[发明专利]钕铁硼磁性材料锌系磷化液及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，尤其是涉及钕铁硼磁性材料的锌系磷化液，主要应用于钕铁硼磁性材料表面防腐蚀保护及阴极电泳打底磷化。

背景技术

钕铁硼材料体积小、重量轻、磁性强，广泛应用于能源、交通、通讯、国防、机械、医疗、计算机、家电等领域。

通常钕铁硼是由薄层相的富钕和富硼相及基相Nd2Fe14B相所组成，为获得优良的磁性，这种复合的金相结构是必要的。然而，正是这种复相结构对磁体抗氧化带来不利。互相接触的不同相因其电动势的差异而形成无数微“电池”，薄层相为阳极，基相为阴极。钕和铁又极易被氧化，体积极小的薄层相在相对很大的阳极电流作用下被加速腐蚀，这种腐蚀沿基相晶间进行。

磁体中的钕化学活性强，易被氧化，耐蚀性差，在潮湿的环境下，磁体表面形成腐蚀微电池，增大了腐蚀速度，特别是在氚同位素存在的情况下，氚通过富钕晶间向磁体中扩散将使磁体组成和结构发生变化，导致磁性能下降，最终出现爆碎现象。“电池”作用和“氢碎”作用是钕铁硼锈蚀、粉化的主要原因。

鉴于钕铁硼的市场前景及重要地位，国内外生产商皆将钕铁硼的表面防护作为磁体生产的重要技术环节，即其表面必须具有良好的防护层才能达到要求。

目前，钕铁硼表面防腐蚀技术包括电镀、有机涂层及复合涂层等。

由于电镀工艺的设备成本相对较低，产品质量的一致性和稳定性普遍较差，一次性产品合格率低，同时由于治理不力，往往会对环境造成很大的污染。电镀镀层的缺点也相当明显：镀层孔隙率大，薄膜不致密，有形状依赖性，需要对磁体边角做倒角处理，对深孔样品无法施镀。对于一些较严酷的场合，镀层长时间使用后，会出现开裂、剥离、易脱落等问题，防护性能下降。

采用静电喷涂或电泳沉积涂装工艺可以获得比较高的成膜质量，比较适合工厂批量处理。可用于钕铁硼表面防护的涂层材料主要包括有机和无机两大类。其中以有机涂料的膜层致密度较高，防腐蚀的能力较强，施工设备简单，具有广泛的应用前景。在防护功能上，涂料防护既可以单独使用，也可以与其它涂镀层组合使用。如对于高湿度环境使用的磁体，目前产业界大量采用电泳涂装沉积一层或多层环氧树脂或其他有机涂层等手段作为其他镀层的追加防护。

为了提高涂料与钕铁硼的附着力，延长涂层的防腐蚀寿命，需要对钕铁硼进行磷化处理，包括铁系磷化和锌系磷化。

中国专利ZL200610172643.X（2006）公开了一种常温铁系磷化液：先对钕铁硼进行封孔处理，磷化前不进行表面调整，不加促进剂，总酸度12-16点，pH = 2.1-2.8，常温10-15分钟，使工件表面形成磷化膜；铁系磷化液由镍盐、磷酸、磷酸二氢钠、钼酸盐、氟化物、有机酸络合物组成。但是这样的铁系磷化膜不适合阴极电泳涂装，原因是铁系磷化膜不耐腐蚀，不能直接用于钕铁硼表面的防腐蚀保护。在阴极电泳条件下溶出率高，一方面导致电泳漆的电导率升高，一方面恶化与漆膜的配套性。

由于钕铁硼磁性材料的特殊结构，普通用于钢铁的磷化液在钕铁硼上很难实现锌系磷化。

美国专利US6013411公开了铁硼涂覆技术，它的脱脂剂中含有硅酸盐，这种脱脂剂粘度大，不易清洗，采用磷酸二氢锌作磷化剂，形成的锌系磷化膜抗腐性低，表面涂覆层采用粉末喷涂方法，其结合力差，涂覆不均匀，尤其是边角部位更为突出。

中国专利CN1085963A公开了钕铁硼表面阴极电泳涂装工艺，使用ZnCaNi系磷化液进行磷化，磷化液组成：磷酸二氢锌3-4％，硝酸锌3-4％，磷酸二氢钙1-2％，硝酸镍0.1-0.2％，水余量，磷化温度60-70℃，时间3-4分钟。之后使用Cr⁶⁺-Cr³⁺混合钝化在电泳涂装。虽然漆膜附着力和耐腐性良好，但是使用六价铬对环境和人体都构成危害。

国内很多研究人员在实验室内经过多年努力进行了钕铁硼的锌系磷化及阴极电泳涂覆试验研究。

赵复兴等人（赵复兴等，新技术新工艺，1996，1：43-44）研究了钕铁硼的锌系磷化，磷化液的组成为：