钕铁硼镀层与基体的结合力差，是曾经困扰钕铁硼电镀的几大难题之一，虽然经过多年的发展这个问题已得到较大程度的解决，但生产中这样的问题总会或多或少地存在，有时甚至还挺严重，所以有必要拿出来说一说。俗话说，“世上无常事，但凡有因果”，没错，钕铁硼镀层结合力也不例外，其“差”做为“果”必有其“因”，而且可能还是“多因”。那么，都是哪些因素在影响钕铁硼镀层的结合力呢?相对于普通钢件，钕铁硼材质表面有如下特殊的物理和化学性质：(1)表面粗糙、疏松多孔(物理性质);(2)化学活性极强(化学性质)，可以说，影响钕铁硼镀层结合力的诸多因素均直接与这两条性质有关。 1、镀前处理 金属制品的镀前处理应做到使其表面洁净、无油污、无锈蚀，否则将难以获得结合力良好的镀层。相对于普通钢件，钕铁硼产品的镀前处理难度要大一些，原因在于其粗糙、疏松多孔的表面容易“藏污纳垢”，若不将这些“污垢”彻底清除干净，则会对钕铁硼镀层与基体的结合力造成不利影响。早些年，钕铁硼镀层结合力不良很大程度上因镀前处理不当(或不到位)而造成。目前，钕铁硼镀前处理一般采用多道超声波清洗，因为超声波的空化作用利于使钕铁硼微孔内的油污、酸碱等物质得到彻底清除，否则会因微孔内的“污垢”清洗不净影响镀前处理质量，影响镀层结合力，这一点十分重要。另外，超声波清洗还利于清除钕铁硼在酸洗时表面产生的硼灰，进一步消除结合力隐患。钕铁硼采用超声波清洗有以下几点注意事项。 (1)清洗道数 一般，至少除油后和酸洗后各采用一道超声波水洗是必须的。如果在活化后再增加一道超声水洗，则零件微孔中残留的活化酸性物质能够被彻底清除掉，这样清洗效果更有保证。除油工序很多情况下不使用超声，但如果是高品位磁铁，也可以增加一道超声，以加强除油效果。 (2)清洗方式 镀前处理若采用自动/半自动滚筒生产线，应注意滚筒不能太大，滚筒开孔率要高，否则线上的多道超声波清洗效果会打折扣，则影响镀层结合力。目前生产中多以手工生产线为主，这样虽然工人劳动强度大一点，但利于超声波空化效应的有效发挥，清洗更彻底，质量更有保证。一般，用塑料网兜分装少量零件在浅槽平底的超声波清洗机内手工操作，或稍大的零件可直接摆放在清洗槽底板进行清洗，效果更佳。 (3)超声波功率密度 超声波功率密度指超声波清洗机的发射功率(w)/发射面积(cm2),比如，某超声波清洗机功率1000w，其处理槽底面积50×50cm=2500cm2，则其功率密度为1000w/2500cm2=0.4w/cm2。超声波功率密度应达到一定值才能产生有效的空化效应，过小则清洗能力低，清洗效果不佳，从而影响镀层结合力。一般，机械加工行业清洗用超声波功率密度约0.5～0.8 w/cm2，而用体积功率密度表述的话约为25w/L，意思是每升清洗液超声波的发射功率为25w。比如，某超声波清洗机使用清洗液容积为10L，则该超声波清洗机功率应不低于25w×10L=250w。而用于钕铁硼清洗的超声波功率密度约为0.6w/cm2，体积功率密度约为100w/L，低于此数值则可能因清洗不净而影响镀层结合力。 2、镀液 钕铁硼即使进行了严格的镀前处理，也难免不会受其他因素影响而造成镀层与基体的结合力不良。这是因为钕铁硼表面除疏松多孔外，还具有化学活性极强的性质，正是这个性质直接引起诸多因素对钕铁硼镀层结合力产生不同程度的影响。首先是镀液。广泛采用滚镀的钕铁硼零件在进入滚筒之后，埋在内层的化学活性极强的零件因(受混合周期影响)不能及时上镀，而会受到来自镀液的不同程度的氧化、腐蚀(考虑为化学腐蚀和电化学腐蚀的复合腐蚀)，则难免会造成镀层结合力不良。这种情况其他零件滚镀也会存在，比如黄铜件(若不打铜底)直接滚镀镍，由于受混合周期的影响，零件表面会产生置换层而影响镀层结合力。所以，选择一款对钕铁硼材质腐蚀较轻的镀液是必要的。 由于钕铁硼表面化学活性极强，则在预镀或直接镀时，强酸、强碱性溶液是绝对禁用的，否则零件可能被强烈腐蚀而报废。另外，由于钕铁硼表面疏松多孔，电流效率较低的强络合物镀液几乎无法上镀而不能使用。弱络合物镀液虽然可能获得结晶好的镀层，但因电流效率低(则不能快速上镀)存在置换隐患，镀层结合力难以保证。所以，钕铁硼预镀或直接镀基本只有弱酸性简单盐镀液可供选择。但由于钕铁硼表面化学活性极强，则即使采用弱酸性简单盐镀液，也难免会产生置换腐蚀或电池腐蚀，不过通过采取一系列措施后，目前尚能获得比较不错的效果。 钕铁硼滚镀基本为滚镀锌和滚镀镍，其他滚镀银、金、仿金等一般是在滚镀镍的基础上进行闪镀，所以同属于滚镀镍的范畴，则不再另外列出。滚镀锌一般采用氯化钾镀锌工艺，这种工艺在用于结合力要求较高的磁铁滚镀时，不能取得令人满意的效果，可能跟其溶液的电化学腐蚀强度相对较大有关。此时采用硫酸盐镀锌工艺打底，加厚仍采用氯化钾镀锌工艺，即“硫锌-钾锌”工艺组合，则可使其镀层结合力得到较大程度的改善。原因应该跟硫锌溶液对磁铁的腐蚀相对较轻有关。另外，由“硫锌-钾锌”组合延伸的工艺有“高浓度硫锌-低浓度硫锌”、一次性硫锌等，但不管哪种工艺或工艺组合，预镀或直接镀采用腐蚀较轻的硫锌工艺是改善镀层结合力的关键所在。 钕铁硼滚镀镍的镀层结合力主要取决于预镀镍。现在通用的钕铁硼预镀普遍采用暗镍(或半亮镍)工艺，但如果能够选用沉积速度更快(则对磁铁的腐蚀减轻)的镀镍工艺(如氨基磺酸盐镀镍)，则可以获得更好的镀层结合力。 3、滚筒 滚镀使用滚筒产生了混合周期，混合周期造成零件在进入滚筒后不能像挂镀那样快速上镀，主要表现为零件处于内层时电化学反应停止，重镀则需要从内层翻出到表层，如此反复镀速难以加快。上镀慢对普通钢件尚不算什么大问题，但对化学活性极强的钕铁硼却是比较“要命”的问题。因为钕铁硼零件在进入滚筒后，表面上镀快则氧化慢，镀层结合力好，反之则结合力差。所以，钕铁硼滚镀应使零件尽快上镀，表面覆盖一层电位较正的金属后氧化阻止，则镀层结合力提高。这种情况其他零件滚镀也会出现，比如锌合金零件滚镀柠檬酸镍预镀，因锌合金化学活性较强，也要求零件尽快上镀，否则难免产生置换而影响镀层结合力。那么，钕铁硼要求尽快上镀跟滚筒有什么关系呢? 关系大了。影响滚镀镀速的因素有两点：(1)零件的混合周期，(2)电流密度上限。第一，往期文章有述，零件的混合周期越短，滚镀的镀速就越快。所以，为使零件尽快上镀，钕铁硼使用的滚筒应具有尽量短的混合周期。而滚筒的混合周期受到滚筒尺寸、大小、转速等多种因素的影响。早些年，钕铁硼镀层结合力不良，抛开其他因素不说，跟使用的滚筒不合理有很大关系。可喜的是，近些年越来越多的人意识到这个问题，非常注意滚筒的混合周期，从而使尤其高要求磁铁的品质有了较大程度的提升。但遗憾的是，目前仍有人对此不以为然，认为搞电镀搞定镀液就OK，其他关系不大。殊不知镀液做为内因虽具有决定作用，而设备做为槽外控制的手段(外因)其能动作用也不可低估，这点尤其钕铁硼滚镀更为突显。 第二，往期文章有述，滚镀的结构缺陷之一是电流密度上限不易提高，则滚镀难以使用大的电流而影响镀速不能加快。改善措施之一是改善滚筒的透水性，使滚筒内尽量维持较高的主金属离子浓度，以使用大的电流密度上限(电流密度和电流效率两高)，加快镀速。相对于普通钢件，钕铁硼对镀速的要求更高，则尤其需要使用透水性好的滚筒。记得很多年前曾有人有过此疑问，他说他在某国看到差不多大小的钕铁硼滚筒电流开得很大，而他的滚筒电流很小，不知何故?其实原因很简单，抛开镀液的因素不说，滚筒透水性好是必须的。钕铁硼滚筒透水性好，利于使用大的电流密度上限，则上镀快，镀层结合力好。另外，上镀快不仅可防止基体氧化，也可减少磁铁表面的微孔吸氢，从而利于提高镀层结合力。 4、电流波形 电流波形对钕铁硼镀层结合力的影响主要表现在预镀或直接镀上。因钕铁硼材质化学活性极强，在预镀或直接镀时如果电流脉动成分太大，可能在电流间歇时表面发生氧化，给镀层结合力带来隐患。这点和镀铬很相似，因铬的钝化性极强，镀铬的电流脉动成分太大同样得不到合格的镀层。所以，钕铁硼预镀或直接镀宜选用纹波系数小的电镀电源。早些年，曾很多次发生因电流波形造成的镀层结合力事故，比如，滚镀底镍出槽镀层即大面积“起泡”，前处理、镀液等翻了个“底朝天”也无济于事，更换纹波系数小的电源后故障立马消除。此等教训不可谓不深刻，甚至现在这种事情仍时有发生，所以相关人员应引起足够的重视。而打好底后像普通钢件滚镀那样选用电流波形即可。关于电流波形对钕铁硼电镀质量的影响会在后期文章中详述。 5、上镀前诸多操作 因钕铁硼材质化学活性极强，零件表面会在前处理后与上镀前这段时间(因接触空气中的氧或镀液)发生氧化，所以要求诸多操作应与普通钢件有所不同。 (1)前处理后与入槽电镀前的操作速度要快，即所谓的“入槽快”，慢的话氧化程度大，镀层结合力差; (2)滚筒带电入槽，可使零件尽快上镀，以减轻滚筒内零件在骤入镀液时产生的表面氧化，从而提高镀层结合力; (3)使用大的冲击电流(与滚筒带电入槽道理类似)。 6、双性电极 钕铁硼滚镀生产多采用“一槽多筒”的形式(如“一拖四”四头机)，当某只装载零件的滚筒在不带电的情况下入槽时，会因其他滚筒正在运行而产生双性电极现象，则零件上有电流流出的一面发生阳极反应而氧化，因此给镀层结合力带来隐患。而如果采用“单槽单筒”形式生产，因不具备形成条件则无法产生双性电极现象。类似的情况在普通钢件滚镀双层镍时也会发生，现象为两层镍间结合力差而起皮。这种情况因较隐蔽容易被忽视，希望相关人士引起注意。 7、吸附氢的影响 钕铁硼材质组织疏松，在镀前处理的酸洗和施镀过程中，不可避免地会有一定的吸附氢(在析氢反应时产生)进入基体表面的微孔内，则过后可能造成镀层起泡、开裂等。为此有以下几点注意事项。 ①有诸如密度小、失重大、粉粒不均匀、表面裂纹等材料缺陷的产品(基体易吸氢)，不宜施镀，否则电镀加工做得再完美，镀层结合力也不易保证。 ②倒角务使零件表面平整、光滑、无锐边锐角，且边角达到规定的圆润度，否则粗糙的表面易吸氢。 ③若使用电解除油，切忌阴极除油，防止吸氢。 ④酸洗时应尽量使用缓蚀剂，或使用具有缓蚀作用的酸洗液，防止容易过腐蚀的钕铁硼零件表面吸氢。 ⑤预镀或直接镀尽量使用电流效率高的镀液，减少吸氢。 影响钕铁硼镀层结合力的因素很多，文中仅列出目前来看相对重要的几项，其他因素也一定还有，比如磁体与镀层的热胀冷缩关系、硼灰的影响等，容待以后慢慢补充。 |
