Навіщо малому магніту потрібне 'золоте покриття'?
На повітрі при високій температурі 150°C, незахищений Магніт NdFeB може бути повністю окислений і підданий корозії всього за 51 день, зрештою втрачаючи свою магічну магнітну силу.
Будучи «королем магнітів» у сучасній промисловості, магніти NdFeB широко використовуються в транспортних засобах, що працюють на нових джерелах енергії, виробництві енергії вітру, споживчій електроніці та інших галузях завдяки своїм чудовим магнітним властивостям. Однак цей потужний магніт має фатальну слабкість: він дуже сприйнятливий до корозії та окислення.
Без обробки поверхні магніти NdFeB швидко окислюються на повітрі, що призводить до розпаду або навіть повної втрати магнітних властивостей, що зрештою впливає на продуктивність і термін служби всієї машини.
01 Чому потрібна обробка поверхні?
Магніти NdFeB виготовляються за допомогою процесів порошкової металургії, що робить їх високохімічно реактивним порошковим матеріалом із внутрішніми мікропорами та пустотами. Ця пориста структура змушує магніт діяти як мініатюрна губка, легко вбираючи вологу та забруднюючі речовини з повітря.
Результати експерименту показують, що спечений постійний магніт NdFeB об’ємом 1 см³, поміщений на повітря при 150°C на 51 день, повністю окислюється та піддається корозії . Навіть при кімнатній температурі незахищені магніти NdFeB поступово окислюються, що призводить до погіршення магнітних властивостей.
Коли магнітні матеріали піддаються корозії або їх склад пошкоджений, це зрештою спричинить розпад або навіть повну втрату магнітних властивостей, що впливає на продуктивність і термін служби всієї машини. Тому обробка поверхні – це не лише питання естетики, але й ключова технологія для забезпечення довгострокової надійності магнітів.
02 Підготовка до обробки поверхні
Якість гальванічного покриття NdFeB тісно пов’язана з ефективністю його попередньої обробки. Попередня обробка є найбільш критичною та найбільш схильною до проблем у всьому процесі обробки поверхні.
Попередня обробка, як правило, включає такі процеси, як абразивне шліфування та видалення задирок, хімічне знежирення шляхом занурення, кислотне промивання для видалення оксидних плівок і активація слабкою кислотою, яка перемежовується з ультразвуковим очищенням. Метою цих процесів є оголення чистої основної поверхні магніту NdFeB, придатної для гальванічного покриття.
Порівняно зі звичайними сталевими деталями, попередня обробка продуктів NdFeB є складнішою через їх грубу та пористу поверхню , що ускладнює повне видалення бруду. Ці «забруднювачі» можуть негативно вплинути на силу зв’язку між покриттям NdFeB і підкладкою.
В даний час попередня обробка NdFeB зазвичай включає кілька етапів ультразвукового очищення. Кавітаційний ефект ультразвуку ретельно видаляє масляні плями, кислоти, луги та інші речовини з мікропор NdFeB. Цей метод також ефективно видаляє борну золу, що утворюється на поверхні NdFeB під час кислотного промивання.
03 Різноманітні технології обробки поверхонь
Існують різні методи антикорозійної обробки NdFeB, як правило, включаючи гальванічне покриття, електрогальване покриття, електрофоретичне покриття, фосфатування тощо. Кожен метод має свої унікальні переваги та застосовні сценарії.
Лікування пасивацією
Пасивація передбачає формування захисної плівки на поверхні Nd магнітів за допомогою хімічних методів для досягнення антикорозійних цілей. Процес пасивації включає: знежирення → промивання водою → промивання водою ультразвуком → промивання кислотою → промивання водою → промивання ультразвуковою водою → промивання чистою водою → обробка пасивацією → промивання чистою водою → зневоднення → сушіння.
Традиційна пасивація здебільшого використовує хромову кислоту та хромати як засоби обробки, відома як хроматна пасивація. Хроматна плівка, що утворюється на поверхні металу після обробки, забезпечує хороший антикорозійний захист основного металу.
Лікування фосфатуванням
Фосфатування передбачає створення нерозчинної фосфатної захисної плівки на металевій поверхні за допомогою хімічної реакції. Цей метод має відносно низьку вартість і простий у роботі, але його антикорозійні властивості нижчі порівняно з гальванічним покриттям.
Удосконалений спосіб передбачає пасивацію після фосфатування, коли фосфатований продукт занурюють у змішаний розчин розплавлених похідних стеаринової кислоти та епоксидної смоли. Захисна плівка, отримана цим методом, має міцну адгезію , однорідну поверхню та значно покращену стійкість до корозії.
Гальванічна обробка
Як зрілий метод обробки поверхні металу широко використовується гальванічне покриття. Для гальванічного покриття NdFeB можуть використовуватися різні процеси гальванічного покриття залежно від середовища використання виробу.
Поверхневі покриття також відрізняються, наприклад, цинкування, нікелювання, міднення, лудіння, покриття дорогоцінних металів, епоксидна смола тощо. Три основні процеси, як правило, це цинкування, нікель + мідь + нікель та нікель + мідь + безелектролітичне нікельування.
Лише цинк і нікель підходять для прямого нанесення покриття на поверхню магнітів NdFeB, тому технологія багатошарового гальванічного покриття зазвичай реалізується після нікелювання. Технічну проблему прямого міднення на NdFeB тепер подолали, і пряме міднення з наступним нікелюванням є тенденцією розвитку.
04 Порівняння ефективності різних покриттів
Найпоширенішими покриттями для потужних магнітів NdFeB є цинкування та нікелювання. Вони мають явні відмінності у зовнішньому вигляді, стійкості до корозії, терміні служби, ціні тощо.
Характеристики цинкування
Найвигіднішим варіантом є цинкування. Його головною перевагою є низька вартість, що робить його придатним для застосувань, де зовнішній вигляд не є пріоритетним.
Однак цинк є активним металом, який може реагувати з кислотами, тому його стійкість до корозії відносно низька . Згодом поверхневе покриття може відпадати, спричиняючи окислення магніту та, таким чином, впливаючи на його магнітні властивості.
Характеристики нікелювання
Нікель перевершує цинкування за поліровкою і має більш яскравий зовнішній вигляд. Ті, кому потрібен високий зовнішній вигляд виробу, зазвичай вибирають нікель.
Після обробки поверхні нікелюванням стійкість до корозії вища. Через різницю в корозійній стійкості термін служби нікелю більший, ніж у цинку. Покриття нікелем має вищу твердість, ніж покриття цинком, що значною мірою дозволяє уникнути відколів, тріщин та інших явищ у потужних магнітах NdFeB, спричинених ударами під час використання.
05 Як вибрати правильне покриття?
Вибираючи потужні магніти NdFeB, необхідно всебічно враховувати такі фактори, як робоча температура, вплив навколишнього середовища, вимоги до корозійної стійкості, зовнішній вигляд виробу, адгезія покриття, адгезивний ефект тощо, щоб вирішити, яке покриття використовувати.
Для застосувань із високими вимогами до зовнішнього вигляду , таких як побутова електроніка, зазвичай вибирають нікель, оскільки він має яскравіший зовнішній вигляд і кращу стійкість до корозії.
Для застосувань, де магніт не піддається впливу і вимоги до зовнішнього вигляду продукту є відносно низькими, цинкування можна розглядати як засіб зниження витрат.
У середовищах з високою температурою, високою вологістю або корозійним середовищем необхідно вибирати покриття з кращою стійкістю до корозії , наприклад, багатошарове гальванічне покриття (нікель + мідь + нікель).
06 Тенденції розвитку технології обробки поверхонь
Технологія обробки поверхні NdFeB постійно розвивається та вдосконалюється. В останні роки вимоги до корозійної стійкості конверсійних плівок NdFeB стали дедалі вищими, що ускладнює виконання вимог, покладаючись виключно на технологію пасивації.
Зазвичай використовуваним процесом є технологія композитної конверсійної плівки , яка передбачає спочатку фосфатування, а потім пасивацію. Заповнюючи пори фосфатуючої плівки, стійкість композитної конверсійної плівки до корозії ефективно покращується.
Пряме міднення з наступним нікелюванням є тенденцією розвитку. Така конструкція покриття більше сприяє досягненню показників терморозмагнічування компонентів NdFeB.
Дослідники також розробляють нові екологічні технології очищення, щоб зменшити вплив на навколишнє середовище. При виборі процесу гальванічного покриття слід враховувати не тільки захисний характер процесу та практичність виробництва, але також вплив і ступінь шкоди викидів гальванічного покриття на навколишнє середовище.
Тепер технологія обробки поверхні для магнітів NdFeB вже дозволяє покриттям витримувати 500-1000 годин випробування соляним туманом, що значно подовжує термін служби магнітів.
Технологія обробки поверхонь постійно вдосконалюється. Пряме міднення з наступним нікелюванням є тенденцією розвитку, оскільки такий дизайн покриття є більш вигідним для досягнення показників термічного розмагнічування компонентів NdFeB.
У майбутньому, із зростанням вимог до захисту навколишнього середовища, нові технології обробки зелених поверхонь стануть центром досліджень і розробок, що дозволить нам краще захищати нашу планету, насолоджуючись зручністю технологій.
