专利名称：钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钕铁硼材料镀层方法，尤其涉及一种采用镀液中具有纳米粉末的钕 铁硼材料镀层方法。
背景技术：
钕铁硼永磁材料自1983年问世以来，以其优异的磁性能、较高的性价比，迅速应 用于各个工业领域。但是，由于稀土元素钕标准氧化还原电位-2.431V，极易被氧化。 加速了其腐蚀过程，从而严重的影响了磁体的磁性能。因此NdFeB永磁体存在着耐蚀 性能差的缺点，严重的影响着它在各方面的应用。提高其耐蚀性已成为当今NdFeB永 磁材料及产品制造与开发中的关键技术之一。
目前国内常见的工业规模的钕铁硼表面防护处理方法为电镀和化学镀，物理气相沉 积等方法。其中电镀对设备要求不高，工艺条件较容易满足，成膜速度快，价格便宜， 易于大批量生产的优点而在工业界得到了广泛的应用。
目前，电镀镍因耐高温、抗氧化、耐蚀性好等优点而备受青睐。但是，镀镍层的标 准平衡电位为-0.25￥，相对于钕铁硼来说是阴极性镀层，只有在镀层完整无缺时，才能 对基体起到机械保护的作用。参见《材料保护》第35巻第3期中《烧结型钕铁硼电镀 镍工艺》 一文，公开了几种常规的电镀镍方案，取得了一定的效果，但还可以做更大的 改进，以提高产品的各项性能，类似的还可以参考《材料保护》第36巻第6期中《钕 铁硼永磁体表面镀镍工艺研究》 一文。
近几年来，许多科学家对纳米材料包括纳米复合涂层产生了极大的兴趣。纳米复合 镀技术就是在传统的电镀基础上发展起来的一种表面处理技术。通过在溶液中加入纳米 粉，用电化学沉积的方法制备纳米复合涂层，从而具有沉积的金属和惰性微粒双重性能 的复合涂层。例如，在钢铁上共沉积Ni和Al203纳米粒子，得到的Ni/Al203复合镀层 不但提高了磨损力、耐高温和抗氧化性，还明显地改善了其耐腐蚀性能。
也有在钕铁硼永磁体上电镀纳米复合涂层可以使其性能更加优异，参考公开号为 CN1924110A，发明名称为《一种用于Nd-Fe-B材料防腐的金属基纳米复合电镀方法》， 该申请在半光镀镍中添加了纳米添加剂以提髙材料的耐腐蚀性能。由于该专利直接进行 复合镀，会影响基体与镀层的结合力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而另外提供一种钕铁硼材料纳 米复合镀层制备方法，该方法通过前后两次不同的施镀，以确保所得钕铁硼材料具有较 高的硬度、较好的耐蚀和耐磨性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为钕铁硼材料纳米复合镀层制备方 法，其特征在于包括如下步骤
① 样品表面的预处理；
② 分别配置基础镀液和复合纳米镀液，复合纳米镀液制备是将基础镀液、纳米粉 末及分散剂混合后经过搅拌和球磨制得；
③ 封孔施镀取预处理完毕的样品在基础镀液中施镀；
④ 纳米施镀取封孔施镀完毕的样品在复合纳米镀液中且保证纳米粉末始终处于 良好分散的状态下施镀。
步骤②中所述的基础镀液可以是Watts镀液。也可以采用现有技术中提到的几种基
础镀液来配置。
作为优选，步骤②中所述复合纳米镀液制备具体如下将基础镀液、纳米粉末及
分散剂放入高速磁力搅拌机，搅拌速度为500~2500rpm，搅拌时间为5~30分钟，球磨
采用行星式球磨，球磨时间4 10小时。
作为优选，步骤②中所述纳米粉末其粒度为20 100纳米，且选自至少以下一种
纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化锆。
作为优选，步骤②中所述纳米粉末在复合纳米镀液中质量浓度为10 100g/L。 作为优选，步骤②中所述分散剂重量为纳米粉末重量的2% 20%，且选自至少以
下一种改性的聚丙烯酸、多聚磷酸盐、聚有机羧酸盐、改性合成脂肪酸胺、聚氨酯聚
合物、改性聚醚。
作为优选，步骤③中所述封孔施镀时间为5 30分钟，步骤④中所述的纳米施镀搅 拌状态下施镀30 120分钟。
步骤①具体可以包括滚光、碱浸、除锈、微蚀和表面调整。
与现有技术相比，本发明的优点在于釆用两步施镀法，首先以传统镀液施镀，有 利于减少镀层的孔隙率，提高基层与镀层的结合力，而之后的以纳米复合镀液施镀，有 利于提高复合镀层的耐蚀和耐磨性能；整体工艺步骤少，易于控制，制备稳定，溶液成
分简单，对环境造成污染少；纳米粉末镀层中分散均匀、稳定性好、含量高。
具体实施例方式
以下结合附图
实施例对本发明作进一步详细描述。实施例本实施例以烧结的钕铁硼永磁体(牌号为35M)，圆环状、外径为9mm， 内径为4mm，厚度为2mm，具体通过如下步骤处理
① 样品表面的预处理包括滚光、碱浸、除锈、微蚀和表面调整；
② 分别配置基础镀液和复合纳米镀液，复合纳米镀液制备是将基础镀液、纳米粉末 及分散剂混合后经过搅拌和球磨制得；
③ 封孔施镀取预处理完毕的样品在基础镀液中施镀，封孔施镀时间为5 30分钟， 优选20分钟，使基体被镍层完全包裹为止；
④ 纳米施镀取封孔施镀完毕的样品在复合纳米镀液中且保证纳米粉末始终处于良 好分散的状态下施镀，如在溶液均匀状态下进行施渡，纳米施镀机械搅拌状态下施镀 30 120分钟，优选40分钟，搅拌速度为100 1000rpm，优选为300rpm。
⑤ 后处理取纳米施镀后的样品用水冲洗干净，烘干，放入干燥器中待用。
滚光是指将样品放入盛有磨料和化学药品溶液的滚筒中，滚筒为聚四氟乙烯球磨
罐，放在转速500 1500rpm的球磨机上旋转4 12小时，使样品与磨料、样品与样品相 互摩擦。去除样品表面的氧化皮，调整样品表面的平整度，使样品平整且有光泽，特别 是棱角处平滑，均匀。水洗。
碱浸采用的是碳酸盐10 50g/L,氢氧化钠10 30g/L,磷酸三钠10 80g/L，硅酸钠 1 20g/L其中几种复配的水溶液，其洗涤温度在40 1000。C，时间为2 10分钟。除去表 面的油脂，超声水洗。
除锈是采用10~100mL/L的硝酸溶液来酸洗，室温下浸泡1~10分钟，然后进行超 声清洗。也可以采用现有技术中提到的几种较佳的溶液或其他方式除锈。
微蚀配置商用微蚀溶液50ml/L (杭州奥野公司提供的NDETCHANTK)，与超声 波共用，超声2分钟，水洗。
表面调整的配置商用磁性材料表面处理液100ml/L (杭州奥野公司提供的ND 150 CONDITIONED),浸泡2分钟，水洗。
步骤②中基础镀液为Watts镀液。具体配置过程如下称取280 g/L的硫酸镍，45g/L 的氯化镍，加入适量的蒸馏水，放在40 800。C的水浴中使其完全溶解。称取30 60g/L 的硼酸溶液，加入适量的蒸馏水，放在60 1000。C的水浴中使其完全溶解，然后把这三 种溶解好的溶液混合均匀，加入预先配制好的十二垸基硫酸钠0.01~0.08g/L，用氢氧化 钠调整pH值到4.0-5.0。也可以采用现有技术中提到的几种基础镀液来配置。
步骤②中所述复合纳米镀液制备具体如下将基础镀液、纳米粉末及分散剂放入高 速磁力搅拌机，搅拌速度为500 2500rpm，搅拌时间为5~30分钟，球磨采用行星式球 磨，球磨时间4 10小时。其中，纳米粉末其粒度为20~100纳米，纳米粉末可以是无机 纳米粉末，具体可选自至少以下一种纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化锆，纳米粉 末在复合纳米镀液中质量浓度为10~100g/L。分散剂重量为纳米粉末重量的2%~20%，且选自至少以下一种改性的聚丙烯酸、多聚磷酸盐、聚有机羧酸盐、改性合成脂肪酸 胺、聚氨酯聚合物、改性聚醚。分散剂采用专门用于制备水性纳米粒子的分散剂，来自 于德国迪高(Tego)公司，其重量是纳米粉重量的2%~20%。
较好的分散剂是德国迪高(Tego)公司的Dispers715W 、 Dispers740W。本实施例 中采用优选的40纳米的氧化铝40g/L于复合镀液中，分散剂重量为纳米粉末重量的5%。
所得产品镀层中纳米氧化铝的复合重量为15.6% ，在3.5 %的氯化钠溶液中浸泡400 小时后样品表面完好无损。镀层的显微硬度平均值达到700Hv。
对比复合镀层与现有的纯镍镀层的磨损率可以看出，Ni/Al203复合镀层的磨损率要 小于纯镍镀层的磨损率，即Ni/Al203复合镀层的耐磨性要优于纯镍镀层。
权利要求
1、一种钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于包括如下步骤①样品表面的预处理；②分别配置基础镀液和复合纳米镀液，复合纳米镀液制备是将基础镀液、纳米粉末及分散剂混合后经过搅拌和球磨制得；③封孔施镀取预处理完毕的样品在基础镀液中施镀；④纳米施镀取封孔施镀完毕的样品在复合纳米镀液中施镀。
2、 根据权利要求1所述的钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于步骤②中所述的基础镀液为Watts镀液。
3、 根据权利要求1所述的钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于歩骤②中所述复合纳米镀液制备具体如下将基础镀液、纳米粉末及分散剂放入高速磁力搅拌机，搅拌速度为500 2500rpm，搅拌时间为5~30分钟，球磨采用行星式球磨，球磨时间4~10小时。
4、 根据权利要求1所述的钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于步骤②中所述纳米粉末其粒度为20-100纳米，且选自至少以下一种纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化锆。
5、 根据权利要求1所述的钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于步骤②中所述纳米粉末在复合纳米镀液中质量浓度为10~100g/L。
6、 根据权利要求1所述的钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于步骤②中所述分散剂重量为纳米粉末重量的2%~20%，且选自至少以下一种改性的聚丙烯酸、多聚磷酸盐、聚有机羧酸盐、改性合成脂肪酸胺、聚氨酯聚合物、改性聚醚。
7、 根据权利要求1所述的钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于步骤③中所述封孔施镀时间为5 30分钟。
8、 根据权利要求1所述的钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于步骤④中所述的纳米施镀搅拌状态下施镀30 120分钟。
9、 根据权利要求1所述的钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于步骤①包括滚光、碱浸、除锈、微蚀和表面调整。
全文摘要
一种钕铁硼材料纳米复合镀层制备方法，其特征在于包括如下步骤①样品表面的预处理；②分别配置基础镀液和复合纳米镀液，复合纳米镀液制备是将基础镀液、纳米粉末及分散剂混合后经过搅拌和球磨制得；③封孔施镀取预处理完毕的样品在基础镀液中施镀；④纳米施镀取封孔施镀完毕的样品在复合纳米镀液中且保证纳米粉末始终处于良好分散的状态下施镀。与现有技术相比，本发明的优点在于采用两步施镀法，首先以传统镀液施镀，有利于减少镀层的孔隙率，提高基层与镀层的结合力，而之后的以纳米复合镀液施镀，有利于提高复合镀层的耐蚀和耐磨性能。
文档编号C25D15/00GK101492830SQ20081005937
公开日2009年7月29日 申请日期2008年1月25日 优先权日2008年1月25日
发明者宋振纶, 惠 张 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所