钕铁硼永磁材料表面防护技术探讨

齐丽君 邓文宇 段永利 惠鑫 孙野

摘 要：本文围绕钕铁硼永磁材料表面防护的相关议题进行了探讨，概述了钕铁硼（NdFeB）的腐蚀机理，论述了NdFeB永磁材料表面防护处理技术，旨在不断提升NdFeB永磁材料的生产工艺技术水平，提高产品性能。

关键词：钕铁硼 表面防护

1、引言

钕铁硼（NdFeB）是磁性材料的一种，由于具有优异的磁性被称为“磁王”，广泛应用于机械制造业、家电产业、包装产业以及航空航天业等。该磁性材料的质地硬而脆，表面容易被氧化腐蚀，因此必须通过对NdFeB材料表面进行防护处理才能使其性能优化，更好地满足市场消费者的应用需求。对于NdFeB表面防护技术的研究也成为生产行业越来越关注的内容。

2、NdFeB 的腐蚀机理

NdFeB永磁材料主要有三相构成，分别为主Nd2Fe14B相，富B相以及富Nd相。由于三相在相互接触的过程中会引发电化学反应，因此一旦构成腐蚀电池就会导致各相晶体间的腐蚀现象。腐蚀现象的发生离不开特定的环境条件，归纳起来主要有三种：分别为暖湿环境、高温环境以及电化学环境。

暖湿环境通常湿度为50%～75%，θ为30℃～50℃，此时NdFeB永磁材料表层的富Nd相将与外界空气中的水蒸气发生化学反应Nd+3H2O→Nd（OH）3+3H，高能H会继续与富Nd相发生反应Nd+3H→NdH3，随着反应的不断发生，富Nd相物质的量逐渐减少，同时由于生成的NdH3体积增大，导致晶界的体积相应增大，继而引发晶界应力，使NdFeB不仅被腐蚀，同时也极容易断裂或粉化。

高温环境指的是温度高于150℃的环境，在高于150℃时，NdFeB的氧化速度会明显加快，此时NdFeB永磁材料表层的富Nd相将与外界空气中的氧气发生化学反应4Nd+3O2→2Nd2O3。同时NdFeB永磁材料中的主Nd2Fe14B相也会发生氧化分解反应4Nd2Fe14B+9O2→56Fe+ 2B2O3+4Nd2O3，Nd2Fe14B+12O2→7Fe2O3+ B+Nd2O3。随着反应的不断发生，NdFeB永磁材料的主Nd2Fe14B相和富Nd相有效成分随之减少，造成NdFeB永磁材料腐蚀，导致性能下降。

电化学环境指的是在NdFeB永磁材料中相互接触的各个相之间会产生电位差。其中富B相和富Nd相相对于主Nd2Fe14B相来说更易成为阳极，因此在电位差的存在下这两相会优先发生腐蚀现象。随着局部微型电池电化学反应的发生，富B相和富Nd相物质的量越来越少，相互接触的晶界阳极电流密度越来越大于主相阴极的电流密度，引发更加快速的晶界腐蚀电化学反应，使NdFeB永磁材料极容易断裂或

粉化。

3、NdFeB 永磁材料表面防护处理技术

（一）金属涂层

金属涂层的方法主要有电镀、化学沉积法、化学镀。其中应用较为广泛的脉冲电镀，是在NdFeB永磁材料的表面镀上一层Zn或Ni，以此来提高NdFeB的耐腐蚀性。在研究NdFeB表面镀Ni生产工艺时，有技术人员发现镀Ni层的设计与材料最终的表面孔隙率和耐蚀性能高低有着密切的影响。在先采用中性预镀Ni，再进行半光亮Ni和光亮Ni时，所得的材料表面性能要优于未采用中性预镀Ni的材料。有人对于Zn-Fe合金电镀层的含铁量进行的了实验研究，发现当Zn-Fe合金电镀层的含铁量为0.92%时所得到的NdFeB永磁材料表面镀层具有最好的防腐性能。钝化实验后的NdFeB能够在3.5%食盐溶液中保持8d的稳定性。有研究人员采用化学沉积法制备了Ni- Al2O3的复合镀层，所得的NdFeB永磁材料表面具有优异的防腐性能，实验中，镀层后的NdFeB能够在3.5%食盐溶液中保持12d的稳定性。化学镀是近年来应用越来越多的一种金属涂层工艺技术。在化学镀涂层技术研究中，有人将超声波和NdFeB材料表面的化学镀过程相结合，在超声波的协同作用下，NdFeB永磁材料的Ni-P镀层更加细致紧密，比普通化学镀层在防腐性能表现上更优。还有人将Ni-Cu-P镀层和Ni-P镀层作了对比研究，结果发现NdFeB永磁材料采用Ni-Cu-P镀层比采用Ni-P镀层能得到更好的防腐保护。对于化学镀的涂层防腐技术来说，成本比电镀涂层更高，而且对于镀液性能稳定有着更高的要求。

（二）有机涂层

有机涂层的方法主要针对NdFeB永磁材料更为严苛的使用环境，比如外界环境具有强烈腐蚀性的气液体、要求永磁材料表面严格绝缘等等。在这些环境中通常需要采用有机涂层的防护技术来提高NdFeB永磁材料的防腐性和绝缘性。常见的有机涂层有环氧树脂、聚丙烯酸酯、聚酰胺、红丹、氧化铬等，才涂层生产中即可采用一种涂层材料，也可采用多种材料联合使用的形式。针对有机涂层的研究主要集中在阴极电泳涂层工艺中的初始U、沉积U、漆液θ、固化θ、电泳时间等参数方面。通过不断优化阴极电泳涂层工艺来提高生产效率，增强NdFeB的防腐性能。

（三）复合涂层

复合涂层是采用几种涂层材料形成复合的梯度保护膜，通常是涂层的叠加，以此来提高NdFeB永磁材料的防腐性能。如将NdFeB材料先进行镀Zn，然后在进行阴极电泳有機涂层，形成复合的保护膜。采用这种复合型工艺技术可以使NdFeB永磁材料的镀涂层耐腐蚀性能比普通的单一电镀层提高4倍以上，因此可以实现有效防腐，延长NdFeB永磁材料的使用寿命。复合涂层技术的工艺较为复杂，同时成本较高，因此找到不同涂层技术工艺的最佳融配合指标和参数是该防腐技术的关键

所在。

4、结语

未来，随着纳米技术的发展，新型的纳米材料也将应用于NdFeB永磁材料的表面涂层防腐技术中，带给NdFeB永磁材料防腐技术更多的发展空间。

参考文献：

[1] 钕铁硼永磁材料电镀工艺与装备的发展，陈小平，赵栋梁，李勇，等，《金属功能材料》，2015，22（5）

[2] 钕铁硼永磁材料物理气相沉积技术及相关工艺的研究进展，胡芳，许伟，代明江，等，《材料导报》，2014，28（3）