專利名稱：釹鐵硼材料納米復(fù)合鍍層制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
釹鐵硼永磁材料自1983年問世以來，以其優(yōu)異的磁性能、較高的性價比，迅速應(yīng) 用于各個工業(yè)領(lǐng)域。但是，由于稀土元素釹標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位-2.431V，極易被氧化。 加速了其腐蝕過程，從而嚴(yán)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(yán)重的影響著它在各方面的應(yīng)用。提高其耐蝕性已成為當(dāng)今NdFeB永 磁材料及產(chǎn)品制造與開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
目前國內(nèi)常見的工業(yè)規(guī)模的釹鐵硼表面防護處理方法為電鍍和化學(xué)鍍，物理氣相沉 積等方法。其中電鍍對設(shè)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(chǎn)的優(yōu)點而在工業(yè)界得到了廣泛的應(yīng)用。
目前，電鍍鎳因耐高溫、抗氧化、耐蝕性好等優(yōu)點而備受青睞。但是，鍍鎳層的標(biāo) 準(zhǔn)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(jié)型釹鐵硼電鍍 鎳工藝》 一文，公開了幾種常規(guī)的電鍍鎳方案，取得了一定的效果，但還可以做更大的 改進(jìn)，以提高產(chǎn)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(xué)家對納米材料包括納米復(fù)合涂層產(chǎn)生了極大的興趣。納米復(fù)合 鍍技術(shù)就是在傳統(tǒng)的電鍍基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種表面處理技術(shù)。通過在溶液中加入納米 粉，用電化學(xué)沉積的方法制備納米復(fù)合涂層，從而具有沉積的金屬和惰性微粒雙重性能 的復(fù)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(fù)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(fù)合涂層可以使其性能更加優(yōu)異，參考公開號為 CN1924110A，發(fā)明名稱為《一種用于Nd-Fe-B材料防腐的金屬基納米復(fù)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(jìn)行 復(fù)合鍍，會影響基體與鍍層的結(jié)合力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述的技術(shù)現(xiàn)狀而另外提供一種釹鐵硼材料納 米復(fù)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(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為釹鐵硼材料納米復(fù)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(yù)處理；
② 分別配置基礎(chǔ)鍍液和復(fù)合納米鍍液，復(fù)合納米鍍液制備是將基礎(chǔ)鍍液、納米粉 末及分散劑混合后經(jīng)過攪拌和球磨制得；
③ 封孔施鍍?nèi)☆A(yù)處理完畢的樣品在基礎(chǔ)鍍液中施鍍；
④ 納米施鍍?nèi)》饪资╁兺戤叺臉悠吩趶?fù)合納米鍍液中且保證納米粉末始終處于 良好分散的狀態(tài)下施鍍。
步驟②中所述的基礎(chǔ)鍍液可以是Watts鍍液。也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中提到的幾種基
礎(chǔ)鍍液來配置。
作為優(yōu)選，步驟②中所述復(fù)合納米鍍液制備具體如下將基礎(chǔ)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(yōu)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(yōu)選，步驟②中所述納米粉末在復(fù)合納米鍍液中質(zhì)量濃度為10 100g/L。 作為優(yōu)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(yōu)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(tài)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(diào)整。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于釆用兩步施鍍法，首先以傳統(tǒng)鍍液施鍍，有 利于減少鍍層的孔隙率，提高基層與鍍層的結(jié)合力，而之后的以納米復(fù)合鍍液施鍍，有 利于提高復(fù)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(wěn)定，溶液成
分簡單，對環(huán)境造成污染少；納米粉末鍍層中分散均勻、穩(wěn)定性好、含量高。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖
實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實施例本實施例以燒結(jié)的釹鐵硼永磁體(牌號為35M)，圓環(huán)狀、外徑為9mm， 內(nèi)徑為4mm，厚度為2mm，具體通過如下步驟處理
① 樣品表面的預(yù)處理包括滾光、堿浸、除銹、微蝕和表面調(diào)整；
② 分別配置基礎(chǔ)鍍液和復(fù)合納米鍍液，復(fù)合納米鍍液制備是將基礎(chǔ)鍍液、納米粉末 及分散劑混合后經(jīng)過攪拌和球磨制得；
③ 封孔施鍍?nèi)☆A(yù)處理完畢的樣品在基礎(chǔ)鍍液中施鍍，封孔施鍍時間為5 30分鐘， 優(yōu)選20分鐘，使基體被鎳層完全包裹為止；
④ 納米施鍍?nèi)》饪资╁兺戤叺臉悠吩趶?fù)合納米鍍液中且保證納米粉末始終處于良 好分散的狀態(tài)下施鍍，如在溶液均勻狀態(tài)下進(jìn)行施渡，納米施鍍機械攪拌狀態(tài)下施鍍 30 120分鐘，優(yōu)選40分鐘，攪拌速度為100 1000rpm，優(yōu)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(xué)藥品溶液的滾筒中，滾筒為聚四氟乙烯球磨
罐，放在轉(zhuǎn)速500 1500rpm的球磨機上旋轉(zhuǎn)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(diào)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(fù)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(jìn)行超 聲清洗。也可以采用現(xiàn)有技術(shù)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(diào)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(chǔ)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(yù)先配制好的十二垸基硫酸鈉0.01~0.08g/L，用氫氧化 鈉調(diào)整pH值到4.0-5.0。也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中提到的幾種基礎(chǔ)鍍液來配置。
步驟②中所述復(fù)合納米鍍液制備具體如下將基礎(chǔ)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(fù)合納米鍍液中質(zhì)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(yōu)選的40納米的氧化鋁40g/L于復(fù)合鍍液中，分散劑重量為納米粉末重量的5%。
所得產(chǎn)品鍍層中納米氧化鋁的復(fù)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(dá)到700Hv。
對比復(fù)合鍍層與現(xiàn)有的純鎳鍍層的磨損率可以看出，Ni/Al203復(fù)合鍍層的磨損率要 小于純鎳鍍層的磨損率，即Ni/Al203復(fù)合鍍層的耐磨性要優(yōu)于純鎳鍍層。
權(quán)利要求
1、一種釹鐵硼材料納米復(fù)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(yù)處理；②分別配置基礎(chǔ)鍍液和復(fù)合納米鍍液，復(fù)合納米鍍液制備是將基礎(chǔ)鍍液、納米粉末及分散劑混合后經(jīng)過攪拌和球磨制得；③封孔施鍍?nèi)☆A(yù)處理完畢的樣品在基礎(chǔ)鍍液中施鍍；④納米施鍍?nèi)》饪资╁兺戤叺臉悠吩趶?fù)合納米鍍液中施鍍。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼材料納米復(fù)合鍍層制備方法，其特征在于步驟②中所述的基礎(chǔ)鍍液為Watts鍍液。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼材料納米復(fù)合鍍層制備方法，其特征在于歩驟②中所述復(fù)合納米鍍液制備具體如下將基礎(chǔ)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(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼材料納米復(fù)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(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼材料納米復(fù)合鍍層制備方法，其特征在于步驟②中所述納米粉末在復(fù)合納米鍍液中質(zhì)量濃度為10~100g/L。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼材料納米復(fù)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(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼材料納米復(fù)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(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼材料納米復(fù)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(tài)下施鍍30 120分鐘。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼材料納米復(fù)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(diào)整。
全文摘要
一種釹鐵硼材料納米復(fù)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(yù)處理；②分別配置基礎(chǔ)鍍液和復(fù)合納米鍍液，復(fù)合納米鍍液制備是將基礎(chǔ)鍍液、納米粉末及分散劑混合后經(jīng)過攪拌和球磨制得；③封孔施鍍?nèi)☆A(yù)處理完畢的樣品在基礎(chǔ)鍍液中施鍍；④納米施鍍?nèi)》饪资╁兺戤叺臉悠吩趶?fù)合納米鍍液中且保證納米粉末始終處于良好分散的狀態(tài)下施鍍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于采用兩步施鍍法，首先以傳統(tǒng)鍍液施鍍，有利于減少鍍層的孔隙率，提高基層與鍍層的結(jié)合力，而之后的以納米復(fù)合鍍液施鍍，有利于提高復(fù)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(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者宋振綸, 惠 張 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所