專利名稱：一種用于Nd－Fe－B材料防腐的金屬基納米復(fù)合電鍍的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以鎳、鋅、銅等金屬及鎳鈷合金、鎳鐵合金、鎳磷合金為金屬基的納米復(fù)合電鍍的方法。
背景技術(shù)：
Nd-Fe-B永磁體中的釹是一種稀土元素，化學(xué)活性很強(qiáng)，在空氣中易被氧化，耐蝕性差，特別是Nd-Fe-B磁體存在富釹相，極易產(chǎn)生晶間腐蝕，嚴(yán)重時有大量釹的氧化物和氫化物形成而使材料粉化；其次這類磁性材料多數(shù)采用燒結(jié)法制備，表面具有多孔性，脆性大，結(jié)構(gòu)疏松，因此必須對這類材料進(jìn)行特殊表面防腐處理。
目前為止，對Nd-Fe-B永磁體的表面處理方法，首先對材料進(jìn)行封孔處理，以避免在除油、出光和隨后的電鍍過程中基體內(nèi)的酸、堿和鍍液的殘留，從而避免基體的內(nèi)部腐蝕，但該方法效果并不很明顯，而且增加了多道后續(xù)工序，影響了工作效率。隨后的電鍍?nèi)匀徊捎贸Ｒ?guī)的鎳銅鎳或鍍鋅工藝，整個鍍層厚度至少達(dá)到20um以上；但常規(guī)的鍍鋅或鎳工藝不僅防護(hù)性能指標(biāo)達(dá)不到高品質(zhì)要求，且整個工藝時間往往需要長達(dá)近4個小時(如最常用的滾鍍鎳銅鎳工藝)，同時也對環(huán)境造成了較大的影響(鋅的鈍化需要六價鉻)?；瘜W(xué)鍍Ni-P合金存在著使用周期短、價格昂貴及大量的污水處理等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決Nd-Fe-B材料的防腐問題，本發(fā)明提供一種用于Nd-Fe-B材料防腐的金屬基納米復(fù)合電鍍的方法，該方法通過在電渡液中添加納米添加劑，不僅可充分滿足Nd-Fe-B工件的防腐和裝飾性要求，還充分改善了Nd-Fe-B工件的表面整平效果，縮短了整個工藝流程，節(jié)約了昂貴的金屬原料，并有助于減少對環(huán)境的污染。
一種用于Nd-Fe-B材料防腐的金屬基納米復(fù)合電鍍的方法，將需施鍍的Nd-Fe-B工件經(jīng)超聲波除油，用稀HNO3溶液出光，清水漂洗后放入納米復(fù)合鍍槽進(jìn)行半光鎳施鍍，半光鎳施鍍后進(jìn)行電解除膜，再進(jìn)行光亮鎳施鍍。具體工藝參數(shù)為1.半光鎳施鍍
a)半光鎳鍍液組份NiSO4.6H2O200-400g/L，NiCl2.6H2O35-80g/L，H3BO335-55g/L，納米添加劑5～60mL/L；b)陽極含硫鎳板或鎳餅；c)陰極Nd-Fe-B工件；d)電鍍條件攪拌空氣攪拌，pH4.0-5.0，陰極電流密度2-5A/dm2，溫度50-65℃；2.電解除膜電壓4-6V，常溫，30-60秒，陰極電解，純鉛陽極，在除膜劑中電解除膜。
所述納米添加劑的制備方法是將粒度為10-100nm的SiO2納米粒子與非離子表面活性劑混合球磨，混合比例為納米粒子∶非離子表面活性劑＝1∶0.5-10，然后將此復(fù)合物與陽離子表面活性劑、水混合，混合比例為復(fù)合物∶陽離子表面活性劑∶水＝1∶0.2-3∶0.1-10進(jìn)行混料，強(qiáng)剪切機(jī)械攪拌分散，即可得到電鍍用納米添加劑。
納米添加劑使用方法電鍍時，先升溫至工藝溫度，然后開動空氣攪拌，按10-50mL納米添加劑/L添加入槽液，至少空氣攪拌30分鐘，即可施鍍。
為了實現(xiàn)多功能的材料表面性能，納米粒子還可以是納米SiC或納米ZrO2或納米金剛石?？赏瑫r加入一種或數(shù)種納米粒子，如加入納米SiO2，可增加鍍層的耐蝕性；加入納米SiC，可提高此復(fù)合鍍層的硬度；加入ZrO2，可得到抗高溫氧化的復(fù)合鍍層；加入納米金剛石，則可得到既耐磨又超高硬度的復(fù)合鍍層表面。
所述除膜劑的制備方法是在重量百分濃度為0.1％-20％的鹵族元素的鹽類溶液中，加入1-30％的硫酸。
所述非離子表面活性劑是結(jié)構(gòu)為A1-A2-A3-H類型的，其中A1是8-18個碳鏈結(jié)構(gòu)的烷基，A2是單獨(dú)的氧或和苯環(huán)相連的氧的結(jié)構(gòu)，A3是3-18個碳鏈結(jié)構(gòu)的含有乙氧基的聚合基團(tuán)，H是指氫原子。
所述陽離子表面活性劑是指結(jié)構(gòu)為B1-B2-B3-X-M類型的，其中B1是8-20個碳鏈結(jié)構(gòu)的烷基基團(tuán)，B2是1-3個甲基結(jié)構(gòu)的基團(tuán)，B3是芐基或者無基團(tuán)，X是鹵族元素，M是銨、鈉陽離子。
采用由本發(fā)明提供的含納米材料的添加劑制備的半光鎳復(fù)合鍍層和光亮鎳層電鍍工藝或其他金屬基復(fù)合鍍層(如納米鋅復(fù)合鍍層等)用于釹鐵硼材料的防腐，不僅可充分滿足Nd-Fe-B工件的防腐和裝飾性要求，還充分改善了Nd-Fe-B工件的表面整平效果，縮短了整個工藝流程，節(jié)約了昂貴的金屬原料，并有助于減少對環(huán)境的污染。
通過把納米粒子加入到表面活性劑中進(jìn)行球磨和強(qiáng)力機(jī)械攪拌，制備出了可使納米顆粒一直保持懸浮的納米添加劑，解決了在高濃度電解質(zhì)鍍液中納米微粒的均勻分散及在放電過程中不團(tuán)聚等納米電鍍中的難題；釹鐵硼工件進(jìn)入鍍液后，納米粒子會優(yōu)先并自動進(jìn)入工件表面的疏孔內(nèi)，一方面驅(qū)除了疏孔內(nèi)存在的溶液，防止溶液在基體內(nèi)的腐蝕；另一方面由于填充了空隙，使得鍍層具有了極其優(yōu)良的整平效果，進(jìn)一步延長了工件的防護(hù)性能；采用本發(fā)明除膜劑，在一分鐘內(nèi)即可除去膜層，從而達(dá)到了活化鍍層的目的，確保了隨后光亮鎳的電鍍和雙層鎳之間的優(yōu)良結(jié)合力；具體實施方式
實施例1將粒度為10-100nm的SiO2按1∶1的比例加入到非離子表面活性劑中，混合球磨至少1小時，然后加入到相同體積量的陽離子表面活性劑和水中，強(qiáng)剪切機(jī)械攪拌分散1小時，即可得到納米添加劑。
實施例2將粒度為10-100nm的SiO2按1∶10的比例加入到非離子表面活性劑中，混合球磨5小時，然后將此復(fù)合料按1∶0.1∶1的比例加入到陽離子表面活性劑和水中，強(qiáng)剪切機(jī)械攪拌分散5小時，即可得到納米添加劑。
實施例3硫酸50克，氯化鈉5克，攪拌充分溶解于溶于1000毫升水中，得除膜劑。
實施例4硫酸200克，氟化鈉10克，攪拌充分溶解于溶于1000毫升水中，得除膜劑。
實施例41.半光鎳鍍液配方NiSO4.6H2O350g/L，NiCl2.6H2O60g/L，H3BO345g/L，采用實施例1所述的納米添加劑，添加量為5mL/L；2.電鍍條件陽極含硫鎳板或鎳餅，陰極Nd-Fe-B工件，攪拌空氣攪拌，pH4.0-5.0，陰極電流密度2-5A/dm2，溫度50-65℃；
3.電解除膜電壓4-6V，常溫，30-60秒，陰極電解，純鉛陽極，采用實施例3所述的除膜劑。
4.光亮鎳工藝與常規(guī)相同，電鍍時間8-12分鐘，滾鍍0.5-1小時。
5.結(jié)果在釹鐵硼工件上施鍍的納米半光鎳復(fù)合鍍層和光亮鎳層，具有優(yōu)良的整平效果和裝飾性，用6B/T10125-1997標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行腐蝕性試驗，耐中性鹽霧至少可達(dá)240小時以上。結(jié)合力及致密性試驗采用行業(yè)默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，壓力0.15MPa，T＝125℃，t＝100h，鍍層不起泡、不暴皮及無銹蝕點(diǎn)?；驘釠_擊試驗T＝250℃，t＝15分，然后迅速放入0℃冰水，t＝15分，5個循環(huán)，試驗后表面狀態(tài)鍍層不起泡、無剝落、無銹蝕點(diǎn)。
實施例61.鎳鈷合金復(fù)合鍍液配方NiSO4.6H2O200g/L，NaCl11g/L，CoSO4.7H2O8g/L，H3BO330g/L，Na2SO4.10H2O27g/L，采用實施例2所述的納米添加劑，添加量為50mL/L；2.電鍍條件陽極含硫鎳板或鎳餅，陰極Nd-Fe-B工件，攪拌空氣攪拌，pH5.0-6.0，陰極電流密度0.5-1.5A/dm2，溫度35-40℃，電鍍時間視工藝要求而定，一般8-15分鐘；3.電解除膜電壓4-6V，常溫，30-60秒，陰極電解，純鉛陽極，采用實施例4所述的除膜劑。
4.光亮鎳工藝與常規(guī)相同，掛鍍電鍍時間8-12分鐘。
5.結(jié)果在釹鐵硼表面得到的鎳鈷合金復(fù)合鍍層/光亮鎳層，其外觀色澤完全和普通裝飾鎳層相同，但其耐蝕性更加優(yōu)良，按國家標(biāo)準(zhǔn)檢測同樣可至少達(dá)到中性鹽霧240小時以上。
實施例71.納米復(fù)合鍍鋅電解溶液配方
ZnCl270g/L，KCl200g/L，H3BO330g/L，采用實施例1所述的納米添加劑，添加量為20mL/L，2.電鍍條件陽極純鋅板，陰極Nd-Fe-B工件，攪拌空氣攪拌，pH4.5-6.0，陰極電流密度1-4A/dm2，溫度10-40℃；3.結(jié)果在釹鐵硼表面得到的鋅復(fù)合鍍層，其外觀色澤基本和普通鍍鋅層一致，結(jié)合力良好，耐蝕性更好。
權(quán)利要求
1.一種用于Nd-Fe-B材料防腐的金屬基納米復(fù)合電鍍的方法，其特征在于將需施鍍的Nd-Fe-B工件經(jīng)超聲波除油，用稀HNO3溶液出光，清水漂洗后放入納米復(fù)合鍍槽進(jìn)行半光鎳施鍍，半光鎳施鍍后進(jìn)行電解除膜，再進(jìn)行光亮鎳施鍍；具體工藝參數(shù)為1)半光鎳施鍍a)半光鎳鍍液組份NiSO4.6H2O200-400g/L，NiCl2.6H2O35-80g/L，H3BO335-55g/L，納米添加劑5～60mL/L；b)陽極含硫鎳板或鎳餅；c)陰極Nd-Fe-B工件；d)電鍍條件攪拌空氣攪拌，pH4.0-5.0，陰極電流密度2-5A/dm2，溫度50-65℃；2)電解除膜電壓4-6V，常溫，30-60秒，陰極電解，純鉛陽極，在除膜劑中電解除膜；所述納米添加劑的制備方法是將粒度為10-100nm的SiO2納米粒子與非離子表面活性劑混合球磨，混合比例為納米粒子∶非離子表面活性劑＝1∶0.5-10，然后將此復(fù)合物與陽離子表面活性劑、水混合，混合比例為復(fù)合物∶陽離子表面活性劑∶水＝1∶0.2-3∶0.1-10進(jìn)行混料，強(qiáng)剪切機(jī)械攪拌分散，即可得到電鍍用納米添加劑；所述除膜劑的制備方法是在重量百分濃度為0.1％-20％的鹵族元素的鹽類溶液中，加入1-30％的硫酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述納米粒子還可以是納米ZrO2或納米金剛石或納米SiC，可同時加入一種或數(shù)種納米粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述非離子表面活性劑是結(jié)構(gòu)為A1-A2-A3-H類型的，其中A1是8-18個碳鏈結(jié)構(gòu)的烷基，A2是單獨(dú)的氧或和苯環(huán)相連的氧的結(jié)構(gòu)，A3是3-18個碳鏈結(jié)構(gòu)的含有乙氧基的聚合基團(tuán)，H是指氫原子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述陽離子表面活性劑是指結(jié)構(gòu)為B1-B2-B3-X-M類型的，其中B1是8-20個碳鏈結(jié)構(gòu)的烷基基團(tuán)，B2是1-3個甲基結(jié)構(gòu)的基團(tuán)，B3是芐基或者無基團(tuán)，X是鹵族元素，M是銨、鈉陽離子。
全文摘要
一種用于Nd－Fe－B材料防腐的金屬基納米復(fù)合電鍍的方法。本發(fā)明將需施鍍的Nd－Fe－B工件經(jīng)超聲波除油，用稀HNO
文檔編號C25D15/00GK1924110SQ20051003210
公開日2007年3月7日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月1日
發(fā)明者徐衛(wèi)紅, 陳白珍, 朱旭霞, 朱凱 申請人:中南大學(xué)