電梯曳引機永磁體電鍍工藝淺析

嚴進輝

摘要：釹鐵硼是通過粉末燒結(jié)技術(shù)成型的一種高磁化材料，其結(jié)構(gòu)疏松、多孔、孔隙率高，脆性大，穩(wěn)定性和耐蝕性差，所以必須進行防腐處理。本文通過對電梯曳引機用永磁體（NdFeB）電鍍工藝流程的介紹，并結(jié)合實際生產(chǎn)中遇到的電鍍問題，分析其產(chǎn)生的根本原因，并提出切實可行的解決方案，得到了良好的改善效果。

關(guān)鍵詞：釹鐵硼 電鍍 工藝 鍍層 粘接力

1 前言

現(xiàn)在永磁體NdFeB在電梯行業(yè)中應用十分廣泛。大部分電梯都采用永磁同步無齒輪曳引機，曳引機轉(zhuǎn)子中的磁體即為永磁體NdFeB。用特殊膠將永磁體粘貼在轉(zhuǎn)子輪上，為了避免永磁體脫落，其粘接強度（抗剪切強度）就尤為關(guān)鍵，這時永磁體表面涂層性能的好壞將直接影響其抗剪切強度?，F(xiàn)已形成的較為成熟的涂層工藝很多，有“濕鍍”的電鍍、化學鍍；“干鍍"的真空蒸鍍、濺射鍍、熱噴鍍、離子鍍、化學氣相沉積等等。在實際生產(chǎn)中應根據(jù)其用途來選擇合適的工藝，曳引機用永磁體涂層大都采用“濕鍍”的電鍍。下面就簡要探討一下其電鍍工藝。

2 電鍍工藝流程

每個生產(chǎn)曳引機永磁體的廠家其電鍍工藝流程或許都不一樣，但都大同小異，只是有的工序的次數(shù)多少不同而已。其中一家合作的供應商的電鍍工藝流程見下：

熱水洗—水洗—酸洗—水洗—超聲波水洗—超聲波去灰—水洗—活化—水洗—超聲波清洗—純水洗—電鍍—烘干

3 鍍前處理

3.1 酸洗

由于NdFeB磁性材料極易氧化而在其表面生成一層黑膜，這層黑膜很難擦去，所以在NdFeB磁性材料電鍍之前一定要去除其表面的氧化膜，否則會影響鍍層的質(zhì)量。為了避免工件過腐蝕，酸度不宜過高、酸洗時間不宜過長，而且應該加入適量的緩蝕劑。 酸洗時應不斷翻動工件，至工件表面細致、均勻、有金屬光澤的白亮色即可。室溫，酸洗時間一般為0.5～1.0min。

3.2 超聲波水洗

因NdFeB磁性材料化學性較活潑，要采用腐蝕性小而去污力強的除油液。水洗時間一般為 5～10min（除盡為止）。

3.3 超聲波去灰

在NdFeB磁性材料酸洗后易產(chǎn)生掛灰，若不去除則會影響鍍層的結(jié)合力。這些黑色物質(zhì)不宜溶于通常的無機酸（如HF、HCl、H2SO4、H3PO4等）。室溫，清洗時間一般為l～2min。

3.4 活化

NdFeB磁性材料在轉(zhuǎn)送電鍍工序之前與空氣中的氧反應或者在酸液殘渣的作用下，形成一層難溶性的氫氧化物，所以要對其進行活化處理，否則鍍層結(jié)合力不好，易出現(xiàn)起泡現(xiàn)象。室溫，活化時間一般為30～40s。

3.5 超聲波清洗

經(jīng)除油、除銹、活化后的NdFeB工件的孔隙內(nèi)仍存在少量殘液和雜質(zhì)，需要利用超聲波無孔不入的特性和“空化”效應徹底清除孔隙內(nèi)的殘留物。提高鍍層的結(jié)合力和耐蝕性。

4 電鍍

目前電梯曳引機用永磁體很多都采用鍍鎳電鍍工藝—Ni-Cu-Ni體系。電鍍過程中有兩種電鍍方式：掛鍍和滾鍍。

掛鍍：掛鍍是工件裝夾在掛具上，適宜大零件，每一批能鍍的產(chǎn)品數(shù)量少，鍍層厚度10μm以上的工藝。

滾鍍：制件在回轉(zhuǎn)容器中進行的電鍍。適用于小型零件。滾鍍適用于受形狀、大小等因素影響無法或不宜裝掛的小零件的電鍍。

4.1預鍍鎳

NdFeB磁性材料中含有較高的Nd元素，中性和弱堿性鍍鎳溶液雖對其基體不會產(chǎn)生腐蝕，但NdFeB基體中的Nd會與Nj發(fā)生置換反應，嚴重影響鍍層的結(jié)合力，故不能選用。因此，必須選擇一種抗雜質(zhì)能力強、沉積速度快的鍍液，其中氨基磺酸鎳和半光亮鎳都是十分理想的鍍液。

4.2鍍銅

銅作為中間鍍層，其作用是降低鍍層體系的孔隙率和提高其耐蝕性，一般采用焦磷酸鹽鍍銅工藝。

4.3鍍光亮鎳

最后在NdFeB磁性材料外表面鍍上一層光亮鎳，以增加永磁體的表面光亮度，同時也增加了鍍層的厚度，提高了其耐蝕性。經(jīng)過幾個小時后鍍層就會達到要求，此時電鍍即完成。鍍層厚薄不光和時間有關(guān)，還和電流大小有關(guān)，沒有電流或電流很小，時間再長也鍍不厚。

電鍍完成后，取出永磁體烘干后即可轉(zhuǎn)入下序。

5 電鍍中遇到的問題

最近本人單位進行的一個項目，曳引機采用的磁鋼外形尺寸比較大，在電鍍的過程中采用掛鍍，同時鍍層采用Ni-Cu-Ni體系。供應商試制完樣品后發(fā)到本人單位進行72h中性鹽霧試驗和鍍層剪切力試驗。

磁鋼（5片）進行72h中性鹽霧試驗后，每片磁鋼表面都不同程度的出現(xiàn)了銹蝕斑點，表明磁鋼鍍層已經(jīng)被破壞。

磁鋼經(jīng)過環(huán)境溫度處理后進行剪切力拉力試驗，也有些磁鋼的剪切力沒有達到要求，磁鋼的鍍層被撕開裂。

后來本人和供應商相關(guān)人員一起對磁鋼在72h中性鹽霧試驗和鍍層剪切力試驗中出現(xiàn)的問題進行研究分析，72h中性鹽霧試驗中磁鋼的鍍層出現(xiàn)銹蝕斑點，表明磁鋼鍍層質(zhì)量不是很好，對外界環(huán)境有些敏感；同時從經(jīng)過剪切力拉力試驗后的樣品來看，在磁鋼基體即NdFeB表面上有銹蝕，說明在試驗過程中就有水分進入鍍層內(nèi)部，鍍層和基體銹蝕后，鍍層和基體的粘接力就大大降低，從而在剪切力拉力試驗中就使鍍層被撕開裂。所以我們判斷這兩種試驗有一定的相關(guān)性，即兩種試驗失敗，都是由磁鋼的鍍層質(zhì)量引起的。因此提出以下幾種電鍍改進意見：

（1）更換新的掛鍍工裝

在那些經(jīng)過72h中性鹽霧試驗的磁鋼中，有些銹蝕斑點正好在掛鍍工裝夾點的位置，說明掛鍍工裝的夾點影響了電鍍層。因之前使用四爪式的掛鍍工裝，現(xiàn)改為使用三爪式工裝，減少接觸點從而減少了接觸面積。同時縮短磁鋼在掛具上翻轉(zhuǎn)的時間間隔，這樣能盡可能的減少掛鍍工裝的夾點影響電鍍層。

（2）改變除油方式

在剪切力拉伸試驗失敗的磁鋼基體上即被撕裂開鍍層覆蓋的地方，發(fā)現(xiàn)有一小塊油污的痕跡，表明在電鍍的前處理過程中，除油污不徹底。因之前采用的是熱水除油，現(xiàn)改為超聲除油；同時延長了酸洗時間，使油污徹底被除掉。

（3）改變電鍍液成分濃度

在做電鍍液成分分析的過程中，通過分析研究發(fā)現(xiàn)A成分的濃度不是很合理，在此基礎(chǔ)上增加約7%的濃度。

（4）增加防氧化處理

鍍底Ni前增加防氧化處理，防止因為上鍍慢導致基體被鍍液腐蝕。

（5）增加鍍層厚度

之前的磁鋼電鍍層一般小于20μm，水分容易侵入鍍層內(nèi)部影響鍍層的粘接力?，F(xiàn)在通過延長電鍍時間來增加鍍層的厚度，使鍍層厚度在20μm以上。

6 改善效果驗證

根據(jù)共同探討的改善意見重新生產(chǎn)了一批磁鋼，再次進行72h中性鹽霧試驗和剪切力拉伸試驗。

72h中性鹽霧試驗：試驗后磁鋼表面沒有銹蝕斑點，與放進鹽霧箱前的相比，沒有明顯的區(qū)別。

剪切力拉伸試驗：各種環(huán)境處理后的磁鋼，經(jīng)過剪切力測試，磁鋼鍍層的粘接力大幅提升，遠遠高于產(chǎn)品的要求。

由此可見改善后的磁鋼電鍍層質(zhì)量得到很大的提高，完全滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求?，F(xiàn)在此種改善后的磁鋼已廣泛應用與電梯曳引機產(chǎn)品上。

7 結(jié)語

釹鐵硼材料電鍍經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了長足的進步，但其中存在的問題還需要進一步改善和解決。NdFeB磁性材料的電鍍作為行業(yè)的新技術(shù)之一，是一項復雜的系統(tǒng)工程。我國還處于較低的開發(fā)水平，將來應該建立一套完整的質(zhì)量保證體系來保證各工藝的實施，使我國的釹鐵硼占據(jù)國際市場。總之，開發(fā)耐蝕性好、結(jié)合力高、失磁小、成本低的鍍覆工藝是今后NdFeB磁性材料防腐處理的發(fā)展方向。

參考文獻：

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