NdFeB磁性材料化学镀Ni-W-P合金的耐腐蚀性能研究

第３１卷第４期　Ｖｏｌ｜３１　ＮＯ．４　宁夏大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｉｎｇｘｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　２０１０年１２月　Ｄｅｃ．２Ｏ１Ｏ　文章编号：０２５３－２３２８（２０１０）０４—０３４４—０３　ＮｄＦｅＢ磁性材料化学镀Ｎｉ—Ｗ—Ｐ合金的　耐腐蚀性能研究　付　鹏　，陈焕铭　，高亚红　，王冬玲。，谷玉丹　（１．宁夏大学物理电气信息学院，宁夏银川　７５００２１；　２．山东省Ｘ＿ｋ－县地震局，山东汶上　２７２５Ｏ０）　摘　要：采用化学镀方法在ＮｄＦｅＢ磁性材料表面施镀Ｎｉ－Ｗ－Ｐ合金，利用扫描电子显微镜、ｘ射线衍射仪对Ｎｉ—Ｗ－Ｐ合金镀　层的组织形貌、结构进行了分析，并采用腐蚀失重法对合金镀层的耐腐蚀性能进行了测试．结果表明：随着Ｐ含量的逐渐　增多，镀层结构由晶态结构逐渐转变为非晶结构，非晶态Ｎｉ－Ｗ－Ｐ合金镀层的抗腐蚀性能明显好于晶态镀层．　关键词：化学镀；Ｎｉ—Ｗ—Ｐ舍金；耐腐蚀性能　分类号：ＴＱ１５３．１２　文献标志码：Ａ　烧结ＮｄＦｅＢ磁性材料因具有优良的磁性能而在　电子工业、汽车制造、冶金工业、仪器仪表等方面获得　广泛应用．但烧结ＮｄＦｅＢ磁性材料在潮湿环境中易氧　化产生晶界离蚀，在氢环境中吸氢而粉化，在电化学环　境中由于形成局部的微电池，从而加速其晶界腐蚀，因　此其较差的耐腐蚀性能严重影响了其在工业中的应　用［１　］．针对改善ＮｄＦｅＢ磁性材料的耐腐蚀性能，国内　外的研究主要集中在２个方面［４　］：①通过添加合金化　动搅拌器搅拌）．化学施镀工艺条件为：将化学镀液用　氨水调节ｐＨ值到８，水浴温度加热到９０℃开始施镀，　施镀时间为１　ｈ．化学镀液配方如表１所示．　表１　Ｎｉ—Ｗ　Ｐ镀液配方　ｇ・Ｌ　元素来增强磁体本身的防腐功能；②对磁体进行表面　防护处理．由于合金化元素的加入往往会降低材料的　磁性能，因而合金化不能从根本上解决ＮｄＦｅＢ磁性材　料的腐蚀问题．目前工业上对ＮｄＦｅＢ的防腐主要是化　学镀Ｎｉ—Ｐ二元合金，而实际应用中Ｎｉ—Ｐ二元合金涂层　在长时间室温下或高温下都易出现鼓泡、脱落现象，综　合防护性能需要进一步提高．本文在ＮｄＦｅＢ磁性材料　表面上化学施镀ＮＩ＿Ｗ　Ｐ三元合金防腐层，主要是通过　ｗ元素的加入提高镀层耐磨、防腐及热稳定性等综合　性能，这方面的研究对于提高ＮｄＦｅＢ产品在市场中的　竞争力有实际意义．　２实验结果与讨论　２．１镀层组织形貌　图１为ＮｄＦｅＢ磁性材料表面化学镀Ｎｉ—Ｗ—Ｐ　三元合金前后镀层的宏观表面形貌．基体钕铁硼表　面呈灰黑色，长时间放置后由于表面被氧化腐蚀，使　得基体表面有少量硼灰（图ｌａ），化学施镀Ｎｉ—Ｗ—Ｐ　合金层后表面平整、颜色光亮（图１ｂ）．　１　实验方法　选用烧结ＮｄＦｅＢ磁性材料，用型号为ＤＫ７７２５一　ＷＥＤＭ线切割机将其切成２Ｏ　ｍｍＸ１０　ｍｍＸ１０　１ＴｌＩｎ的　长方体用于化学施镀Ｎｉ－Ｗ－Ｐ三元合金．施镀前将Ｎｄ—　ＦｅＢ磁性材料试样打磨、抛光、超声波清洗并活化后置　入ＹＸＳ型数显恒温水浴锅进行化学镀（ＪＪ一１型直流电　■口　ａ施镀前　ｂ施镀后　图１　化学镀前后的表面形貌　收稿日期：２００９—１０—２６　基金项目：宁夏自然科学基金资助项目（ＮＺ０９０１）　通信联系人：付鹏（１９８１一），男，硕士，主要从事凝聚态物理研究．　＊通信联系人：陈焕铭（１９６９一），男，教授，博士，主要从事材料腐蚀与防护研究，（电子信箱）ｃｈｅｎｈｍ＠ｎｘｕ．ｅｄｕ．ｅｎ　第４期　付鹏等：ＮｄＦｅＢ磁性材料化学镀Ｎｉ—Ｗ—Ｐ合金的耐腐蚀性能研究　２　Ｏ　８　３４５　酿靛　６　４　２　用扫描电子显微镜（型号为ＫＹＫＹ一２８００Ｂ）对４　种配方的Ｎｉ—Ｗ—Ｐ合金镀层的组织形貌进行观察和　分析（图２）．由图２可以看出，化学镀Ｎｉ—Ｗ—Ｐ合金　镀层的表面形貌由不同尺寸的颗粒状或胞状突起组　成．其形成过程为：施镀时被还原的原子首先在基体　表面的催化活化点处吸附沉积并开始形核；随后还　原的金属原子优先在此形核位置沉积生长并迅速铺　展，形成一个个胞状基元，各个胞状基元长大至相互　接触即形成镀层；此层合金的催化活性为下一层镀　层的形成提供了能量条件，所以在胞状基元上继续　沉积形核、胞状长大，最终成为胞状交叠致密的Ｎｉ—　ｗ—Ｐ合金镀层．　０　∞　∞　Ｏ　∞　Ｏ　∞　Ｏ　∞　０　∞　Ｏ　Ｏ　２５　ｋＶ　８００×１００ｕｍ　ＫＹＫＹ－２８００Ｂ　ＳＥＭ　ＳＮ：０１９４　２５　ｋＶ　８００×１００¨ｎｌ　ＫＹＫｙ－２８００Ｂ　ＳＥＭ　ＳＮ：０１９６　２５　ｋＶ　８００×１ＯＯ　ｕｍ　ＫＹＫＹ．２８００Ｂ　ＳＥＭ　ＳＮ：０１９３　２５　ｋＶ　８００×１ＯＯ　ｕｉｎ　ＫＹＫＹ　２８００Ｂ　ＳＥＭ　ＳＮ：０１９４　ａ镀层ｌ　ｂ镀层２　ｃ镀层３　ｄ镀层４　图２　Ｎｉ—ｗ—Ｐ合金镀层的微观组织形貌（ＳＥＭ）　２．２镀层结构　合金镀层．进一步对能谱半定量数据结果分析（表　２）表明，对于化学镀Ｎｉ—Ｗ—Ｐ三元合金镀层，镀层结　构从非晶态混晶态一晶态转变时，镀层中的Ｐ含　对４种配方Ｎｉ—Ｗ－Ｐ合金镀层的ｘ射线衍射（型　号Ｄ／ＭＡＸ２２００ＰＣ）分析结果见图３ａ．镀层１的衍射　图中出现了Ｎｉ（１１１），（２００）和（２２０）３个主峰，为晶态　结构；镀层３和镀层４的衍射图表现为宽化的“馒头”　状，为典型的非晶态结构；镀层２的衍射图介于二者　之间，既不是完全的非晶态也不是完全的晶态，它可　量呈递减的规律，同时，由于ｗ的共沉积，使得Ｎｉ—　Ｗ—Ｐ合金呈非晶态结构所需的Ｐ含量下降．因此，　合金镀层的结构与化学镀液配方中各成份的配比有　关，当次亚磷酸钠的含量相对较多时，还原沉积过程　中Ｐ元素的相对含量要高，为化学镀过程中非晶态　能是由非晶相和晶相组成，可称为混晶态．　镀层的形成提供了成份条件．　表２　４种镀层的成份（能谱分析）　２．３合金镀层的耐腐蚀性能　２０／（。）　ａＸ射线衍射　ｉ　利用全浸腐蚀失重方法对４种镀层的耐腐蚀性　能进行测试．测试前用有机溶剂清洗试样表面，干燥　后测出试样面积并称重，腐蚀后用蒸馏水冲洗试样　表面并去除表面腐蚀产物，然后浸人无水乙醇脱水　后再干燥称重．实验测试溶液是浓度为３０　ＨＮＯ。　加７Ｏ　酒精，通过计算腐蚀前后的质量变化计算合　金镀层的腐蚀速率．　褂　士　：Ｎｉ　…～　．．　１　ｗ　如图４所示，由于基体ＮｄＦｅＢ的耐腐蚀性能很差，　．　．　其腐蚀失重远大于镀层的腐蚀失重，随镀层结构晶态一　混晶态一非晶态的转变，其腐蚀失重逐渐减小（图４ａ）；计　算所得的镀层平均腐蚀速率也随镀层中Ｐ元素百分含　量的增加明显降低（图４ｂ），其中Ｐ含量为０　的ＮｄＦｅＢ　基体腐蚀速率可达０．１７４　ｇ・ｃｍ　・ｈ，Ｐ含量为　６．０２　的镀层４的腐蚀速率下降到　０．００３　８　ｇ・ｃｍ・ｈ～．非晶态镀层的耐腐蚀性能优于晶　能量／ｋｅＶ　ｂ能谱　图３　Ｎｉ—Ｗ—Ｐ合金镀层的Ｘ射线衍射与能谱　能谱分析表明（图３ｂ）合金镀层成份由Ｎｉ，ｗ，　Ｐ组成，与衍射图谱中没有出现基体钕铁硼衍射峰　的结果相一致，说明施镀后得到了致密的Ｎｉ—Ｗ—Ｐ　３４６　宁夏大学学报（自然科学版）　重　髫逛　＿所需的Ｐ含量下降．　第３１卷　一　ｑ．　ｇ　＼僻蜊跫逛　态镀层，是由合金的组织结构决定的，晶态镀层中存在大　量的晶界，而晶界是耐腐蚀性能的薄弱环节，因此在腐蚀　环境中非晶态镀层的耐腐蚀性能要好于晶态镀层．　２）合金镀层的全浸腐蚀失重实验表明：随着镀　层中Ｐ含量的逐渐增多，镀层结构由晶态结构逐渐　转变为非晶结构，非晶态Ｎｉ—Ｗ—Ｐ合金镀层的抗腐　蚀性能好于晶态镀层．　参考文献：　ｆ－１］　ＰＡＲＫ　Ｙ　Ｓ，ＫＩＭ　Ｙ　Ｈ，Ｉ　ＥＥ　Ｍ　Ｎ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｗａｖｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ　ｎｉｃｋｅｌ　ｄｅｐｏｓｉｔｓ　ｏｎ　ａｌｌ　ａｃｉｄ　ｂａｔｈ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　Ｃｏａｔ　ｉｎｇｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，１５３：２４５—２５１．　镀层Ｐ含量／％　［２］　ＮＡＫＡＭＵＲＡ　Ｈ，ＦＵＫＵＮ０　Ａ。Ｙ０ＮＥＹＡＭＡ　Ｔ．Ｃｏｔ—　ｒｏｓｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｎｄ２　Ｆ　ｌ４Ｎｉ　Ｂ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔｓ　ａ平均腐蚀速度随镀层Ｐ含量的变化　［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，１９９０，２６（５）：　２６４６—２６４８．　　Ｙ，ＥＶＡＮＳ　Ｈ　Ｅ，ＨＡＮＩＳ　Ｉ　Ｒ，ｅｔ　ａｌ｜Ｔｈｅ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　［３］　ＬＩｏｆ　ＮｄＦｅＢ　ｍａｇｎｅｔｓ［Ｊ］．Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｓ，２００３，５９：　１６７—１８２．　［４］　王憨鹰，陈焕铭，孙安，等．ＮｄＦｅＢ磁性材料化学镀Ｎｉ—　Ｃｕ—Ｐ合金沉积过程分析Ｉ－Ｊ］．表面技术，２００８，３７（６）：　ｌ２　１７．　［５］　腐蚀时间／ｍｉｎ　一一基体；一一镀层１：一一镀层２；　一一镀层３：一一镀层４　ＥＩ—Ｍ０ＮＥＩＭ　Ａ　Ａ，ＧＥＢＥＲＴ　Ａ。ＵＨＬＥＭＡＮＮ　Ｍ，　ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｃｏ　ａｎｄ　Ｇａ　ａｄｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｒ—　—ｒｏｓｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ１ｉｎｅ　ＮｄＦｅＢ　ｍａｇｎｅｔｓ［Ｊ］．　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，４４：ｌ８５７－１８７４．　ｂ腐蚀失重随腐蚀时间的变化　图４　Ｎｉ—Ｗ—Ｐ镀层在３０　ＨＮＯ３加７Ｏ　酒精　溶液中耐腐蚀性能　ＬｂＪ　ＹＡＰＰ　Ｒ，ＤＡＶＩＥＳ　Ｈ　Ａ，ＬＥＣＣＡＢＵＥ　Ｆ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ａｍｂｉｅｎｔ　ｇａｓ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｃｒｙｓｔａＩ１ｉｎｅ　ＮｄＦｅＢ　３　结论　１）Ｎｉ—Ｗ—Ｐ合金镀层随着Ｐ和ｗ总含量的增　加，发生晶态一混晶态　非晶态的结构转变．镀层发　ｂａｓｅｄ　ｍｅｌｔ　ｓｐｕｎ　ｒｉｂｂｏｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉ　ｅｎｃｅ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９９，３８：３３—３８．　［７］　王冬玲，王憨鹰，陈焕铭．ＮｄＦｅＢ材料化学镀镍层起泡脱　皮原因及解决方法［Ｊ］．材料保护，２００７，６（３）：２５３—２５５．　［８］　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－ｌ３．　生此结构转变时，镀层中的Ｐ含量呈递减的规律，　由于ｗ的共沉积，使得Ｎｉ—Ｗ—Ｐ合金呈非晶态结构　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ　Ｎｉ－＿Ｗ－＿Ｐ　Ａｌｌｏｙ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｏｎ　ＮｄＦｅＢ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｆｕ　Ｐｅｎｇ　，Ｃｈｅｎ　Ｈｕａｎｍｉｎｇ　，Ｇａｏ　Ｙａｈｏｎｇ　，Ｗａｎｇ　Ｄｏｎｇｌｉｎｇ　，Ｇｕ　Ｙｕｄａｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｉｎｇｘｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ　７５００２１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗｅｎｓｈａｎｇ　Ｃｏｕｎｔｙ，Ｗｅｎｓｈａｎｇ　２７２５００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　Ｎｉ—Ｗ—Ｐ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ａｒｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＮｄＦｅＢ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ　ｐｌａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｎｉ　Ｗ—Ｐ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ａｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｘ—ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｔｅｓｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｗｅｉｇｈｔ　ｌＯＳＳ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｐ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｆｒｏｍ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｔｏ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｉｓ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｔｏ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙＫｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ　ｐｌａｔｉｎｇ；Ｎｉ—Ｗ—Ｐ　ａｌｌｏｙ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　．　（责任编辑、校对张刚）