлетворение требований, опирающихся исключительно на технологию пассивации.
Обычно используемым процессом является технология композитной конверсионной пленки , которая включает сначала фосфатирование, а затем пассивацию. Заполнение пор фосфатирующей пленки эффективно повышает коррозионную стойкость композитной конверсионной пленки.
Тенденцией развития является прямое меднение с последующим никелированием. Такая конструкция покрытия в большей степени способствует достижению показателей термического размагничивания компонентов NdFeB.
Исследователи также разрабатывают новые экологически безопасные технологии очистки для снижения воздействия на окружающую среду. При выборе процесса гальваники следует учитывать не только защитный характер процесса и практичность производства, но также степень воздействия и степени ущерба гальванических выбросов на окружающую среду.
Теперь технология обработки поверхности магнитов NdFeB уже позволяет покрытиям выдерживать 500-1000 часов испытаний в солевом тумане, что значительно продлевает срок службы магнитов.
Технология обработки поверхности постоянно совершенствуется. Прямое меднение с последующим никелированием является тенденцией развития, поскольку такая конструкция покрытия более выгодна для достижения показателей термического размагничивания компонентов NdFeB.
В будущем, когда требования к защите окружающей среды будут возрастать, новые технологии обработки экологически чистых поверхностей станут предметом исследований и разработок, что позволит нам лучше защищать нашу планету, одновременно наслаждаясь преимуществами технологий.
