NdFeB永磁体化学镀Ni-Cu-P合金的研究

王憨鹰， 李成荣， 李增生， 陈焕铭

（1.榆林学院 能源工程学院，陕西 榆林719000；2.宁夏大学 物理电气信息学院，宁夏 银川 750021）

NdFeB永磁体化学镀Ni-Cu-P合金的研究

王憨鹰1， 李成荣1， 李增生1， 陈焕铭2

（1.榆林学院 能源工程学院，陕西 榆林719000；2.宁夏大学 物理电气信息学院，宁夏 银川 750021）

在NdFeB永磁体表面化学镀Ni-Cu-P合金镀层，研究了镀液配方对镀层性能的影响。结果表明：镀层表面形貌呈致密的胞状结构，Ni，Cu，P元素分布均匀；随着镀层中Cu和P的质量分数的变化，镀层结构分别由晶态、混晶态和非晶态组成；晶态镀层的硬度最高、结合力最好，非晶态镀层的耐蚀性最好。

化学镀；Ni-Cu-P合金；NdFeB永磁体

0 前言

NdFeB永磁体具有饱和磁化强度和矫顽力高、磁能积大、机械性能好等优点，目前已在许多领域中得到广泛的应用［1－3］。但NdFeB永磁体存在耐蚀性差的缺点。工业上对NdFeB永磁体的防腐主要是在其表面化学镀Ni-P合金镀层，但Ni-P合金镀层容易出现鼓泡、脱落等现象［4－5］。化学镀非晶态Ni-Cu-P合金镀层具有硬度高、稳定性强、耐蚀性及耐磨性好等特点，可成为NdFeB永磁体防护的一种重要手段［6－7］。

1 实验

1.1 实验材料

实验所用的基体材料为NdFeB烧结永磁体，其主要成分的质量分数为：Fe 66%，Nd 33%，B 1%。试样规格为20mm×10mm×10mm。

1.2 工艺流程

1.3 主要工序说明

（1）试样打磨

将试样分别用100＃，200＃，400＃，600＃，800＃的砂纸打磨。

（2）封孔

将硬脂酸锌加热至150～160℃，使其呈熔融状态，然后放入试样，加压浸渍，经一定时间后取出。

（3）化学除油

NaOH 10g／L，Na3PO4·12H2O 70g／L，Na2CO350g／L，pH 值9～10，80℃，3～5min。

（4）酸洗

质量分数为10%的 HNO340mL／L，硫脲1mg／L，pH值4～5，室温，20～30s。

（5）活化

磺基水杨酸20～25g／L，氟化氢铵10～15 g／L，室温，30～40s。

1.4 镀液配方及工艺条件

配方1：硫酸镍25g／L，硫酸铜0.2g／L，次磷酸钠20g／L，柠檬酸钠48g／L，硫酸铵50g／L，稳定剂 微量，光亮剂 微量，pH值9～10，80℃，1h。所得镀层用镀层1表示。

配方2：硫酸镍25g／L，硫酸铜0.4g／L，次磷酸钠35g／L，柠檬酸钠48g／L，硫酸铵50g／L，稳定剂 微量，光亮剂 微量，pH值9～10，80℃，1h。所得镀层用镀层2表示。

配方3：硫酸镍25g／L，硫酸铜0.6g／L，次磷酸钠30g／L，柠檬酸钠48g／L，硫酸铵50g／L，稳定剂 微量，光亮剂 微量，pH值9～10，80℃，1h。所得镀层用镀层3表示。

配方4：硫酸镍25g／L，硫酸铜0.8g／L，次磷酸钠20g／L，柠檬酸钠48g／L，硫酸铵50g／L，稳定剂 微量，光亮剂 微量，pH值9～10，80℃，1h。所得镀层用镀层4表示。

配方5：硫酸镍25g／L，硫酸铜1.0g／L，次磷酸钠20g／L，柠檬酸钠48g／L，硫酸铵50g／L，稳定剂 微量，光亮剂 微量，pH值9～10，80℃，1h。所得镀层用镀层5表示。

配方6：硫酸镍25g／L，硫酸铜1.2g／L，次磷酸钠35g／L，柠檬酸钠48g／L，硫酸铵50g／L，稳定剂 微量，光亮剂 微量，pH值9～10，80℃，1h。所得镀层用镀层6表示。

1.5 性能测试

采用SSX-550型扫描电子显微镜观察镀层的表面形貌。采用D／MAX 2200PC型X射线衍射仪分析镀层的结构。

2 结果与讨论

2.1 表面形貌

图1为基体的表面形貌。由图1可知：在基体表面存在许多划痕，这些划痕是用砂纸打磨试样时留下的。

图1 基体的表面形貌

图2 硫酸铜的质量浓度对镀层表面形貌的影响

图2为硫酸铜的质量浓度对镀层表面形貌的影响。由图2可知：硫酸铜的质量浓度为0.2g／L时，镀层表面为均匀、致密的胞状结构，胞状物的平均尺寸约为0.5μm；硫酸铜的质量浓度为0.4g／L时，镀层表面较为光滑、平整，表面分布有少量尺寸为10～30μm的胞状物；硫酸铜的质量浓度分别为0.6 g／L，0.8g／L和1.0g／L时，镀层表面均匀、致密，胞状物的平均尺寸更加细小，分别为0.1μm，0.25 μm和0.3μm；硫酸铜的质量浓度为1.2g／L时，镀层表面光滑、致密，表面分布有较多平均尺寸约为3 μm的胞状物。在施镀后期，随着形核率的增加，镀层表面出现较多中等尺寸的胞状物，这可能是由于镀液中Cu2＋的质量浓度过高，不能完全被配位而在镀层表面置换析出所致。

2.2 结构及成分

六种镀层的XRD谱图，如图3所示。由图3可知：镀层1的衍射图中出现了Ni（111）和（200）两个主峰，且强度较高，表明镀层1为晶态结构的Ni固溶体（含Cu和P元素）；镀层2的衍射图中出现了“馒头”状的衍射峰，表明镀层2为典型的非晶态结构；镀层3，镀层4，镀层5和镀层6既不是完全的非晶态也不是完全的晶态，而是由非晶相和晶相组成的“微晶”结构，称之为“混晶态”。

图3 镀层的XRD谱图

由镀层的XRD谱图还可以发现：非晶态结构和混晶态结构镀层的衍射图中，只有Ni的（111）面所对应的衍射峰表现得较为明显；晶态镀层的衍射图中，也只出现了Ni（111）和（200）两个衍射峰，而磷和铜的衍射峰都没出现，这说明磷和铜两种元素均是固溶在面心立方结构的镍晶格中。此外，衍射图中没有出现基体的衍射峰，说明得到了完整的Ni-Cu-P合金镀层。

六种镀层的成分分析结果，如表1所示。由表1可知：对于化学镀Ni-Cu-P合金镀层而言，镀层结构从非晶态—混晶态—晶态转变时，镀层中磷的质量分数呈递减的规律。磷的质量分数较低时，可获得晶态镀层；磷的质量分数较高时，易获得非晶态镀层。

表1 镀层成分

2.3 硬度

镀层的硬度随着镀层结构的变化而变化。实验发现：晶态镀层中磷的质量分数最低，但硬度最高，为7 834MPa；非晶态镀层中磷的质量分数最高，但硬度最低，为4 892MPa。可见，影响镀层硬度的主要因素是镀层结构。

2.4 耐蚀性

图4为硫酸铜的质量浓度对镀层耐蚀性的影响。由图4可知：硫酸铜的质量浓度为0.4g／L时，镀层的耐蚀性最好；硫酸铜的质量浓度为0.2g／L时，镀层的耐蚀性最差。由于镀层2为非晶态结构，而镀层1为晶态结构。由此可得：非晶态镀层的耐蚀性最好，而晶态镀层的耐蚀性较差。硫酸铜的质量浓度过低或过高都会使镀层的耐蚀性下降。

图4 镀层腐蚀失重曲线

2.5 结合力

根据 GB／T 5270-85和 GB／T 13913-92，采用划痕实验测试镀层的结合力。实验结果表明：晶态镀层的结合力最好，而非晶态镀层的结合力最差。可见，影响镀层结合力的主要因素是镀层结构。

3 结论

（1）镀层表面形貌呈致密的胞状结构，Ni，Cu，P元素分布均匀。

（2）随着镀层中Cu和P的质量分数的变化，镀层结构分别由晶态、混晶态和非晶态组成。

（3）晶态镀层的硬度最高、结合力最好，非晶态镀层的耐蚀性最好。

［1］ 张守民，周永洽.NdFeB磁体防腐蚀研究［J］.材料保护，1999，32（9）：28-30.

［2］ 张小星.烧结NdFeB永磁体化学镀防腐研究［D］.杭州：浙江大学，2005.

［3］ 胡建文，马静，刁美艳，等.钕铁硼烧结永磁体复合化学镀工艺的研究［J］.材料保护，2004，37（9）：25-26.

［4］ Wang Y W，Xiao C G，Deng Z G.Structure and corrosion resistance of electroless Ni-Cu-P［J］.Plating and Surface Finishing，1992，79（3）：57-59.

［5］ Balaraju J N，Anandan C，Rajam K S.Morphological study of ternary Ni-Cu-P alloys by atomic force microscopy［J］.Applied Surface Science，2005，195（1）：88-97.

［6］ 袁定胜，刘应亮，李颖.金刚石化学镀Cu-Ni-P工艺的研究［J］.材料保护，2005，38（6）：33-37.

［7］ 叶栩青，罗守福.化学镀 Ni-Cu-P合金工艺研究［J］.腐蚀与防护，2000，21（3）：126-128.

A Study of Electroless Ni-Cu-P Alloy Plating on NdFeB Permanent Magnets

WANG Han-ying1， LI Cheng-rong1， LI Zeng-sheng1， CHEN Huan-ming2

（1.College of Energy Engineering，Yulin University，Yulin 719000，China；2.School of Physics Electrical Information Engineering，Ningxia University，Yinchuan 750021，China）

An electroless Ni-Cu-P coating was plated on the surface of NdFeB permanent magnet.The effects of bath formula on the properties of the coating were investigated.The results show that the surface morphology of the coating presents a compact cell structure with Ni，Cu，P elements evenly distributed.With the changing of Cu and P mass fraction，the coating structure consists of crystalline，mixed crystalline and amorphous states respectively.The crystalline coating has the highest hardness and best bonding strength，and the corrosion resistance of the amorphous coating is best.

electroless plating；Ni-Cu-P alloy；NdFeB permanent magnet

TQ 153

A

1000-4742（2012）04-0024-03

陕西省教育厅专项计划科研项目（112H062）

2011-03-31