电梯曳引机永磁体电镀工艺浅析

严进辉

摘要：钕铁硼是通过粉末烧结技术成型的一种高磁化材料，其结构疏松、多孔、孔隙率高，脆性大，稳定性和耐蚀性差，所以必须进行防腐处理。本文通过对电梯曳引机用永磁体（NdFeB）电镀工艺流程的介绍，并结合实际生产中遇到的电镀问题，分析其产生的根本原因，并提出切实可行的解决方案，得到了良好的改善效果。

关键词：钕铁硼 电镀 工艺 镀层 粘接力

1 前言

现在永磁体NdFeB在电梯行业中应用十分广泛。大部分电梯都采用永磁同步无齿轮曳引机，曳引机转子中的磁体即为永磁体NdFeB。用特殊胶将永磁体粘贴在转子轮上，为了避免永磁体脱落，其粘接强度（抗剪切强度）就尤为关键，这时永磁体表面涂层性能的好坏将直接影响其抗剪切强度。现已形成的较为成熟的涂层工艺很多，有“湿镀”的电镀、化学镀；“干镀"的真空蒸镀、溅射镀、热喷镀、离子镀、化学气相沉积等等。在实际生产中应根据其用途来选择合适的工艺，曳引机用永磁体涂层大都采用“湿镀”的电镀。下面就简要探讨一下其电镀工艺。

2 电镀工艺流程

每个生产曳引机永磁体的厂家其电镀工艺流程或许都不一样，但都大同小异，只是有的工序的次数多少不同而已。其中一家合作的供应商的电镀工艺流程见下：

热水洗—水洗—酸洗—水洗—超声波水洗—超声波去灰—水洗—活化—水洗—超声波清洗—纯水洗—电镀—烘干

3 镀前处理

3.1 酸洗

由于NdFeB磁性材料极易氧化而在其表面生成一层黑膜，这层黑膜很难擦去，所以在NdFeB磁性材料电镀之前一定要去除其表面的氧化膜，否则会影响镀层的质量。为了避免工件过腐蚀，酸度不宜过高、酸洗时间不宜过长，而且应该加入适量的缓蚀剂。 酸洗时应不断翻动工件，至工件表面细致、均匀、有金属光泽的白亮色即可。室温，酸洗时间一般为0.5～1.0min。

3.2 超声波水洗

因NdFeB磁性材料化学性较活泼，要采用腐蚀性小而去污力强的除油液。水洗时间一般为 5～10min（除尽为止）。

3.3 超声波去灰

在NdFeB磁性材料酸洗后易产生挂灰，若不去除则会影响镀层的结合力。这些黑色物质不宜溶于通常的无机酸（如HF、HCl、H2SO4、H3PO4等）。室温，清洗时间一般为l～2min。

3.4 活化

NdFeB磁性材料在转送电镀工序之前与空气中的氧反应或者在酸液残渣的作用下，形成一层难溶性的氢氧化物，所以要对其进行活化处理，否则镀层结合力不好，易出现起泡现象。室温，活化时间一般为30～40s。

3.5 超声波清洗

经除油、除锈、活化后的NdFeB工件的孔隙内仍存在少量残液和杂质，需要利用超声波无孔不入的特性和“空化”效应彻底清除孔隙内的残留物。提高镀层的结合力和耐蚀性。

4 电镀

目前电梯曳引机用永磁体很多都采用镀镍电镀工艺—Ni-Cu-Ni体系。电镀过程中有两种电镀方式：挂镀和滚镀。

挂镀：挂镀是工件装夹在挂具上，适宜大零件，每一批能镀的产品数量少，镀层厚度10μm以上的工艺。

滚镀：制件在回转容器中进行的电镀。适用于小型零件。滚镀适用于受形状、大小等因素影响无法或不宜装挂的小零件的電镀。

4.1预镀镍

NdFeB磁性材料中含有较高的Nd元素，中性和弱碱性镀镍溶液虽对其基体不会产生腐蚀，但NdFeB基体中的Nd会与Nj发生置换反应，严重影响镀层的结合力，故不能选用。因此，必须选择一种抗杂质能力强、沉积速度快的镀液，其中氨基磺酸镍和半光亮镍都是十分理想的镀液。

4.2镀铜

铜作为中间镀层，其作用是降低镀层体系的孔隙率和提高其耐蚀性，一般采用焦磷酸盐镀铜工艺。

4.3镀光亮镍

最后在NdFeB磁性材料外表面镀上一层光亮镍，以增加永磁体的表面光亮度，同时也增加了镀层的厚度，提高了其耐蚀性。经过几个小时后镀层就会达到要求，此时电镀即完成。镀层厚薄不光和时间有关，还和电流大小有关，没有电流或电流很小，时间再长也镀不厚。

电镀完成后，取出永磁体烘干后即可转入下序。

5 电镀中遇到的问题

最近本人单位进行的一个项目，曳引机采用的磁钢外形尺寸比较大，在电镀的过程中采用挂镀，同时镀层采用Ni-Cu-Ni体系。供应商试制完样品后发到本人单位进行72h中性盐雾试验和镀层剪切力试验。

磁钢（5片）进行72h中性盐雾试验后，每片磁钢表面都不同程度的出现了锈蚀斑点，表明磁钢镀层已经被破坏。

磁钢经过环境温度处理后进行剪切力拉力试验，也有些磁钢的剪切力没有达到要求，磁钢的镀层被撕开裂。

后来本人和供应商相关人员一起对磁钢在72h中性盐雾试验和镀层剪切力试验中出现的问题进行研究分析，72h中性盐雾试验中磁钢的镀层出现锈蚀斑点，表明磁钢镀层质量不是很好，对外界环境有些敏感；同时从经过剪切力拉力试验后的样品来看，在磁钢基体即NdFeB表面上有锈蚀，说明在试验过程中就有水分进入镀层内部，镀层和基体锈蚀后，镀层和基体的粘接力就大大降低，从而在剪切力拉力试验中就使镀层被撕开裂。所以我们判断这两种试验有一定的相关性，即两种试验失败，都是由磁钢的镀层质量引起的。因此提出以下几种电镀改进意见：

（1）更换新的挂镀工装

在那些经过72h中性盐雾试验的磁钢中，有些锈蚀斑点正好在挂镀工装夹点的位置，说明挂镀工装的夹点影响了电镀层。因之前使用四爪式的挂镀工装，现改为使用三爪式工装，减少接触点从而减少了接触面积。同时缩短磁钢在挂具上翻转的时间间隔，这样能尽可能的减少挂镀工装的夹点影响电镀层。

（2）改变除油方式

在剪切力拉伸试验失败的磁钢基体上即被撕裂开镀层覆盖的地方，发现有一小块油污的痕迹，表明在电镀的前处理过程中，除油污不彻底。因之前采用的是热水除油，现改为超声除油；同时延长了酸洗时间，使油污彻底被除掉。

（3）改变电镀液成分浓度

在做电镀液成分分析的过程中，通过分析研究发现A成分的浓度不是很合理，在此基础上增加约7%的浓度。

（4）增加防氧化处理

镀底Ni前增加防氧化处理，防止因为上镀慢导致基体被镀液腐蚀。

（5）增加镀层厚度

之前的磁钢电镀层一般小于20μm，水分容易侵入镀层内部影响镀层的粘接力。现在通过延长电镀时间来增加镀层的厚度，使镀层厚度在20μm以上。

6 改善效果验证

根据共同探讨的改善意见重新生产了一批磁钢，再次进行72h中性盐雾试验和剪切力拉伸试验。

72h中性盐雾试验：试验后磁钢表面没有锈蚀斑点，与放进盐雾箱前的相比，没有明显的区别。

剪切力拉伸试验：各种环境处理后的磁钢，经过剪切力测试，磁钢镀层的粘接力大幅提升，远远高于产品的要求。

由此可见改善后的磁钢电镀层质量得到很大的提高，完全满足产品的技术要求。现在此种改善后的磁钢已广泛应用与电梯曳引机產品上。

7 结语

钕铁硼材料电镀经过30多年的发展，已经取得了长足的进步，但其中存在的问题还需要进一步改善和解决。NdFeB磁性材料的电镀作为行业的新技术之一，是一项复杂的系统工程。我国还处于较低的开发水平，将来应该建立一套完整的质量保证体系来保证各工艺的实施，使我国的钕铁硼占据国际市场。总之，开发耐蚀性好、结合力高、失磁小、成本低的镀覆工艺是今后NdFeB磁性材料防腐处理的发展方向。

参考文献：

王士磊. Nd.Fe.B 磁性材料电镀工艺 2003.9

王士磊. Nd—Fe—B磁性材料上的电镀工艺及设备的探讨

张允诚. 电镀手册[M] 北京：国防工业出版社，1997.7

周琦. 钕铁硼永磁材料电镀新工艺[J].材料保护，2002.35（3）：44—46

沈品华.现代电镀手册（上）[M].北京：机械工业出版社，2010：4.39