一种钕铁硼材料电镀镍溶液及其配制和使用方法
【专利摘要】本发明属于钕铁硼磁性材料表面处理领域，具体涉及一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以1升电镀镍溶液计，其中含硫酸镍80-350g，氯化镍20-80g，硼酸30-55g，硫酸钇0.1-5g，纳米二氧化硅0.04-2g，其余为纯水。本发明的电镀镍溶液中同时添加了钇和纳米二氧化硅，促使获得的镍镀层不仅结晶细致，孔隙率极低，而且改善了电镀镍溶液的分散能力，提高了不同电流密度处镀层厚度分布的均匀性，有效地提高了镀镍层的耐腐蚀能力。
【专利说明】一种钕铁硼材料电镀镍溶液及其配制和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钕铁硼磁性材料表面处理领域，具体是涉及一种用于钕铁硼磁性材料防腐的添加了钇和纳米二氧化硅的电镀镍溶液及其配制和使用方法。
【背景技术】
[0002]近年来，钕铁硼磁性材料由于具有优异的磁性能，在电子工业、汽车、通讯等诸多领域得到广泛的应用。但由于该材料是由稀土金属钕、纯铁和硼以粉末冶金的工艺制备而成，其表面相对疏松多孔，故化学稳定性差，在使用环境中容易发生氧化生锈，而且在湿热条件下会发生严重的电化学腐蚀，恶化了磁性能，大大降低了其使用寿命。因此对钕铁硼磁性材料进行严格的表面防护处理就极为重要。
[0003]目前，解决钕铁硼磁性材料腐蚀问题的主要方法有电镀、化学镀、磷化和电泳等表面处理工艺。由于化学镀存在着使用周期短、价格昂贵及大量的污水处理导致环境的恶化等缺陷，而磷化、电泳等工艺防腐性能普遍比较差，因此从结合力、耐蚀性、综合成本以及环境污染等方面考虑，通常采用电镀工艺，其中镀镍工艺尤为常用。但一方面钕铁硼工件形状众多而且复杂，镀镍过程中电流分布极不均匀，导致材料表面镍镀层厚薄相差很大；另一方面普通的镍镀层本身孔隙率也相当高，而镍镀层对钕铁硼基体来说是属于阴极性镀层，只有尽可能减少镀镍层的孔隙，才能更好地保护基体金属。因此通过提高镀镍层厚度分布的均匀性及降低镀镍层孔隙率，对于钕铁硼防腐工程有十分重要的意义。
[0004]由于稀土元素具有独特的电子层结构和化学性能，在电沉积过程中加入少量的稀土化合物后，可以改善镀液的分散能力和深镀能力，从而提高镀层厚度分布的均匀性。而随着技术的发展，近年来出现的纳米电镀，通过纳米固体颗粒与金属共沉积，具有获得更致密、孔隙率极低的金属镀层，这两种技术越来越得到人们的关注。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有钕铁硼磁性材料电镀镍层厚度分布不均匀以及孔隙率较高的缺陷，提供一种用于钕铁硼磁性材料的添加了钇和纳米二氧化硅的电镀镍溶液及其配制和使用方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的:
一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以1升电镀镍溶液计，其中含硫酸镍80-350g，氯化镍20-80g，硼酸30-55g，硫酸钇0.l_5g，纳米二氧化硅0.04_2g，其余为纯水。
[0007]本发明还提供了上述的钕铁硼材料电镀镍溶液的配制方法，包括如下步骤:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水(是指在一个大气压下(标准大气压)到达水的沸点的水)中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用碱溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值为4.0~5.5 ;(5)把硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
[0008]作为优选，根据本发明所述的一种钕铁硼材料电镀镍溶液的配制方法，其中，所述的碱溶液为浓度5%-20% w/v的氢氧化钠溶液。
[0009]本发明还提供了上述的钕铁硼材料电镀镍溶液的使用方法，包括:在电镀前，先用碱溶液调节电镀镍溶液的PH值至4.0~5.5 ;然后将电镀镍溶液加热至40-60°C，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属作为阳极，通入直流电，即可获得镀层。
[0010]作为优选，根据本发明所述的一种钕铁硼材料电镀镍溶液的使用方法，其中，所述的碱溶液为5%-20% w/v的氢氧化钠溶液。
[0011]作为优选，根据本发明所述的一种钕铁硼材料电镀镍溶液的使用方法，其中，所述的阳极采用金属镍。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下有益的效果:
I)当稀土加入到镀镍溶液中后，由于其本身独特的性能使稀土极易吸附在阴极即钕铁硼材料表面，改变了阴极界面的双电层结构，从而增大了阴极极化作用，提高了镀镍层的分散能力和深镀能力。
[0013](2)本发明把高度弥散的纳米二氧化硅加入电镀溶液中与镍共沉积。在电镀过程中，高度弥散的纳米二氧化硅的加`入，抑制了金属镍晶体沿着晶枝方向的长大，使新的晶核不断生成，从而形成了致密的金属镍镀层，大幅降低了镍镀层的孔隙率，提高了材料的防腐能力。
[0014](3)电镀镍溶液中同时添加了钇和纳米二氧化硅后，这两种物质具有较好的协同作用，促使获得的镍镀层不仅结晶细致，孔隙率极低，而且改善了镀镍溶液的分散能力，提高了不同电流密度处镀层厚度分布的均匀性，有效地提高了镀镍层的耐腐蚀能力。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
[0016]在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0017]实施例1:
一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以I升电镀镍溶液计，配方为:
NiSO4.6H20350g/L,
NiCl2.6H2080g/L,
H3BO355g/L,
硫酸乾4g/L ,
纳米二氧化硅2g/L，纯水余量。
[0018]按如下步骤配制钕铁硼材料电镀镍溶液:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用浓度为20%w/v的氢氧化钠溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值至5.5 ;
(5)把配方中的硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
[0019]按如下方法把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体工件在电镀镍溶液中电镀:
电镀前，先用浓度为20% w/v的氢氧化钠溶液调节电镀镍溶液的pH值至5.5 ;然后将
电镀镍溶液加热至60°C，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体(钕铁硼磁体工件尺寸规格为30mmX IOmmX IOmm)浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属镍作为阳极,搅拌:空气搅拌，通入直流电，阴极电流密度:6A/dm2，电镀时间:10分钟，获得镀层。
[0020]实施例2
一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以I升电镀镍溶液计，配方为:
NiSO4.6H20300g/L,
NiCl2.6H2060g/L,
H3BO355g/L,
硫酸乾2g/L,
纳米二氧化硅2g/L，
纯水余量。
[0021]按如下步骤配制钕铁硼材料电镀镍溶液:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用浓度为15%w/v的氢氧化钠溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值至5.0 ;
(5)把配方中的硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
[0022]按如下方法把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体工件在电镀镍溶液中电镀:
电镀前，先用浓度为15% w/v的氢氧化钠溶液调节电镀镍溶液的pH值至5.0 ;然后将
电镀镍溶液加热至55°C，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体(钕铁硼磁体工件尺寸规格为30mmX IOmmX IOmm)浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属镍作为阳极，搅拌:阴极移动，通入直流电，阴极电流密度:4A/dm2，电镀时间:15分钟，获得镀层。
[0023]实施例3
一种钕铁硼材料电镀镍溶液， 以I升电镀镍溶液计，配方为:
NiSO4.6H20280g/L,
NiCl2.6H2060g/L,H3BO345g/L,
硫酸乾lg/L,
纳米二氧化硅lg/L，
纯水余量。 [0024]按如下步骤配制钕铁硼材料电镀镍溶液:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用浓度为10%w/v的氢氧化钠溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值至4.5 ;
(5)把配方中的硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
[0025]按如下方法把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体工件在电镀镍溶液中电镀:
电镀前，先用浓度为10% w/v的氢氧化钠溶液调节电镀镍溶液的pH值至4.5 ;然后将
电镀镍溶液加热至50°C，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体(钕铁硼磁体工件尺寸规格为30mmX IOmmX IOmm)浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属镍作为阳极，搅拌:阴极移动，通入直流电，阴极电流密度:2A/dm2，电镀时间:30分钟，获得镀层。
[0026]实施例4
一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以I升电镀镍溶液计，配方为:
NiSO4.6H20240g/L,
NiCl2.6H2040g/L,
H3BO345g/L,
硫酸乾lg/L,
纳米二氧化硅0.5g/L，
纯水余量。
[0027]按如下步骤配制钕铁硼材料电镀镍溶液:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用浓度为12%w/v的氢氧化钠溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值至4.5 ;
(5)把配方中的硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
[0028]按如下方法把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体工件在电镀镍溶液中电镀:
电镀前，先用浓度为12% w/v的氢氧化钠溶液调节电镀镍溶液的pH值至4.5 ;然后将电
镀镍溶液加热至50°C，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体(钕铁硼磁体工件尺寸规格为30mmX IOmmX IOmm)浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属镍作为阳极，搅拌:滚镀，通入直流电，阴极电流密度:lA/dm2，电镀时间:60分钟，获得镀层。
[0029]实施例5一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以I升电镀镍溶液计，配方为:
NiSO4.6H20160g/L,
NiCl2.6H2060g/L,
H3BO345g/L,
硫酸钇0.5g/L，
纳米二氧化硅0.lg/L，
纯水余量。
[0030]按如下步骤配制钕铁硼材料电镀镍溶液:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用浓度为10%w/v的氢氧化钠溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值至4.5 ;
(5)把配方中的硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅 拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
[0031]按如下方法把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体工件在电镀镍溶液中电镀:
电镀前，先用浓度为10% w/v的氢氧化钠溶液调节电镀镍溶液的pH值至4.5 ;然后将
电镀镍溶液加热至50 V，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体(钕铁硼磁体工件尺寸规格为30mmX IOmmX IOmm)浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属镍作为阳极,搅拌:空气搅拌，通入直流电，阴极电流密度:lA/dm2，电镀时间:60分钟，获得镀层。
[0032]实施例6
一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以I升电镀镍溶液计，配方为:
NiSO4.6H2080g/L,
NiCl2.6H2020g/L,
H3BO345g/L,
硫酸钇0.2g/L，
纳米二氧化硅0.lg/L,
纯水余量。
[0033]按如下步骤配制钕铁硼材料电镀镍溶液:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用浓度为8%w/v的氢氧化钠溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值至4.5 ;
(5)把配方中的硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
[0034]按如下方法把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体工件在电镀镍溶液中电镀:
电镀前，先用浓度为8% w/v的氢氧化钠溶液调节电镀镍溶液的pH值至4.5 ;然后将电
镀镍溶液加热至55°C，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体(钕铁硼磁体工件尺寸规格为30mmX IOmmX IOmm)浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属镍作为阳极，搅拌:空气搅拌，通入直流电，阴极电流密度:0.5A/dm2，电镀时间:120分钟，获得镀层。
[0035]实施例7
一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以I升电镀镍溶液计，配方为:
NiSO4.6H20120g/L,
NiCl2.6H2030g/L,
H3BO345g/L,
硫酸乾2g/L,
纳米二氧化硅0.lg/L,
纯水余量。
[0036]按如下步骤配制钕铁硼材料电镀镍溶液:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用浓度为10%w/v的氢`氧化钠溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值至4.5 ;
(5)把配方中的硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
[0037]按如下方法把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体工件在电镀镍溶液中电镀:
电镀前，先用浓度为10% w/v的氢氧化钠溶液调节电镀镍溶液的pH值至4.5 ;然后将
电镀镍溶液加热至50 V，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体(钕铁硼磁体工件尺寸规格为30mmX IOmmX IOmm)浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属镍作为阳极,搅拌:空气搅拌，通入直流电，阴极电流密度:lA/dm2，电镀时间:60分钟，获得镀层。
[0038]实施例8
一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以I升电镀镍溶液计，配方为:
NiSO4.6H20260g/L,
NiCl2.6H2040g/L,
H3BO350g/L,
硫酸乾0.lg/L,
纳米二氧化硅0.5g/L，
纯水余量。
[0039]按如下步骤配制钕铁硼材料电镀镍溶液:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用浓度为5%w/v的氢氧化钠溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值至4.2 ;
(5)把配方中的硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。[0040]按如下方法把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体工件在电镀镍溶液中电镀:
电镀前，先用浓度为5% w/v的氢氧化钠溶液调节电镀镍溶液的pH值至4.2 ;然后将电
镀镍溶液加热至50°C，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体(钕铁硼磁体工件尺寸规格为30mmX IOmmX IOmm)浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属镍作为阳极，搅拌:滚镀，通入直流电，阴极电流密度:lA/dm2，电镀时间:60分钟，获得镀层。
[0041]实施例9
一种钕铁硼材料电镀镍溶液，以I升电镀镍溶液计，配方为:
NiSO4.6H20250g/L,
NiCl2.6H2040g/L,
H3BO350g/L,
硫酸乾lg/L,
纳米二氧化硅0.05g/L,
纯水余量。 [0042]按如下步骤配制钕铁硼材料电镀镍溶液:
(1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解；
(2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解；
(3 )把步骤(2 )得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀；
(4)用浓度为5%w/v的氢氧化钠溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值至4.0 ;
(5)把配方中的硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀；
(6)加纯水至规定体积并搅拌均匀；
(7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
[0043]按如下方法把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体工件在电镀镍溶液中电镀:
电镀前，先用浓度为5% w/v的氢氧化钠溶液调节电镀镍溶液的pH值至4.0 ;然后将电
镀镍溶液加热至50°C，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体(钕铁硼磁体工件尺寸规格为30mmX IOmmX 10mm)浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属镍作为阳极，搅拌:阴极移动，通入直流电，阴极电流密度:2A/dm2，电镀时间:30分钟，获得镀层。
[0044]上述各实施例获得的镀层厚度平均约为12微米，参考标准GB/T17721-99中规定的孔隙率试验进行测试，镀层孔隙率很低；参照标准GB/T10125-1997进行腐蚀性试验，耐中性盐雾至少可达120小时以上；参照标准GB/T13744-92进行镍电镀层厚度的测量，上下面和垂直面镀层厚度差值明显减小。
[0045]以本发明提供的电镀镍工艺和常规的电镀镍工艺，在钕铁硼工件的表面各制备平均约12微米厚的镍镀层，分别参考标准GB/T17721-99中规定的孔隙率试验，标准GB/T10125-1997规定的腐蚀性试验，以及标准GB/T13744-92规定的镍镀层厚度的测量，进行上下面和垂直面镀层厚度测试，所得结果如表1、表2所示。
[0046]比较例1:
钕铁硼工件尺寸规格为30mmX IOmmX 10mm,密度为7.38g/cm3。
[0047]表1
— I孔隙率 I耐中性盐雾I镀层厚度差值-
常规工艺4个点/cm2 24h_10微米
本发明 |2个点/cm2 |l20h|6微米比较例2:
钕铁硼工件尺寸规格为Φ12Χ3πιπι，密度为7.45g/cm3。
[0048]表2
【权利要求】
1.一种钕铁硼材料电镀镍溶液，其特征在于，以I升电镀镍溶液计，其中含硫酸镍80-350g,氯化镍20-80g，硼酸30_55g，硫酸钇0.l_5g，纳米二氧化硅0.04_2g，其余为纯水。
2.一种如权利要求1所述的钕铁硼材料电镀镍溶液的配制方法，其特征在于，所述的配制方法包括如下步骤: (1)把配方中的硫酸镍、氯化镍一起加水溶解； (2)把配方中的硼酸加入沸水中，充分溶解； (3)把步骤(2)得到的溶液倒入步骤(1)得到的溶液中，搅拌均匀； (4)用碱溶液调节步骤(3)得到的溶液pH值为4.0~5.5 ; (5)把硫酸钇和纳米二氧化硅加入步骤(4)得到的溶液中，溶解搅拌均匀； (6)加纯水至规定体积并搅拌均匀； (7)过滤，得到所需的钕铁硼材料电镀镍溶液。
3.根据权利要求2所述的一种钕铁硼材料电镀镍溶液的配制方法，其特征在于，所述的碱溶液为浓度5%-20% w/v的氢氧化钠溶液。
4.一种如权利要求1所述的钕铁硼材料电镀镍溶液的使用方法，其特征在于，所述的使用方法包括:在电镀前，先用碱溶液调节电镀镍溶液的PH值至4.0~5.5 ;然后将电镀镍溶液加热至40-60°C，并保持恒温，把经除油和酸洗过的钕铁硼磁体浸入电镀镍溶液中作为阴极，以金属作为阳极，通入直流电，即可获得镀层。
5.根据权利要求4所述的一种钕铁硼材料电镀镍溶液的使用方法，其特征在于，所述的碱溶液为5%-20% w/v的氢氧化钠溶液。
6.根据权利要求4所述的一种钕铁硼材料电镀镍溶液的使用方法，其特征在于，所述的阳极采用金属镍。
【文档编号】C25D3/12GK103668350SQ201210350185
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】徐卫红, 张新龙, 张友平 申请人:横店集团东磁股份有限公司