一种钕铁硼永磁体电镀前处理方法

技术领域

本发明涉及电镀前处理，具体地指一种动力电机钕铁硼永磁体电镀前处理方法。

背景技术

车载动力电机是新能源汽车主要的动力输出装置，承载着将电池能量装换为机械动能的任务，高性能磁铁是其内部的核心部件之一，现市场高端汽车常见的磁铁主要是号为“磁王”的钕铁硼永磁体。钕铁硼磁铁(Nd

某厂家开发的一款TH系永磁铁，其矫顽力Hcj≥38.5kOe，处于行业该系列的最高值，应用在动力电机上预计寿命将超过15年。为了满足高矫顽力的性能要求，配方设计中会加入一些重稀土元素如镝、铽等，以优化富Nd相沿晶界分布，起交换作用而分割隔离铁磁性相，来提高产品的矫顽力。但在目前，该永磁体在量产加工电镀时存在以下问题：1、材料脆性加大明显。为了规避电镀边角效应，需要在前处理对于零件进行机械倒角处理以形成圆滑的边角面，倒角时持续的机械抖动和撞击使材料崩边或缺角非常显著；2、材料更活跃而更易氧化。尤其是机加切片工序时使用的防锈胶水在倒角时分解成有机酸，持续氧化工件表面而容易形成轻微凹坑；3、材料更加活跃而活化工序的生产节拍时间宽度较大，使材料易出现活化过度或不良，从而影响镀层在高温下的附着力和耐蚀性。以上问题将导致成品不良率提高，而镝、铽等重稀土金属成本极高(约20000元/Kg)，间接提高了该永磁体和电机的价格。在目前，多采用商用除油粉进行倒角，使用5‰的盐酸来做活化液，以此来平衡生产保障供应，不良率偏高和镀层性能的波动仍旧存在。

因此，针对TH系永磁体前处理时出现的崩边、缺角、锈坑以及影响镀层性能的活化不良现象，需要开发出一种全新的前处理方法。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，针对TH系永磁体前处理时出现的崩边、缺角、锈坑以及影响镀层性能的活化不良现象提供一种钕铁硼永磁体电镀前处理方法。

本发明的技术方案为：一种钕铁硼永磁体电镀前处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、配置浓缩倒角液，每升浓缩倒角液由苯甲酸钠120～160g、十水碳酸钠80～140g、十二水磷酸三钠40～80g、三乙醇胺40～60mL、十二烷基硫酸钠10～20g溶于水得到；

S2、向倒角机内加入磨料，将多个钕铁硼永磁体工件平铺于磨料上方，启动倒角机进行多次倒角，每次倒角前均向倒角机内按体积比(18～23)：1加入水和浓缩倒角液，所述水和浓缩倒角液形成倒角液将所有钕铁硼永磁体工件浸没；

S3、将钕铁硼永磁体工件水洗后采用质量分数0.1％～0.2％硝酸溶液进行酸洗，酸洗完毕后水洗；

S4、将钕铁硼永磁体工件进入活化液浸泡30～90秒，每升活化液由7～10g氯化铵、3～5g草酸溶于水得到，最后进行水洗，前处理完毕。

优选的，步骤S2中，所述磨料包括按质量比(3～4):1:(3～4):(1～2)加入的球状棕刚玉石A、柱状棕刚玉石B、三角体塑胶石C、圆锥体塑胶石D。

进一步的，步骤S2中，单个钕铁硼永磁体工件与单个球状棕刚玉石A的体积比、单个钕铁硼永磁体工件与单个柱状棕刚玉石B的体积比、单个钕铁硼永磁体工件与单个三角体塑胶石C的体积比、单个钕铁硼永磁体工件与单个圆锥体塑胶石D的体积比均为1：(0.2～0.4)。

优选的，步骤S2中，倒角机内所有钕铁硼永磁体工件与所有磨料的质量比为1：(3～4)。

优选的，步骤S2中，倒角液的液面高于钕铁硼永磁体工件5～8cm。

优选的，步骤S2中，当倒角次数为两次时，第一次倒角时间为80～100分钟、第二次倒角时间为50～70分钟。

优选的，步骤S1中，每升浓缩倒角液由苯甲酸钠135～145g、十水碳酸钠90～125g、十二水磷酸三钠50～70g、三乙醇胺50～55mL、十二烷基硫酸钠12～15g溶于水得到。

优选的，步骤S3中，酸洗时间为60～80秒。

优选的，步骤S3中，采用质量分数0.2％的硝酸溶液进行酸洗。

优选的，步骤S2中，球状棕刚玉石A、柱状棕刚玉石B、三角体塑胶石C、圆锥体塑胶石D质量比＝4:1:3:2；

倒角机内所有钕铁硼永磁体工件与所有磨料的质量比为1:3。

优选的，步骤S4中，每升活化液由8～9g氯化铵、4～4.5g草酸溶于水得到。

本发明中，倒角液的配方有如下优点：

a、苯甲酸钠作为一种常见的防腐剂，可以有效减少霉菌对稀土元素的影响，同时水解具有弱碱性和亲油性，也可以保护稀土金属的腐蚀氧化，对于表面活性剂的除油效果起一定辅助作用。

主要反应方程式：C

b、碳酸钠作为弱碱性盐，有一定的皂化能力，使油脂分解。同时其容易吸收空气中的二氧化碳，并发生水解反应生成碳酸氢钠。生成的碳酸氢钠对溶液的pH值有一定的缓冲作用，稳定倒角液的PH值在8.5-10.2之间，使皂化反应能顺利进行。

主要反应方程式：Na

c、磷酸三钠作为一种无机除油剂，水解呈较强的碱性，也有一定的皂化能力和缓冲pH值的作用。同时，磷酸三钠还具有乳化作用，在水中溶解度大，水洗性好并能使皂化盐类更容易从工件表面洗去。

主要反应方程式：Na

Na

NaH

d、三乙醇胺在上述溶质形成的弱碱环境和振动倒角条件下，与前机加切片工序中遗留的少量有机胶水和较多油酸发生反应，生成三乙醇胺脂类化合物，附着在材料表面形成一种良好的缓蚀剂，保护工件不被氧化腐蚀，从而降低了工件表面产生锈坑的风险，同时这类脂类化合物在超声波清洗中更易清除。最终有效避免了前机加切片工序带来的腐蚀介质的影响。

e、十二烷基硫酸钠作为一种阴离子表面活性剂，同时作为一种起泡剂和润湿剂，扩大倒角液与工件的接触面，从而可以使倒角液中各物质更好地润湿在工件表面，使工件能够更好地被作用。同时十二烷基硫酸钠对于上游工序遗留的固体油脂有很好的清洗作用。

倒角机中的磨料采用球状棕刚玉石A、柱状棕刚玉石B、三角体塑胶石C、圆锥体塑胶石D四者配合得到。采用此四种磨料配合的原理为棕刚玉石磨料有较高的硬度，可以对工件的边角进行倒角处理，使工艺的边和角可以形成可观的弧面，避免后续电镀的边角效应。塑胶石磨料硬度偏低，可以对工件表面在上游工序留下的轻微砂轮印进行整平，使表面更加光滑且没有明显可视的凹凸面，同时对于振动过程中工件之间的重力磕碰也起一定的缓冲作用。这种配方的磨料与本发明的倒角液之间也不存在化学反应而污染工件的情况。

四种磨料均为市售产品：

棕刚玉石是以铝矾土、无烟煤为主要原料经高温冶炼而成，氧化铝94％～95％，二氧化硅≤1.5％，氧化钛≤3.0％，及其他微量金属氧化物。莫氏硬度为9.0～9.2，密度约为3.85g/cm

塑胶石是以聚酰胺纤维，加上少许的棕刚玉砂、氧化铝砂，通过模具浇注成形，密度约为1.46～1.52g/cm

本发明中，活化液配方有如下优点：

a、草酸是一种二元弱酸，在水中不完全电离出氢离子，随着活化工件的数量增多带来氢离子的持续消耗，电离也持续保持正向移动以补充酸度，维持氢离子的浓度不会随着消耗而明显波动。本发明中的草酸浓度为3-5g/L，活化液PH能稳定在1.5左右很长时间，从而使工件的活化状态不会有明显起伏，同时酸度不高也使活化时间的允许范围更宽，避免过度腐蚀。

主要反应方程式：HOOCCOOH→HOOCCOO

HOOCCOO

R+H

b、氯化铵作为一种强酸弱碱盐，溶液水解呈弱酸性，但其与草酸混合后水解被抑制，同时也抑制草酸的过度电离，控制溶液的氢离子浓度波动，是一种很好的PH稳定剂。活化后残余夹杂在工件内，也不影响后序的电镀加工。

主要反应方程式：NH

本发明的有益效果为：

1.先配制浓缩倒角液，可根据需要随时加水配制倒角液，方便快捷。

2.倒角液可降低永磁体在倒角工序中产生锈坑、崩边和缺角的概率，其原理为在稳定弱碱性环境下工件被充分乳化和润湿，即使有上游机加带来的少许油酸残留，也能与其反应，形成稳定的脂类缓蚀化合物和氧化隔膜来保护工件，降低了锈蚀的风险。同时选用合适比例和材质的混合倒角石，既保证了倒角效果，也能降低“硬碰硬”产生的缺角崩边的比例，缓解了锈蚀点扩大的风险。

3.采用草酸和氯化铵作为活化剂，PH稳定且可以避免腐蚀过度或不良，规避生产节拍时间导致活化效果波动较大，从而对后序镀层产生耐蚀性和附着力不足的风险。

附图说明

图1为本发明工艺流程图

图2为本发明磨料形状示意图

具体实施方式

下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。以下实施例中使用的药品原料、磨料均为市售商品。

浓缩倒角液的组分可采用工业级别，其中：

三乙醇胺为无色或略黄粘稠液体，相对密度(水＝1)为1.12，有效含量≥99％；

十二烷基硫酸钠为粉状，活性物含量≥94％，相对密度(水＝1)为1.09，1％水溶液的PH值为8.2-8.5之间；

苯甲酸钠、十水碳酸钠、十二水磷酸三钠均为白色晶体粉末，有效成分≥98％。

磨料中球状棕刚玉石A、柱状棕刚玉石B的材质为棕刚玉石(由湖州东奥研磨机械有限公司提供)，形状分别如图2中上排左右图所示：

棕刚玉石是以铝矾土、无烟煤为主要原料经高温冶炼而成，氧化铝94％～95％，二氧化硅≤1.5％，氧化钛≤3.0％，及其他微量金属氧化物。莫氏硬度为9.0～9.2,密度约为3.85g/cm

磨料中三角体塑胶石C、圆锥体塑胶石D的材质为塑胶石(由东莞市天祺研磨科技有限公司提供)，形状分别如图2中下排左右图所示：

塑胶石是以聚酰胺纤维，加上少许的棕刚玉砂、氧化铝砂，通过模具浇注成形，密度约为1.46～1.52g/cm

本实施例中钕铁硼永磁体工件为：

尺寸满足(40±3)mm×(40±3)mm×(8±1)mm的长方体状。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种钕铁硼永磁体电镀前处理方法，包括以下步骤：

S1、配置浓缩倒角液(以1升倒角浓缩液为例)

将135g苯甲酸钠[C

再加入55mL三乙醇胺、12g十二烷基硫酸钠缓慢搅拌数下以减少溶液起泡，补充水至1升，浓缩倒角液配制完成，装入不透明的塑料桶中备用。

S2、倒角工艺(以倒角40kg工件为例)

将平底弯口振动倒角机置于平整地面上，向倒角机内加入磨料，如图2所示磨料为48kg球状棕刚玉石A、12kg柱状棕刚玉石B、36kg三角体塑胶石C、24kg圆锥体塑胶石D混合得到(单个钕铁硼永磁体工件与单个球状棕刚玉石A、单个柱状棕刚玉石B、单个三角体塑胶石C的体积比、单个圆锥体塑胶石D的体积比均为1：0.2～0.4)，开启倒角机以适当频率振动2-3分钟，使磨料能够均匀分布在倒角机内；

将40kg钕铁硼永磁体工件均匀铺设在磨料上方，向倒角机内加水120L、步骤S1配制的倒角浓缩液6L，水和浓缩倒角液形成倒角液没过工件5～8厘米，设置倒角机频率为36Hz，启动倒角机进行第一次倒角，倒角时间90分钟；

第一次倒角完毕后，放出已浑浊的倒角液，重新加入水120L、倒角浓缩液6L，进行二次倒角，倒角时间60分钟，倒角完成后取出工件以备进入下一个工序。

S3、酸洗工序

将倒角后的工件装在挂具上进行水洗，进入酸洗工位，酸洗采用质量浓度为0.2％硝酸，酸洗时间为60秒，完毕后水洗两遍以备进入下一道工序；

S4、活化工序

将钕铁硼永磁体工件进入200升活化液浸泡30～90秒(每升活化液由9g氯化铵、4.5g草酸溶于水得到，活化液PH值约为1.5)，最后进行两道水洗，完成电镀所有前处理工序。

将前处理完成的工件按照产品镀层的设计进行电镀工序，多以镀锌或镀镍铜镍为主，本实施例中为镀锌工序。

实施例2

如图1所示，本实施例提供的一种钕铁硼永磁体电镀前处理方法，包括以下步骤：

S1、配置浓缩倒角液(以1升倒角浓缩液为例)

将145g苯甲酸钠[C

再加入50mL三乙醇胺、15g十二烷基硫酸钠缓慢搅拌数下以减少溶液起泡，补充水至1升，浓缩倒角液配制完成，装入不透明的塑料桶中备用。

S2、倒角工艺(以倒角40kg工件为例)

将平底弯口振动倒角机置于平整地面上，向倒角机内加入磨料，磨料为50kg球状棕刚玉石A、15kg柱状棕刚玉石B、50kg三角体塑胶石C、15kg圆锥体塑胶石D混合得到(单个钕铁硼永磁体工件与单个球状棕刚玉石A、单个柱状棕刚玉石B、单个三角体塑胶石C的体积比、单个圆锥体塑胶石D的体积比均满足1：0.2～0.4)，开启倒角机以适当频率振动2-3分钟，使磨料能够均匀分布在倒角机内；

将40kg钕铁硼永磁体工件均匀铺设在磨料上方，向倒角机内加水120L、步骤S1配制的倒角浓缩液6.2L，水和浓缩倒角液形成倒角液没过工件5～8厘米，设置倒角机频率为36Hz，启动倒角机进行第一次倒角，倒角时间100分钟；

第一次倒角完毕后，放出已浑浊的倒角液，重新加入水120L、倒角浓缩液6.2L，进行二次倒角，倒角时间50分钟，倒角完成后取出工件以备进入下一个工序。

S3、酸洗工序

将倒角后的工件装在挂具上进行水洗，进入酸洗工位，酸洗采用质量浓度为0.2％硝酸，酸洗时间为80秒，完毕后水洗两遍以备进入下一道工序；

S4、活化工序

将钕铁硼永磁体工件进入200升活化液浸泡30～90秒(每升活化液由8g氯化铵、4g草酸溶于水得到，活化液PH值约为1.5)，最后进行两道水洗，完成电镀所有前处理工序。

将前处理完成的工件按照产品镀层的设计进行电镀工序，多以镀锌或镀镍铜镍为主，本实施例中为镀锌工序。

实施例3

如图1所示，本实施例提供的一种钕铁硼永磁体电镀前处理方法，包括以下步骤：

S1、配置浓缩倒角液(以1升倒角浓缩液为例)

将120g苯甲酸钠[C

再加入60mL三乙醇胺、10g十二烷基硫酸钠缓慢搅拌数下以减少溶液起泡，补充水至1升，浓缩倒角液配制完成，装入不透明的塑料桶中备用。

S2、倒角工艺(以倒角40kg工件为例)

将平底弯口振动倒角机置于平整地面上，向倒角机内加入磨料，磨料为60kg球状棕刚玉石A、18kg柱状棕刚玉石B、54kg三角体塑胶石C、20kg圆锥体塑胶石D混合得到(单个钕铁硼永磁体工件与单个球状棕刚玉石A、单个柱状棕刚玉石B、单个三角体塑胶石C的体积比、单个圆锥体塑胶石D的体积比均满足1：0.2～0.4)，开启倒角机以适当频率振动2-3分钟，使磨料能够均匀分布在倒角机内；

将40kg钕铁硼永磁体工件均匀铺设在磨料上方，向倒角机内加水120L、步骤S1配制的倒角浓缩液5.5L，水和浓缩倒角液形成倒角液没过工件5～8厘米，设置倒角机频率为36Hz，启动倒角机进行第一次倒角，倒角时间80分钟；

第一次倒角完毕后，放出已浑浊的倒角液，重新加入水120L、倒角浓缩液5.5L，进行二次倒角，倒角时间70分钟，倒角完成后取出工件以备进入下一个工序。

S3、酸洗工序

将倒角后的工件装在挂具上进行水洗，进入酸洗工位，酸洗采用质量浓度为0.2％硝酸，酸洗时间为70秒，完毕后水洗两遍以备进入下一道工序；

S4、活化工序

将钕铁硼永磁体工件进入200升活化液浸泡30～90秒(每升活化液由7g氯化铵、3g草酸溶于水得到，活化液PH值约为1.5)，最后进行两道水洗，完成电镀所有前处理工序。

将前处理完成的工件按照产品镀层的设计进行电镀工序，多以镀锌或镀镍铜镍为主，本实施例中为镀镍铜镍工序。

实施例4

如图1所示，本实施例提供的一种钕铁硼永磁体电镀前处理方法，包括以下步骤：

S1、配置浓缩倒角液(以1升倒角浓缩液为例)

将160g苯甲酸钠[C

再加入40mL三乙醇胺、20g十二烷基硫酸钠缓慢搅拌数下以减少溶液起泡，补充水至1升，浓缩倒角液配制完成，装入不透明的塑料桶中备用。

S2、倒角工艺(以倒角40kg工件为例)

将平底弯口振动倒角机置于平整地面上，向倒角机内加入磨料，磨料为60kg球状棕刚玉石A、15kg柱状棕刚玉石B、50kg三角体塑胶石C、20kg圆锥体塑胶石D混合得到(单个钕铁硼永磁体工件与单个球状棕刚玉石A、单个柱状棕刚玉石B、单个三角体塑胶石C的体积比、单个圆锥体塑胶石D的体积比均满足1：0.2～0.4)，开启倒角机以适当频率振动2～3分钟，使磨料能够均匀分布在倒角机内；

将40kg钕铁硼永磁体工件均匀铺设在磨料上方，向倒角机内加水120L、步骤S1配制的倒角浓缩液6.6L，水和浓缩倒角液形成倒角液没过工件5～8厘米，设置倒角机频率为36Hz，启动倒角机进行第一次倒角，倒角时间100分钟；

第一次倒角完毕后，放出已浑浊的倒角液，重新加入水120L、倒角浓缩液6.6L，进行二次倒角，倒角时间70分钟，倒角完成后取出工件以备进入下一个工序。

S3、酸洗工序

将倒角后的工件装在挂具上进行水洗，进入酸洗工位，酸洗采用质量浓度为0.2％硝酸，酸洗时间为60秒，完毕后水洗两遍以备进入下一道工序；

S4、活化工序

将钕铁硼永磁体工件进入200升活化液浸泡30～90秒(每升活化液由10g氯化铵、5g草酸溶于水得到，活化液PH值约为1.5)，最后进行两道水洗，完成电镀所有前处理工序。

将前处理完成的工件按照产品镀层的设计进行电镀工序，多以镀锌或镀镍铜镍为主，本实施例中为镀镍铜镍工序。

对比例

S1、倒角工艺(以倒角40kg工件为例)

将平底弯口振动倒角机置于平整地面上，向倒角机内加入磨料，磨料为70kg方形棕刚玉石、30kg菱形棕刚玉石、40kg球形棕刚玉石混合得到，开启倒角机以适当频率振动2-3分钟，使磨料能够均匀分布在倒角机内；

将40kg工件均匀铺设在磨料上方，向倒角机内加水120L、商业除油粉15kg，水和商业除油粉形成倒角液没过工件，设置倒角机频率为36Hz，启动倒角机进行第一次倒角，倒角时间120分钟；

第一次倒角完毕后，放出已浑浊的倒角液，重新加入水120L、商业除油粉15kg，进行二次倒角，倒角时间60分钟，倒角完成后取出工件以备进入下一个工序。

S2、酸洗工序

将倒角后的工件装在挂具上进行水洗，进入酸洗工位酸洗，完毕后水洗两遍以备进入下一道工序；

S3、活化工序

将钕铁硼永磁体工件进入200升质量分数0.5％盐酸中浸泡30～90秒，最后进行两道水洗，完成电镀所有前处理工序。

将前处理完成的工件按照产品镀层的设计定义进行电镀工序，本对比例中为镀锌工序。

性能测试

将以上实施例以及对比例得到的电镀产品按照永磁体成品的生产管控标准，对倒角后工件产生的崩边、缺角和锈坑的数量进行统计，并对成品的镀层附着力和耐蚀性进行多批次检验，统计不合格批次的数量，最终可以评价成品的合格率优化状态，数据如下表1所示。按每个槽500个来件，统计不良品数量。

表1

从以上表1可以看出，本发明产品的附着力和耐蚀性良好，极大降低了产品崩边、缺角和锈坑的概率，与对比例相比，本发明表面处理电镀件整体的不良率从16％降低到1.6～1.8％，既保障了产品供货，也间接降低了生产成本。