专利名称：钕铁硼磁体表面铝涂层成型的方法
技术领域：
本发明属于磁体表面处理技术领域，特别是提供了一种用于钕铁硼(NdFeB)磁体表面铝涂层成型的方法，其最终成型涂层具有较好的耐蚀性能，且没有磁屏蔽效应。
背景技术：
钕铁硼(NdFeB)永磁材料是一种应用领域非常广泛的功能材料，已经在电机、通讯、IT、风力发电等领域中起重要的作用。钕铁硼磁体具有多相结构，其晶间腐蚀的问题必须通过其表面保护进行克服，由于表面保护是磁体生产中的最后环节，电镀的质量将直接影响产品的最终质量，电镀技术是钕铁硼成品生产技术中最为关键的技术。目前对钕铁硼磁体的表面保护有电镀镍铜镍(NiCuNi)、电镀锌(Zn)和电泳环氧树脂等工艺。其中以电镀MCuM应用最广，工艺技术成熟，镀层质量能满足大多数一般工作场合的要求。但电镀层的使用局限性也是很明显的，主要体现在如下三个方面第一、电镀层耐腐蚀性往往不能胜任较为恶劣的环境，如高盐份的海洋环境、接触酸性或碱性介质(气体或液体)的工业环境等，在以上环境中电镀层的使用寿命大为缩短。 故往往需要电镀+电泳的复合涂层体系，导致成本大幅增加。第二、随着钕铁硼产品大量应用于电子产品领域，产品的尺寸越来越小，磁铁的性能要求越来越高，在表面电镀MCuM时，由于M是导磁材料，表面的MCuM镀层相对磁体而形成一个闭合屏蔽层，正常10 20 μ m的厚度NiCuNi会使电镀后的成品整体磁性能较电镀前下降5% 10%左右，相当于使用这种涂层后，材料的牌号等级下降了一个能级，产品的尺寸越小，这种屏蔽效应越大。NiCuNi镀层在高性能小尺寸电子产品上的弊端越来越突出。而小尺寸的高性能磁体其售价重量比很高，在磁材市场上处于利润的高端，这也是我们功能事业部今后市场开拓的重点领域，而解决镍镀层的替代方案是一项关键技术。它关系到我们今后在市场上的竞争态势是否能处在一个有利的地位。第三、电镀行业属于典型的高耗能、高耗水、高污染的“三高”行业，在环保呼声日益增高的今天，其受到资源、环境、舆论各方面越来越大的压力。为了应对这些压力，需要在污水处理、酸气净化、原材料回收利用上投入大量的人力和物力，这也因此导致磁体表面电镀的综合成本逐年上升为解决这些问题，新的涂层技术开发成为迫切的需求。钕铁硼表面机械镀铝涂层(Barrel Painting)工艺成为众多新技术中非常有发展前途的项目之一。具有如下优点1.无污染，整个生产过程中没有重金属废水和废酸气的排放；2.原材料消耗少，涂镀同样数量的磁体，其水和电消耗分别只相当于电镀的和20%，涂层材料的利用率接近100% ；3.镀层耐腐蚀性好，耐盐雾能力比镀锌和镀镍要好，耐湿热和蒸汽压力的能力与镀镍基本相当，耐化学介质的能力大大高于电镀层；4.不同于镍镀层或镍铜镍多层镀层，没有磁屏蔽效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钕铁硼磁体表面铝涂层成型的方法，克服了上述传统电镀工艺的弊端，采用了机械镀工艺在钕铁硼磁体表面形成耐蚀性铝涂层保护钕铁硼基体。是一种有效、对环境破坏小、符合可持续发展的涂层工艺。本发明中采用的机械镀铝工艺，是通过外部机械振动，使表面涂覆有铝涂层粉末的撞击介质与镀件表面之间的相撞将介质表面的铝涂层粉末转移到镀件表面，再对镀件加热固化，最终在镀件表面形成耐蚀性涂层。其工艺步骤如下(1)倒角采用机械振动倒角和滚动倒角机对钕铁硼磁体工件进行倒角处理，以便于在后续涂覆过程中涂层覆盖更全面。(2)喷砂经过喷砂处理增加钕铁硼磁体表面粗糙度，提高最终涂层在磁体工件表面附着力；喷砂材料为砂粉、白玉刚、石英砂、海砂中的一种或多种；喷砂压力为 0. IMPa 0. 4Mpa。(3)磷化在磷化液中浸泡5-10秒，使磁体工件表面形成耐蚀性转化膜，提高耐蚀性，且保证在后续涂覆过程中不会腐蚀；所述磷化液包括2-3ml/L磷酸，40-50g/L磷酸二氢锌，10-15g/L硝酸锌，5-8g/L高锰酸钾，3-5g/L氟化钠。(4)涂覆液态树脂将经过磷化的钕铁硼磁体工件包裹于铁丝网中，并将其完全浸泡于液态树脂。经过2-3秒浸泡过后，进行2-3秒的离心甩干，最终在磁体工件表面形成一层液态树脂层。涂覆液态树脂的主要目的是，增加磁体工件表面粘性，以便在随后机械镀过程中，涂层粉末能有效粘附于工件表面。另一方面，液态树脂本身在经过高温固化后也能成为耐蚀性隔绝层，进一步增加涂层的防腐性能。需要提及，液态树脂必须均勻包覆于磁体工件表面，使磁体表面各处粘性均勻，从而保证经过随后机械镀过程后表面粘附的粉末层厚度及最终加热固化的涂层厚度也均勻。液态树脂中丙烯酸和稀料的重量比为1 1 1 10范围内调整，其中，稀料是由二甲苯和丁醇以41的比例混合的液体。(5)机械镀如图1所示，进行机械镀时需要将表面涂覆有粘性液态树脂的磁体工件投入振动容器，与涂层粉末及振动介质混合。根据磁体工件大小及重量，需要采用频率进行机械镀，借助变频器可以在30Hz-50Hz范围内调整频率，整个机械镀过程需要10-50分钟。图2示意性说明了在振动过程中，磁体工件表面混合粉末层形成过程。通过机械镀过程中振动介质的铆击作用以及磁体工件表面液态树脂的粘附双重作用下，介质表面的涂层混合粉末将转移到工件表面，并在工件表面形成粉末包覆层。振动介质是直径为0. 8 3mm 的钢珠。(6)加热固化放入烘箱内，进行高温加热固化，持续时间为20-60分钟，温度在 140°C -200°C范围。进行机械镀后，磁体工件表面覆盖一层粉末涂层，但是由于只是简单地用机械铆击方法涂覆的，其涂覆层与基体结合并不牢固且涂覆层本身疏松，无法起到有效地防腐作用。经过加热固化过程，表面粉末颗粒将通过化学反应转化成为致密、耐蚀的固态涂层。(7) (1)-(6)工序可重复进行，且最终涂层形成厚度可以用重复次数控制。根据本发明，除钕铁硼磁体工件本身以外所需原料还包括，液态树脂、涂层混合粉末、振动介质。其中，液态树脂为丙烯酸与涂装用稀料的混合液。稀料是由二甲苯和丁醇以4 1的比例混合的液体。调配液态树脂时，丙烯酸与稀料的重量比可在1 1-1 10不等范围内调整。重要的是，混合液的粘稠度不能过大，以防止液态树脂在工件表面涂覆不勻，机械镀过程中涂层混合粉在粘附工件表面时团聚或覆盖不完全；反之，若粘度过低则振动媒介表面的涂层混粉无法有效粘附于磁体工件表面，无法形成保护涂层。本发明中使用的涂层粉末是铝粉与环氧树脂的混合物。铝粉与环氧树脂粉的重量比可以在1 10-10 1范围内进行调整。铝粉是一种耐蚀性较好的非铁磁性金属，不仅能最终保证涂层的优秀防腐性能，而且也能避免在小型磁体上的磁屏蔽效应。另一方面，热固性环氧树脂是优良的隔绝防腐材料，经过高温固化过程后，能提供粘接性和隔绝性良好的表面涂层。所以，通过使用铝粉和环氧树脂粉末的混合粉，最终固化后环氧树脂能通过交联反应有效地将铝粉粘附于镀件表面形成结构致密的防腐镀层，不仅具有优良的防腐性能，且不影响磁体镀件的磁性能。其混合粉的总投入量根据振动介质及容器大小而不同。本发明中采用的振动介质是直径为0. 8 3mm不等的钢珠，其投入量根据振动容器大小决定。通过机械振动时表面粘附有铝粉与环氧树脂混合粉的成型介质与钕铁硼工件的撞击作用，将成型介质表面的混合粉转移到钕铁硼镀件表面，并通过加热固化最终形成耐蚀涂层。本发明的有点及积极效果通过机械镀铝方法在钕铁硼磁体表面形成了由铝粉与环氧树脂混合组成的耐蚀性涂层。其中，通过控制铝粉与环氧树脂配比，使钕铁硼镀件铝涂层耐蚀性优良，其连续 5%盐水连续喷雾试验中耐蚀能力能达到16 以上，而高温高压试验结果中耐蚀能力超过 48h。通过调整液态树脂的成分以及机械镀时间，使最终成型防护涂层厚度较均勻，厚度可控制在15-25 μ m范围。与传统的双层镍镀层以及镍铜镍镀层不同，由于铝涂层的两种组分即铝粉及环氧树脂皆非铁磁物质，最终形成涂层对钕铁硼基体不会产生任何磁屏蔽效应，对永磁镀件的磁性能没有任何影响，特别适用于小体积永磁体的表面防护。采用的机械镀技术工艺比较简单，时间较短，对水、电等资源消耗量很少，而且本发明中使用的铝，环氧树脂等原材料成本较低，极大降低了总成本。由于不需要任何酸洗或前处理艺，在表面涂层成型过程中也没有任何废液产生，对环境几乎没有影响。
图1为钕铁硼磁体在振动容器中机械镀过程示意图。其中，振动器1、振动容器2、 钕铁硼镀件3、振动介质4。图2为磁体表面涂层形成示意图。其中，铝粉5、液态树脂6、钕铁硼基体7、环氧树脂粉末8、撞击介质9。
具体实施例方式以下将结合实例对本发明进行进一步说明，本发明的实施例仅用于说明本发明， 并非限定本发明。
实施例1取5*3. 5*2mm的钕铁硼磁体工件Ikg在倒角机中倒角，再在喷砂机中进行滚动喷砂，持续20分钟。将样品取出后，经过简单的清洗，在磷化液中浸泡30s后吹干。另一方面，在振动容器中投入30kg直径为1. 5mm的钢珠。用天平分别秤出12g环氧树脂和28g平均粒径为^ym的铝粉，并混合均勻。启动电源，在振动容器和钢珠处于振动状态时，缓慢投入环氧树脂与铝的混合粉，最终全部投入。持续振动约半小时直至混合粉末与钢珠混勻。用天平量出30g丙烯酸树脂以及180g稀料(其成分如上所述)，倒入空容器中混合搅拌，直到丙烯酸完全溶解于稀料中。之后将喷砂过的磁体工件包裹于铁丝网，在溶液中浸泡30s，取出后在离心机中甩干2s。将进行过甩干处理的磁体工件投入振动容器，进行机械镀30分钟。机械镀完成后，用空隙直径为3mm的筛网晒出混杂在钢珠中的磁体工件，并在烘箱180°C温度下烘烤半小时。对磁体工件再进行3次同上处理过程，最终获得铝粉涂层。涂层平均厚度约20微米，经过5%盐水连续喷雾试验(简称SST)，在16 没有生锈，在高温高压试验中(简称PCT)持续4 不腐蚀。实施例2 取5*3. 5*2mm的钕铁硼磁体工件1kg，按照实施例1方法倒角、喷砂、磷化。另一方面，在振动容器中投入40kg直径为1. 5mm的钢珠。用天平秤出28g环氧树脂和28g平均粒径为10微米的铝粉，并混合均勻。按照实施例1中的方式，将混合粉与钢珠混勻。与实施例1相同方式配出液态树脂溶液并进行机械镀以及烘烤固化。重复进行3 次处理过程，最终获得铝粉涂层。涂层平均厚度约15微米，SST试验中120h不生锈，PCT试验中4 不生锈。实施例3取5*3. 5*2mm的钕铁硼磁体工件1kg，按照实施例1方法倒角、喷砂、磷化。在振动容器中投入50kg直径为0. 8mm的钢珠。用天平秤出84g环氧树脂和28g 平均粒径为观微米的铝粉，并混合均勻。按照实施例1中的方式将混合粉与钢珠混勻。用天平量出20g丙烯酸树脂以及200g稀料，以实施例1相同方式混勻调制液态树脂，并对磁体工件进行涂覆处理。以实施例1相同方式进行机械镀后，在烘箱160°C温度下烘烤半小时。对磁体工件再进行3次同上处理过程，最终获得铝粉涂层。涂层平均厚度约10微米，经过SST试验，在7 没有生锈，PCT试验24h没有腐蚀。实施例4取5*3. 5*2mm的钕铁硼磁体工件1kg，按照实施例1方法倒角、喷砂、磷化。按实施例2的配比在振动容器中投入钢珠、铝粉和环氧树脂粉末，并混合均勻。用天平量出20g丙烯酸树脂以及50g稀料，与实施例1相同方式混勻调制液态树脂，并对磁体工件进行涂覆处理。与实施例1相同方式进行机械镀后，在烘箱170°C温度下烘烤半小时。对磁体工件再进行3次同上处理过程，最终获得铝粉涂层。
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涂层平均厚度约25微米，经过SST试验，在16 没有生锈，PCT试验4 没有腐蚀。实施例5取Φ 24*5mm的钕铁硼磁体工件3kg，按照实施例1方法倒角、喷砂、磷化。按实施例1的配比在振动容器中投入钢珠、铝粉和环氧树脂粉末，并混合均勻。用天平量出20g丙烯酸树脂以及60g稀料，与实施例1相同方式混勻调制液态树脂，并对磁体工件进行涂覆处理。与实施例1相同方式进行机械镀后，在烘箱180°C温度下烘烤半小时。对磁体工件再进行3次同上处理过程，最终获得铝粉涂层。涂层平均厚度约20微米，经过SST试验，在16 没有生锈，PCT试验4 没有腐蚀。实施例6取Φ 24*5mm的钕铁硼磁体工件3kg，按照实施例1方法倒角、喷砂、磷化。在振动容器中投入30kg直径为0. 8mm的钢珠。用天平秤出14g平均粒径为10微米的铝粉、14g平均粒径为观微米的铝粉以及28g环氧树脂粉，并混合均勻。按实施例1中的方式将混合粉与钢珠混勻。用天平量出20g丙烯酸树脂以及IOOg稀料，以实施例1相同方式混勻调制液态树脂，并对磁体工件进行涂覆处理。与实施例1相同方式配出液态树脂溶液并进行机械镀以及烘烤固化。重复进行3 次处理过程，最终获得铝粉涂层。涂层平均厚度约20微米，SST试验中144h不生锈，PCT试验中4 不生锈。实施例7取36M5*5mm的钕铁硼磁体工件^g，按照实施例1方法倒角、喷砂、磷化。在振动容器中投入60kg直径为1. 5mm的钢珠。用天平称出90g平均粒径为28微米的铝粉以及IOg环氧树脂粉，并混合均勻。按实施例1中的方式将混合粉与钢珠混勻。用天平量出20g丙烯酸树脂以及90g稀料，以实施例1相同方式调制液态树脂，并对磁体工件进行涂覆处理。与实施例1相同方式配出液态树脂溶液并进行机械镀以及烘烤固化。重复进行3 次处理过程，最终获得铝粉涂层。平均厚度约15微米，SST试验中120h不生锈，PCT试验中4 不生锈。实施例8取36M5*5mm的钕铁硼磁体工件^g，按照实施例1方法倒角、喷砂、磷化。在振动容器中投入50kg直径为0. 8mm的钢珠。用天平称出20g环氧树脂和30g 平均粒径为观微米的铝粉，并混合均勻。按实施例1中的方式将混合粉与钢珠混勻。用天平量出20g丙烯酸树脂以及IOOg稀料，以实施例1相同方式调制液态树脂， 并对磁体工件进行涂覆处理。与实施例1相同方式配出液态树脂溶液并进行机械镀以及烘烤固化。重复进行3 次处理过程，最终获得铝粉涂层。平均厚度约20微米，SST试验中16 不生锈，PCT试验中4 不生锈。
权利要求
1.一种钕铁硼磁体表面铝涂层成型的方法，其特征在于，工艺步骤如下(1)倒角采用机械振动倒角和滚动倒角机对钕铁硼磁体工件进行倒角处理，以便于在后续涂覆过程中涂层覆盖更全面；(2)喷砂经过喷砂处理增加钕铁硼磁体表面粗糙度，提高最终涂层在磁体工件表面附着力；喷砂材料为砂粉、白玉刚、石英砂、海砂中的一种或多种；喷砂压力为0. IMPa 0. 4Mpa ；(3)磷化在磷化液中浸泡5-10秒，使磁体工件表面形成耐蚀性转化膜，提高耐蚀性， 且保证在后续涂覆过程中不会腐蚀；(4)涂覆液态树脂将经过磷化的钕铁硼磁体工件包裹于铁丝网中，并将其完全浸泡于液态树脂；经过2-3秒浸泡过后，进行2-3秒的离心甩干，最终在磁体工件表面形成一层液态树脂层；(5)机械镀将磁体工件投入振动容器，与涂层粉末及振动介质混合；投入磁体工件进行机械镀，在工件表面形成混合粉末包覆层；(6)加热固化放入烘箱内，进行高温加热固化，持续时间为20-60分钟，温度在 140°C -200°C范围固化粉末包覆层，表面形成涂层。
2.根据权利要求要求1的方法，其特征在于，步骤(4)中液态树脂中丙烯酸和稀料的重量比为1 1 1 10范围内调整，其中，稀料是由二甲苯和丁醇以4 1的比例混合的液体。
3.根据权利要求要求1的方法，其特征在于，步骤( 中涂层粉末是铝粉与环氧树脂的混合物，其中铝粉与环氧树脂粉的重量比可以在1 10 10 1范围内进行调整。
4.根据权利要求要求1的方法，其特征在于，步骤(5)中振动容器的机械振动频率在 30Hz 50Hz范围，振动时间控制在10 50分钟。
5.根据权利要求要求1的方法，其特征在于，步骤(5)中振动介质是直径为0.8 3mm 的钢珠。
6.根据权利要求要求1的方法，其特征在于，步骤(3)中所述磷化液包括2-;3ml/L磷酸，40-50g/L磷酸二氢锌，10-15g/L硝酸锌，5_8g/L高锰酸钾，3_5g/L氟化钠。
全文摘要
一种钕铁硼磁体表面铝涂层成型的方法，属于磁体表面处理技术领域。采用的机械镀铝工艺，是通过外部机械振动，使表面涂覆有铝涂层粉末的撞击介质与镀件表面之间的相撞将介质表面的铝涂层粉末转移到镀件表面，再对镀件加热固化，最终在镀件表面形成耐蚀性涂层。优点在于，工艺比较简单，时间较短，对水、电等资源消耗量很少，而且本发明中使用的铝，环氧树脂等原材料成本较低，极大降低了总成本。
文档编号B05D5/02GK102389871SQ20111031557
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者周义, 李建, 程星华 申请人:安泰科技股份有限公司