钕铁硼镀镍工艺对磁性能影响的研究

傅仕楠 戴 剑 陈 静

（中钢天源股份有限公司）

钕铁硼永磁体材料以其高磁能、高矫顽力的特点，广泛应用于微波通讯、音像、仪器仪表、电机工程、计算机磁分离、磁疗等领域，成为新技术应用的重要物质基础［1-2］。烧结型钕铁硼磁体是通过粉末冶金烧结成型的产品，其结构疏松、孔隙率高、表面状况较差，材料脆性大。钕铁硼尽管具有优异的磁性能，但却存在耐腐蚀性能差的缺点［3-6］。钕铁硼永磁材料为多相结构［7］，材料中的Nd含量高，使得材料的化学性质极为活泼，在潮湿环境中极易发生原电池反应，钕铁硼晶界处的富钕相极易产生晶间腐蚀［8］，严重时产生的大量钕氧化物和氢化物能使材料粉化，磁体磁性能直线下降，限制了它的进一步推广应用。

为了克服耐腐蚀性能差的缺点，目前采取的办法主要有2类，一类是加入合金元素提高钕铁硼自身的耐腐蚀性能，另一类是对磁体进行表面处理。添加合金元素会降低磁体的磁性能，且成本较高，并不能从根本上解决耐腐蚀性。目前，行业内多采用对钕铁硼磁体进行表面处理达到耐腐蚀的目的，电镀镍和电镀锌一直是国内外最为广泛的耐蚀工艺［9-10］。国内外在镀层防护的研究多限定于研究防护层耐蚀的最终效果［11］，镀层对钕铁硼器件磁性能影响的系统探究还较少。针对上述问题，通过调整镀镍工艺参数，研究不同镀层厚度、镀层外观对器件磁性能的具体影响。

1 试 验

1.1 试验设计

采用尺寸牌号为49 mm×5.5 mm×2.5 mm 42UH的钕铁硼磁体为试验对象，在Ni-Cu-Ni 工艺条件下进行电镀。Ni-Cu-Ni 工艺是指在磁体上先镀暗镍为底层，再镀铜，最后镀光亮镍。

该研究主要讨论底镍工艺对磁体磁通的影响。在固定的电镀电流条件下，采用调整电镀时间的方式控制底镍镀层厚度，进行4 组电镀时间分别为0.5，1.0，1.5，2.0 h的试验。

1.2 检测方法及设备

试验以探索镀层厚度与磁通变化之间的关系为目的，辅助电镜测试结果，确定最佳的镀底镍工艺。镀层厚度采用南通菲希尔测试仪器有限公司XAN310 型测厚仪，磁通测试采用中国计量科学研究院TA-102E 型磁通计，电镜测试采用日本电子JSMIT100型扫描电子显微镜。

（1）镀厚测试。镀厚测试分别进行0.5，1.0，1.5，2.0 h 镀底层镍试验，以控制得到不同的镍层厚度及镍层的微观形态，进一步探索镍层对磁性能的影响。镀厚试验数据以镀件中心点为测试点。

（2）磁通测试。烧结钕铁硼永磁合金极易被氧化，且在高温条件下氧化会加剧，对试样进行时效处理，可更好地反馈镀层对磁体磁性能的作用。随机选取20 片不同镀厚的镀件先进行初始磁通测试，再进行150 ℃2 h 的时效处理，处理后再次进行磁通测试，对比前后磁损量。

（3）电镜测试。根据磁损结果，选取不同镀层厚度的镀件进行SEM 测试，从微观角度解析发生磁性能影响的原因。

2 试验结果与讨论

2.1 镀厚结果

4 个时间段随机选取6 片进行镀厚测试，结果见表1。

由表1 可知，随着时间延长镀厚不断增加，且增加幅度逐渐减缓；镀层在一定电流下，随时间累积呈现线性增长，当镀层厚度一定后，阴极电流效率逐渐降低，导致镀层增长放缓。

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2.2 磁通结果

每个时间段随机选取20 片镀件测试磁通后，进行150 ℃老化试验，再测试磁通，结果见表2。

由表2 可知，随着时间积累镍层增厚，磁通的衰减整体呈现上升状态，这是因为镍是铁磁性金属，屏蔽了磁性输出，0.5 h 磁通衰减1.77%，1.0 h 磁通衰减2.20%，1.5 h 磁通衰减2.45%，2.0 h 磁通衰减2.61%；衰减在1.0 h 出现增幅拐点，较1.5 h 和2.0 h 积累的磁通衰减有明显的跳跃，分析原因是镀底层镍时首先是镍与钕铁硼基体反应，对基体逐渐腐蚀，后期镀层厚度一定时，腐蚀机理的作用力逐渐减弱；由此可知，随着电镀镍层的增厚，对钕铁硼磁体的磁性能衰减呈现正相关作用，但随着镍层的不断增加，磁性能衰减的增幅呈现下降趋势，选择合理的镀镍镀层厚度，可将磁体磁性能衰减控制在合适的范围内。

2.3 电镜结果

根据磁通衰减结果，选取电镀1，2 h 样品进行SEM测试，观察镀层微观致密性，结果见图1。

由图1 可见，1 h 的镀层存在多处不均匀小亮斑，为镀层薄弱之处，未能使得镀层致密，也是导致磁通衰减较大的原因。

3 结 论

通过试验得出，底层镀镍层的厚度对钕铁硼产品磁通的衰减有重要影响，随着镀层厚度的增加，磁通衰减呈现出总体增大的趋势，但增幅逐渐减小。当底镍层过于薄时，对产品基体存在过度腐蚀，致使磁通衰减严重；随着底镍层厚度增大到合适范围，磁通衰减逐步减小；继续增大底镍层厚度后，因为镍的铁磁性属性屏蔽了磁性输出，进一步导致磁通继续衰减。

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［4］ 胡信国，李桂芝.现代防护装饰性电镀［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989.

［5］ 饶厚，李国华.Nd-Fe-B 永磁材料镀镍［J］.材料保护，1996（5）：22-23.

［6］ 周军，宋伟，裴晓东.双合金法制备烧结钕铁硼磁体的研究［J］.金属功能材料，2011，18（5）：5-7．

［7］ 贺琦军，李卫.钕铁硼永磁材料防腐蚀研究发展［J］.金属功能材料，2001，8（5）：8-13．

［8］ MINOWA T.Improvement of the Corrrosion Resistance［J］.IEEF Trans Mageticsn，1989，25（5）:3776.

［9］ 严芬英，赵春英，张琳.钕铁硼永磁材料表面防护技术的研究进展［J］.电镀与精饰，20121，34（8）：22-25.

［10］ 宋振纶.NdFeB 永磁材料腐蚀与防护研究进展［J］.磁性材料及器件，2012，43（4）：1-6.

［11］ N OONO，M SAGAWA，R KASADA，et al.Production of thick highperformance sintered neodymium magnets by grain boundary diffusion treatment with dysprosium-nickel-aluminum alloy［J］.Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2011，323（3）:297-300.