釹鐵硼永磁體表面處理：守護“磁王”的抗腐蝕鎧甲

燒結釹鐵硼永磁材料因其優異的磁性能被譽為“磁王”，廣泛應用于電機、電子設備、醫療器械和清潔能源等領域。然而，其化學活性強、多相結構導致的易氧化腐蝕特性嚴重制約了使用壽命和可靠性。研究表明，1cm3的燒結釹鐵硼在150℃空氣中放置51天便會完全氧化腐蝕。釹鐵硼產業鏈長，電鍍或表面處理通常為最后一道工序，不合格報廢產品、客戶投訴產品中，70%以上的原因集中在電鍍環節。因此，表面處理已成為釹鐵硼生產過程中不可或缺的防護環節，通過金屬鍍層、化學轉化膜及有機涂層等技術形成防護層，顯著提升材料耐蝕性和機械性能。

表面處理的重要性

釹鐵硼永磁體主要由釹（Nd）、鐵（Fe）和硼（B）組成，其多相結構存在電位差，使磁體本身成為微電池，加速電化學腐蝕。同時，粉末冶金工藝導致的內部微小孔隙以及磨削加工產生的表面惡化層進一步增加了腐蝕風險。腐蝕不僅造成磁體外觀損傷，更會導致磁性能衰減甚至喪失，影響整機設備的穩定性和壽命。

釹鐵硼磁體的物理與化學特性決定了其表面處理的特殊性。如表1所示，其理論最大磁能積可達到64MGOe，密度約為7.4~7.6g/cm3，維氏硬度在550~700。化學特性方面，釹鐵硼磁體極易受到氧化和腐蝕，特別是在潮濕和化學腐蝕性環境中，且居里溫度約為320~380℃，當溫度超過120℃時，磁性能會顯著下降。

表1 釹鐵硼磁體的物理與化學特性

因此，表面處理是確保釹鐵硼在現代工業中可靠應用的關鍵。釹鐵硼磁體的表面處理應滿足以下要求：①良好的粘附性；②高耐腐蝕性；③對磁性能影響小；④適應性強；⑤環保性。

主流的表面處理技術

目前釹鐵硼表面處理主要包括電鍍、化學轉化膜（如鈍化、磷化）和有機涂層等方法。

1. 電鍍技術

電鍍是應用最廣泛的防護工藝，主要通過隔絕磁體與空氣中氧氣接觸，以此增強其抗腐蝕性、抗氧化性以及表面硬度。電鍍材料包括鎳、鋅、銅、錫等，其中鎳電鍍最為常見。

不同鍍層的性能差異顯著：

鍍鋅：成本低，但耐腐蝕性較差（鋅為活潑金屬），使用壽命較短，表面易脫落。

鍍鎳：耐腐蝕性更高，硬度高，能避免磁體磕碰掉角，外觀更亮。但對薄壁或小尺寸磁體，鎳的磁性可能影響磁性能。

圖源：金力永磁官網

電鍍工藝中，電流密度、溫度、酸堿度等因素都會影響鍍層的質量。電流密度過高可能導致鍍層不均勻，甚至邊角部位燒焦等缺陷，而過低的電流密度則可能導致鍍層附著力不足。

2. 涂層技術

涂層技術能夠提高磁體的耐腐蝕性和抗磨損性。涂層材料通常包括環氧樹脂、聚氨酯、聚酯、聚四氟乙烯等有機聚合物。與電鍍技術相比，涂層技術的工藝更加簡便，可以提供多樣化的涂層效果。

涂層技術的核心在于涂層的附著力和均勻性。為了提高涂層的附著力，通常會采用表面預處理技術，如等離子體處理或磷化處理。電泳涂裝技術在釹鐵硼磁體的表面處理中有著廣泛應用，通過電泳作用，涂料能夠均勻地沉積在磁體表面。

3. 化學轉化膜技術

主要包括鈍化處理和磷化處理，這類工藝簡單、成本低。

鈍化處理：通過酸洗和氧化在表面生成致密保護膜。

磷化處理：形成多孔吸附膜，常用于過程防腐和改善環氧浸潤性。磷化膜能抵抗大氣環境腐蝕，延長存儲時間，且后續處理時易去除。

盡管磷化和陶化技術具有諸多優點，但其防護效果有限，處理時間較長，且對工藝控制的要求較高。膜的均勻性和厚度需要精確控制，以確保最佳的保護效果。

創新表面處理技術與優化策略

隨著應用要求提高，傳統技術不斷革新，新一代處理技術致力于兼顧耐蝕性、磁性能及環保性。

1. 納米復合涂層技術：如納米CeO?改性硅烷復合膜，使磁體經受72小時鹽霧無銹蝕。

2. 真空鍍膜技術：

多弧離子鍍：如制備Ti/Cr過渡層、Al/Al合金耐蝕中間層和AlN耐磨外層的復合結構。

原子層沉積（ALD）：可制備氧化鎂、氧化鋁、氧化鈦等納米級薄膜（50nm-1μm）。

3. 等離子體處理：對釹鐵硼表面納米涂層性能有顯著改善，提高涂層結合力和耐蝕性。

優化表面處理工藝需要綜合考慮多方面因素：

第一，優化鍍層的厚度和均勻性對于提高釹鐵硼磁體的耐腐蝕性至關重要。根據實驗數據，鍍鎳和鎳-銅-鎳的涂層在10-25μm厚度范圍內提供了最優的防腐性能，同時不影響磁體的磁性能。

第二，涂層材料的選擇和加工工藝也需要優化。例如，環氧涂層與Everlube在長時間的鹽霧試驗和PCT測試中表現出較好的耐腐蝕性，適用于需要較高化學穩定性的應用場景。

第三，工藝的可重復性和成本控制也是優化的重要考慮因素。鍍鋅和鍍鎳的表面處理技術已經成熟，適用于大批量生產。對比其他較為復雜的表面處理工藝，鍍鋅不僅成本低廉，而且能夠滿足常規環境下的防腐要求，適合大規模生產。

結語

表面處理是燒結釹鐵硼永磁體從"材料"轉變為"耐用產品"的關鍵環節。從傳統的電鍍、磷化，到創新的多弧離子鍍、原子層沉積，技術不斷進步只為更好地守護"磁王"免受腐蝕侵害。研究表明，鍍"鎳-銅-鎳"組合環氧樹脂涂層在高濕、高溫和潮濕環境中表現優異，能夠有效防止磁體的腐蝕。
隨著新能源、電子信息等產業對高性能釹鐵硼需求增長，其表面處理技術必將朝著更高效、更環保、更綜合防護的方向持續發展。優化表面處理工藝，控制鍍層厚度、材料選擇和生產成本，將為釹鐵硼磁體的廣泛應用提供更強的保障。

參考文獻
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郭貞山，等：熱變形釹鐵硼永磁體晶界擴散技術研究進展
鄧志偉，等：用于釹鐵硼永磁材料鍍鋅的鈍化工藝研究
闕永生，等：等離子處理對釹鐵硼表面納米涂層性能的影響
趙苗苗，等：超高性能釹鐵硼表面鍍滲處理研究
金力永磁官網等