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干货|钕铁硼镀镍热减磁问题的解决方法及工艺过程
发布:2016-10-24

目前,消费类电子产品(手机、PADwatch)上大量使用钕铁硼永磁器件,一部智能手机上大约需要10块以上的永磁体,例如:喇叭、耳机、来电震动、镜头聚焦+防抖、触屏回馈等,消费类电子产品越来越多的稀土磁体应用给稀土永磁行业带来繁荣,也给稀土永磁器件生产不断提出新的要求。

 

热减磁指标,从前是稀土永磁元件的附带指标(次要指标),近年来已经变成越来越严格的磁体关键指标了,可以说,目前热减磁指标是和磁通值、磁能积、矫顽力、材料退磁曲线划等号的关键磁性能指标了。而影响热减磁指标的因素,目前在材料方面还没有拿出一致认可的意见,就是说在钕铁硼材料方面,还没有更直接的应对方案,来一揽子解决好热减磁的参数控制。

 

本人从事稀土永磁后加工及表面电镀处理的生产工作多年,抛开材料的影响,我仅仅从镀层方面,谈一下我自己解决热减磁问题的一点经历,和大家分享,也希望与有关的专家、研究人员共同合作,把这个热减磁的问题搞清楚。

 

那么首先我先解释清楚所谓的《热减磁指标》:

 

一个尺寸、形状、材料性能确定了的磁体,就自然具备了一个可测量的磁性能参数,这个参数大都以磁通值Ø来表述,这个数值和材料基本性能正相关,和磁体的体积正相关。如上所说的尺寸一定、材料性能一定某一批磁体,那么这样一批磁体磁通的数值基本上是个范围很小的特定数值。《热减磁指标》是指,将如上的磁通数值的磁体取样,样品经过了2-3小时时间85100摄氏度的保温,再充分冷却到室温25摄氏度,然后再测量该磁体的磁通得到的数值Ø’,两个数值的差值=Ø- Ø’即是热减磁的绝对数值,而《热减磁指标》是指在磁性参数原数值上的衰减率,即▽/A * 100%!目前的一般要求是8%以下,更苛刻的要求是小于5%  

 

从钕铁硼永磁体材料角度看《热减磁指标》:

 

钕铁硼永磁材料本身就有磁性能参数温度敏感性问题。磁体的磁通数值Ø往往伴随磁体温度的升高,磁通数值Ø随之下降,随着温度的下降,磁通数值Ø还会回升,温度恢复原始数值后,磁通参数几乎恢复到原来的磁通数值,这个变化的的斜率称为磁体的温度系数。伴随温度变化,磁通能够在温度恢复后回归到的数值,称为可逆损失,无法恢复到原值,与原值的差值,称为不可逆损失。一款产品根据形状、尺寸、热减磁要求,确定选择合适的内禀矫顽力、合适配方、合适温度系数的钕铁硼材料,经过了机械加工后,未经过镀层处理的裸露黑片,《热减磁指标》通常情况在0.5%3%之间。

 

对比如上,按照钕铁硼材料的磁性参数与温度敏感性能特点(0.5%3%),对比终端客户常规《热减磁指标》要求(8%),钕铁硼磁体应该完全满足客户的磁体《热减磁指标》要求。目前的生产事实是,这一《热减磁指标》在磁体经过镍铜镍镀层处理后,确实难以稳定的达到客户满意,一般情况下,即使是同一批号材料同一加工批次的产品,经过分批、分桶电镀,镀后的热减磁指标测量数值,波动也会很大,没有规律。更有甚者,一桶之内的产品,高低差值都会5%10%  

 

自从有客户提出热减磁指标要求以后,我就开始了这方面的探索,多方面筛选比对,力图找到更够满足要求的材料,一直到2009年都没有实质进步,2010年后客户对于《热减磁指标》的要求严格了,而我们在材料方向一直没有更多进展。在生产实践中偶然发现了一个有趣的现象是,同样材料性能的磁钢,镀锌的产品没有出现过热减磁问题的投诉,投诉都是发生在了镀镍铜镍的产品上,这个现象启发了我,在镀镍的产品上采用镀铜打底再镀镍,热减磁问题是不是就能解决了,顺着这个思路,我们的探索方向转向了以镀层解决热减磁问题的路子上来,经过了大量的实验,我们觉得在磁体上采用某种无氰碱铜镀铜可行,我们将其定名为保磁1号(即BC-1无氰碱性镀铜)。

 

钕铁硼基体直接镀铜要解决好两大问题,即置换镀层问题和电流效率问题;首先解决溶液的游离铜离子与钕铁硼的置换反应问题,我们采用了以有机络合剂为主络合剂,强络合能力保证溶液中铜离子处于被络合状态,不与钕铁硼基体发生置换反应;其次解决溶液的镀铜电流效率问题,强络合剂的镀铜溶液,往往电流效率偏低,我们采用多络合剂合理配伍,实现了强络合剂溶液的高电流效率,电流效率98%以上。

 

前面我讲了保磁1号的生成,后面我来和大家分享采用保磁1号生产过程中的工艺过程细节。

 

钕铁硼磁体采用直接镀铜工艺作为底层,再完成后续的镀镍或者再镀镍铜镍,可以解决镀镍产品的热减磁问题,实现了热减磁率低于4%的严苛要求,而有热减磁要求的磁体成品,采用直接镀铜的工艺,需要解决如下的几个问题:

 

1、前处理的工艺路线:常温化学除油—3%左右硝酸酸洗—低于0.3%硝酸活化。期间保持超声波清洗。

 

2、溶液电流密度的下限要求:溶液使用的技术要求中明确了电流密度下限为0.15A/平方分米,低于此下限电流密度,往往会出现结合力不良的问题。钕铁硼滚镀产品都是小尺寸的磁体,需要克服滚镀机内外浓度差异和电流分布的影响,必须在滚镀机、陪镀钢球、装载量等多方面协调妥协,来满足电流密度下限要求。

 

3、滚镀机的选择原则:滚筒尺寸要求小,桶板透水率要高,装载量一般要求低于2公斤。多数热减磁要求严苛的磁体都是超小尺寸磁体,每公斤的表面积往往大于50平方分米,有的产品每公斤表面积达到80平方分米,所以为了保证足够的电流密度,选择小滚镀机为好。而且每一滚筒装载量建议0.5公斤以下,再以小钢球作为陪镀填料,改善流动性、分散性,避免磕碰及叠片。

 

4、陪镀填料的选择原则:在滚镀机中的产品及陪镀填料受镀过程中,尺寸大的会得到更大的电量,所以,根据我们的生产试验结果,建议选择填料的原则如下:工件的体积最好大于填料钢球体积的3倍;工件的最大尺寸大于钢球直径的3倍;为了保证工件不再受镀时候互相粘连叠片,钢球总体积和工件总体积之比大于3倍。

 

5、溶液的维护及调整:BC-1无氰碱性镀铜采用了常温工作,无需加热器及温控设备,那么溶液的使用就相对简单;溶液的变化主要是带出损失,建议通过装载钢球试验每一桶的带出量,由于钢球尺寸变化,每一桶的总表面积也会变化,带出量也会有些许变化,通过试验得出带出量,在后续生产中定时、定量补加即可。

 

6、滚筒转速设置:滚镀机的滚筒转速设置的原则是,保证工件和钢球充分混合均匀受镀的情况下,尽量的采用低转速,以便工件的棱角镀层摩擦损伤最小化。

 

7、镀层厚度:建议镀层厚度设置大于5微米,这样的镀层厚度可以弥补钕铁硼磁体上的大部分表面缺陷,为后续镀层打好基础,容易满足镀镍后的盐雾试验要求。

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