專利名稱：釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法
技術領域：
本發明涉及一種釹鐵硼材料鍍層方法，尤其涉及一種采用鍍液中具有納米粉末的釹 鐵硼材料鍍層方法。
背景技術：
釹鐵硼永磁材料自1983年問世以來，以其優異的磁性能、較高的性價比，迅速應 用于各個工業領域。但是，由于稀土元素釹標準氧化還原電位-2.431V，極易被氧化。 加速了其腐蝕過程，從而嚴重的影響了磁體的磁性能。因此NdFeB永磁體存在著耐蝕 性能差的缺點，嚴重的影響著它在各方面的應用。提高其耐蝕性已成為當今NdFeB永 磁材料及產品制造與開發中的關鍵技術之一。
目前國內常見的工業規模的釹鐵硼表面防護處理方法為電鍍和化學鍍，物理氣相沉 積等方法。其中電鍍對設備要求不高，工藝條件較容易滿足，成膜速度快，價格便宜， 易于大批量生產的優點而在工業界得到了廣泛的應用。
目前，電鍍鎳因耐高溫、抗氧化、耐蝕性好等優點而備受青睞。但是，鍍鎳層的標 準平衡電位為-0.25￥，相對于釹鐵硼來說是陰極性鍍層，只有在鍍層完整無缺時，才能 對基體起到機械保護的作用。參見《材料保護》第35巻第3期中《燒結型釹鐵硼電鍍 鎳工藝》 一文，公開了幾種常規的電鍍鎳方案，取得了一定的效果，但還可以做更大的 改進，以提高產品的各項性能，類似的還可以參考《材料保護》第36巻第6期中《釹 鐵硼永磁體表面鍍鎳工藝研究》 一文。
近幾年來，許多科學家對納米材料包括納米復合涂層產生了極大的興趣。納米復合 鍍技術就是在傳統的電鍍基礎上發展起來的一種表面處理技術。通過在溶液中加入納米 粉，用電化學沉積的方法制備納米復合涂層，從而具有沉積的金屬和惰性微粒雙重性能 的復合涂層。例如，在鋼鐵上共沉積Ni和Al203納米粒子，得到的Ni/Al203復合鍍層 不但提高了磨損力、耐高溫和抗氧化性，還明顯地改善了其耐腐蝕性能。
也有在釹鐵硼永磁體上電鍍納米復合涂層可以使其性能更加優異，參考公開號為 CN1924110A，發明名稱為《一種用于Nd-Fe-B材料防腐的金屬基納米復合電鍍方法》， 該申請在半光鍍鎳中添加了納米添加劑以提髙材料的耐腐蝕性能。由于該專利直接進行 復合鍍，會影響基體與鍍層的結合力。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而另外提供一種釹鐵硼材料納 米復合鍍層制備方法，該方法通過前后兩次不同的施鍍，以確保所得釹鐵硼材料具有較 高的硬度、較好的耐蝕和耐磨性能。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方 法，其特征在于包括如下步驟
① 樣品表面的預處理；
② 分別配置基礎鍍液和復合納米鍍液，復合納米鍍液制備是將基礎鍍液、納米粉 末及分散劑混合后經過攪拌和球磨制得；
③ 封孔施鍍取預處理完畢的樣品在基礎鍍液中施鍍；
④ 納米施鍍取封孔施鍍完畢的樣品在復合納米鍍液中且保證納米粉末始終處于 良好分散的狀態下施鍍。
步驟②中所述的基礎鍍液可以是Watts鍍液。也可以采用現有技術中提到的幾種基
礎鍍液來配置。
作為優選，步驟②中所述復合納米鍍液制備具體如下將基礎鍍液、納米粉末及
分散劑放入高速磁力攪拌機，攪拌速度為500~2500rpm，攪拌時間為5~30分鐘，球磨
采用行星式球磨，球磨時間4 10小時。
作為優選，步驟②中所述納米粉末其粒度為20 100納米，且選自至少以下一種
納米氧化鋁、納米氧化硅、納米氧化鋯。
作為優選，步驟②中所述納米粉末在復合納米鍍液中質量濃度為10 100g/L。 作為優選，步驟②中所述分散劑重量為納米粉末重量的2% 20%，且選自至少以
下一種改性的聚丙烯酸、多聚磷酸鹽、聚有機羧酸鹽、改性合成脂肪酸胺、聚氨酯聚
合物、改性聚醚。
作為優選，步驟③中所述封孔施鍍時間為5 30分鐘，步驟④中所述的納米施鍍攪 拌狀態下施鍍30 120分鐘。
步驟①具體可以包括滾光、堿浸、除銹、微蝕和表面調整。
與現有技術相比，本發明的優點在于釆用兩步施鍍法，首先以傳統鍍液施鍍，有 利于減少鍍層的孔隙率，提高基層與鍍層的結合力，而之后的以納米復合鍍液施鍍，有 利于提高復合鍍層的耐蝕和耐磨性能；整體工藝步驟少，易于控制，制備穩定，溶液成
分簡單，對環境造成污染少；納米粉末鍍層中分散均勻、穩定性好、含量高。
具體實施例方式
以下結合附圖
實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例本實施例以燒結的釹鐵硼永磁體(牌號為35M)，圓環狀、外徑為9mm， 內徑為4mm，厚度為2mm，具體通過如下步驟處理
① 樣品表面的預處理包括滾光、堿浸、除銹、微蝕和表面調整；
② 分別配置基礎鍍液和復合納米鍍液，復合納米鍍液制備是將基礎鍍液、納米粉末 及分散劑混合后經過攪拌和球磨制得；
③ 封孔施鍍取預處理完畢的樣品在基礎鍍液中施鍍，封孔施鍍時間為5 30分鐘， 優選20分鐘，使基體被鎳層完全包裹為止；
④ 納米施鍍取封孔施鍍完畢的樣品在復合納米鍍液中且保證納米粉末始終處于良 好分散的狀態下施鍍，如在溶液均勻狀態下進行施渡，納米施鍍機械攪拌狀態下施鍍 30 120分鐘，優選40分鐘，攪拌速度為100 1000rpm，優選為300rpm。
⑤ 后處理取納米施鍍后的樣品用水沖洗干凈，烘干，放入干燥器中待用。
滾光是指將樣品放入盛有磨料和化學藥品溶液的滾筒中，滾筒為聚四氟乙烯球磨
罐，放在轉速500 1500rpm的球磨機上旋轉4 12小時，使樣品與磨料、樣品與樣品相 互摩擦。去除樣品表面的氧化皮，調整樣品表面的平整度，使樣品平整且有光澤，特別 是棱角處平滑，均勻。水洗。
堿浸采用的是碳酸鹽10 50g/L,氫氧化鈉10 30g/L,磷酸三鈉10 80g/L，硅酸鈉 1 20g/L其中幾種復配的水溶液，其洗滌溫度在40 1000。C，時間為2 10分鐘。除去表 面的油脂，超聲水洗。
除銹是采用10~100mL/L的硝酸溶液來酸洗，室溫下浸泡1~10分鐘，然后進行超 聲清洗。也可以采用現有技術中提到的幾種較佳的溶液或其他方式除銹。
微蝕配置商用微蝕溶液50ml/L (杭州奧野公司提供的NDETCHANTK)，與超聲 波共用，超聲2分鐘，水洗。
表面調整的配置商用磁性材料表面處理液100ml/L (杭州奧野公司提供的ND 150 CONDITIONED),浸泡2分鐘，水洗。
步驟②中基礎鍍液為Watts鍍液。具體配置過程如下稱取280 g/L的硫酸鎳，45g/L 的氯化鎳，加入適量的蒸餾水，放在40 800。C的水浴中使其完全溶解。稱取30 60g/L 的硼酸溶液，加入適量的蒸餾水，放在60 1000。C的水浴中使其完全溶解，然后把這三 種溶解好的溶液混合均勻，加入預先配制好的十二垸基硫酸鈉0.01~0.08g/L，用氫氧化 鈉調整pH值到4.0-5.0。也可以采用現有技術中提到的幾種基礎鍍液來配置。
步驟②中所述復合納米鍍液制備具體如下將基礎鍍液、納米粉末及分散劑放入高 速磁力攪拌機，攪拌速度為500 2500rpm，攪拌時間為5~30分鐘，球磨采用行星式球 磨，球磨時間4 10小時。其中，納米粉末其粒度為20~100納米，納米粉末可以是無機 納米粉末，具體可選自至少以下一種納米氧化鋁、納米氧化硅、納米氧化鋯，納米粉 末在復合納米鍍液中質量濃度為10~100g/L。分散劑重量為納米粉末重量的2%~20%，且選自至少以下一種改性的聚丙烯酸、多聚磷酸鹽、聚有機羧酸鹽、改性合成脂肪酸 胺、聚氨酯聚合物、改性聚醚。分散劑采用專門用于制備水性納米粒子的分散劑，來自 于德國迪高(Tego)公司，其重量是納米粉重量的2%~20%。
較好的分散劑是德國迪高(Tego)公司的Dispers715W 、 Dispers740W。本實施例 中采用優選的40納米的氧化鋁40g/L于復合鍍液中，分散劑重量為納米粉末重量的5%。
所得產品鍍層中納米氧化鋁的復合重量為15.6% ，在3.5 %的氯化鈉溶液中浸泡400 小時后樣品表面完好無損。鍍層的顯微硬度平均值達到700Hv。
對比復合鍍層與現有的純鎳鍍層的磨損率可以看出，Ni/Al203復合鍍層的磨損率要 小于純鎳鍍層的磨損率，即Ni/Al203復合鍍層的耐磨性要優于純鎳鍍層。
權利要求
1、一種釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于包括如下步驟①樣品表面的預處理；②分別配置基礎鍍液和復合納米鍍液，復合納米鍍液制備是將基礎鍍液、納米粉末及分散劑混合后經過攪拌和球磨制得；③封孔施鍍取預處理完畢的樣品在基礎鍍液中施鍍；④納米施鍍取封孔施鍍完畢的樣品在復合納米鍍液中施鍍。
2、 根據權利要求1所述的釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于步驟②中所述的基礎鍍液為Watts鍍液。
3、 根據權利要求1所述的釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于歩驟②中所述復合納米鍍液制備具體如下將基礎鍍液、納米粉末及分散劑放入高速磁力攪拌機，攪拌速度為500 2500rpm，攪拌時間為5~30分鐘，球磨采用行星式球磨，球磨時間4~10小時。
4、 根據權利要求1所述的釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于步驟②中所述納米粉末其粒度為20-100納米，且選自至少以下一種納米氧化鋁、納米氧化硅、納米氧化鋯。
5、 根據權利要求1所述的釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于步驟②中所述納米粉末在復合納米鍍液中質量濃度為10~100g/L。
6、 根據權利要求1所述的釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于步驟②中所述分散劑重量為納米粉末重量的2%~20%，且選自至少以下一種改性的聚丙烯酸、多聚磷酸鹽、聚有機羧酸鹽、改性合成脂肪酸胺、聚氨酯聚合物、改性聚醚。
7、 根據權利要求1所述的釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于步驟③中所述封孔施鍍時間為5 30分鐘。
8、 根據權利要求1所述的釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于步驟④中所述的納米施鍍攪拌狀態下施鍍30 120分鐘。
9、 根據權利要求1所述的釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于步驟①包括滾光、堿浸、除銹、微蝕和表面調整。
全文摘要
一種釹鐵硼材料納米復合鍍層制備方法，其特征在于包括如下步驟①樣品表面的預處理；②分別配置基礎鍍液和復合納米鍍液，復合納米鍍液制備是將基礎鍍液、納米粉末及分散劑混合后經過攪拌和球磨制得；③封孔施鍍取預處理完畢的樣品在基礎鍍液中施鍍；④納米施鍍取封孔施鍍完畢的樣品在復合納米鍍液中且保證納米粉末始終處于良好分散的狀態下施鍍。與現有技術相比，本發明的優點在于采用兩步施鍍法，首先以傳統鍍液施鍍，有利于減少鍍層的孔隙率，提高基層與鍍層的結合力，而之后的以納米復合鍍液施鍍，有利于提高復合鍍層的耐蝕和耐磨性能。
文檔編號C25D15/00GK101492830SQ20081005937
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月25日 優先權日2008年1月25日
發明者宋振綸, 惠 張 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所