釹鐵硼永磁材料表面防護技術探討

齊麗君 鄧文宇 段永利 惠鑫 孫野

摘 要：本文圍繞釹鐵硼永磁材料表面防護的相關議題進行了探討，概述了釹鐵硼（NdFeB）的腐蝕機理，論述了NdFeB永磁材料表面防護處理技術，旨在不斷提升NdFeB永磁材料的生產工藝技術水平，提高產品性能。

關鍵詞：釹鐵硼 表面防護

1、引言

釹鐵硼（NdFeB）是磁性材料的一種，由于具有優異的磁性被稱為“磁王”，廣泛應用于機械制造業、家電產業、包裝產業以及航空航天業等。該磁性材料的質地硬而脆，表面容易被氧化腐蝕，因此必須通過對NdFeB材料表面進行防護處理才能使其性能優化，更好地滿足市場消費者的應用需求。對于NdFeB表面防護技術的研究也成為生產行業越來越關注的內容。

2、NdFeB 的腐蝕機理

NdFeB永磁材料主要有三相構成，分別為主Nd2Fe14B相，富B相以及富Nd相。由于三相在相互接觸的過程中會引發電化學反應，因此一旦構成腐蝕電池就會導致各相晶體間的腐蝕現象。腐蝕現象的發生離不開特定的環境條件，歸納起來主要有三種：分別為暖濕環境、高溫環境以及電化學環境。

暖濕環境通常濕度為50%～75%，θ為30℃～50℃，此時NdFeB永磁材料表層的富Nd相將與外界空氣中的水蒸氣發生化學反應Nd+3H2O→Nd（OH）3+3H，高能H會繼續與富Nd相發生反應Nd+3H→NdH3，隨著反應的不斷發生，富Nd相物質的量逐漸減少，同時由于生成的NdH3體積增大，導致晶界的體積相應增大，繼而引發晶界應力，使NdFeB不僅被腐蝕，同時也極容易斷裂或粉化。

高溫環境指的是溫度高于150℃的環境，在高于150℃時，NdFeB的氧化速度會明顯加快，此時NdFeB永磁材料表層的富Nd相將與外界空氣中的氧氣發生化學反應4Nd+3O2→2Nd2O3。同時NdFeB永磁材料中的主Nd2Fe14B相也會發生氧化分解反應4Nd2Fe14B+9O2→56Fe+ 2B2O3+4Nd2O3，Nd2Fe14B+12O2→7Fe2O3+ B+Nd2O3。隨著反應的不斷發生，NdFeB永磁材料的主Nd2Fe14B相和富Nd相有效成分隨之減少，造成NdFeB永磁材料腐蝕，導致性能下降。

電化學環境指的是在NdFeB永磁材料中相互接觸的各個相之間會產生電位差。其中富B相和富Nd相相對于主Nd2Fe14B相來說更易成為陽極，因此在電位差的存在下這兩相會優先發生腐蝕現象。隨著局部微型電池電化學反應的發生，富B相和富Nd相物質的量越來越少，相互接觸的晶界陽極電流密度越來越大于主相陰極的電流密度，引發更加快速的晶界腐蝕電化學反應，使NdFeB永磁材料極容易斷裂或

粉化。

3、NdFeB 永磁材料表面防護處理技術

（一）金屬涂層

金屬涂層的方法主要有電鍍、化學沉積法、化學鍍。其中應用較為廣泛的脈沖電鍍，是在NdFeB永磁材料的表面鍍上一層Zn或Ni，以此來提高NdFeB的耐腐蝕性。在研究NdFeB表面鍍Ni生產工藝時，有技術人員發現鍍Ni層的設計與材料最終的表面孔隙率和耐蝕性能高低有著密切的影響。在先采用中性預鍍Ni，再進行半光亮Ni和光亮Ni時，所得的材料表面性能要優于未采用中性預鍍Ni的材料。有人對于Zn-Fe合金電鍍層的含鐵量進行的了實驗研究，發現當Zn-Fe合金電鍍層的含鐵量為0.92%時所得到的NdFeB永磁材料表面鍍層具有最好的防腐性能。鈍化實驗后的NdFeB能夠在3.5%食鹽溶液中保持8d的穩定性。有研究人員采用化學沉積法制備了Ni- Al2O3的復合鍍層，所得的NdFeB永磁材料表面具有優異的防腐性能，實驗中，鍍層后的NdFeB能夠在3.5%食鹽溶液中保持12d的穩定性。化學鍍是近年來應用越來越多的一種金屬涂層工藝技術。在化學鍍涂層技術研究中，有人將超聲波和NdFeB材料表面的化學鍍過程相結合，在超聲波的協同作用下，NdFeB永磁材料的Ni-P鍍層更加細致緊密，比普通化學鍍層在防腐性能表現上更優。還有人將Ni-Cu-P鍍層和Ni-P鍍層作了對比研究，結果發現NdFeB永磁材料采用Ni-Cu-P鍍層比采用Ni-P鍍層能得到更好的防腐保護。對于化學鍍的涂層防腐技術來說，成本比電鍍涂層更高，而且對于鍍液性能穩定有著更高的要求。

（二）有機涂層

有機涂層的方法主要針對NdFeB永磁材料更為嚴苛的使用環境，比如外界環境具有強烈腐蝕性的氣液體、要求永磁材料表面嚴格絕緣等等。在這些環境中通常需要采用有機涂層的防護技術來提高NdFeB永磁材料的防腐性和絕緣性。常見的有機涂層有環氧樹脂、聚丙烯酸酯、聚酰胺、紅丹、氧化鉻等，才涂層生產中即可采用一種涂層材料，也可采用多種材料聯合使用的形式。針對有機涂層的研究主要集中在陰極電泳涂層工藝中的初始U、沉積U、漆液θ、固化θ、電泳時間等參數方面。通過不斷優化陰極電泳涂層工藝來提高生產效率，增強NdFeB的防腐性能。

（三）復合涂層

復合涂層是采用幾種涂層材料形成復合的梯度保護膜，通常是涂層的疊加，以此來提高NdFeB永磁材料的防腐性能。如將NdFeB材料先進行鍍Zn，然后在進行陰極電泳有機涂層，形成復合的保護膜。采用這種復合型工藝技術可以使NdFeB永磁材料的鍍涂層耐腐蝕性能比普通的單一電鍍層提高4倍以上，因此可以實現有效防腐，延長NdFeB永磁材料的使用壽命。復合涂層技術的工藝較為復雜，同時成本較高，因此找到不同涂層技術工藝的最佳融配合指標和參數是該防腐技術的關鍵

所在。

4、結語

未來，隨著納米技術的發展，新型的納米材料也將應用于NdFeB永磁材料的表面涂層防腐技術中，帶給NdFeB永磁材料防腐技術更多的發展空間。

參考文獻：

[1] 釹鐵硼永磁材料電鍍工藝與裝備的發展，陳小平，趙棟梁，李勇，等，《金屬功能材料》，2015，22（5）

[2] 釹鐵硼永磁材料物理氣相沉積技術及相關工藝的研究進展，胡芳，許偉，代明江，等，《材料導報》，2014，28（3）