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磁性材料电镀前处理几个问题的探讨
| 北京金星超声波设备技术公司 薛彩绵 | 1. 前言
钕—铁—硼磁性材料是将筛分后的钕、铁、硼超细粉经过混料、压制、烧结而成的。根据产品用途要求，机械加工成不同的形状。由于这种材料化学性质比较活泼，极易被氧化，故其成品需要进行电镀涂覆加工。然而电镀涂覆的质量又与它的前处理密切相关。这种前处理工艺一般包括脱脂、去锈、活化等工序。如果这种前处理过程有一个环节处理得不干净，都会给最终的电镀产品带来潜伏性缺陷，致使电镀层出现起泡，剥落等问题产生。有缺陷的磁性材料零件会失去市场销售价值而报废。如果带有隐蔽性缺陷的磁性材料零件一旦被应用到设备上，也许就会因这种不合格零件上机而造成整机故障。甚至造成严重后果。
2. 钕—铁—硼磁性材料电镀前的处理工艺
钕—铁—硼磁性材料不像锻压金属材料那么致密。属微孔型材料。它的多孔性给电镀前处理带来诸多困难和麻烦。除了要去除工件表面上的碱性、酸性物质和加工过程带入的污物外，最大的难度是，如何将微孔中的污物清除干净。
对于一般要求不高的低档磁性材料，以往采用的前处理工艺为：碱性脱脂—水洗—酸洗（漂白、中和）—水洗—表面活化—电镀。这种工艺过程虽简单，但它对脱脂剂的要求较高，需要用钕—铁—硼专用去油脱脂剂，这种去油脱脂剂的配方复杂，需要的原料种类多，用户配制过程非常麻烦。而且一旦配比不当，就会失效，实用性较差。
自从工业生产中的大功率超声波清洗机问世之后，这种难题便迎刃而解。超声波清洗得天独厚的空化效应能使残留在磁性材料微孔中的碱性、酸性物质得到较彻底清除。
采用超声波清洗后，钕—铁—硼磁性材料的前处理工艺一般为：
（1） 碱性脱脂—水漂—水漂—超声波精漂—稀硝酸处理（中和、漂白）—水漂洗—水漂洗—超声波精漂—活化处理—电镀
（2） 碱性脱脂—水漂洗—水漂洗—超声波精漂—稀硝酸（中和、漂白）处理—水漂洗—水漂洗—超声波精漂—活化处理—水漂洗—水漂洗—超声波精漂—电镀
（3） 超声波碱性脱脂—水漂洗—水漂洗—超声波精漂—稀硝酸（中和、漂白）处理—水漂洗—水漂洗—超声波精漂—活化处理—水漂洗—水漂洗—超声波精漂—电镀
分析以上三种工艺，其不同点在于：工艺（1）的特点是：活化处理后直接电镀。而（2）（3）两种工艺却在活化处理后又进一步使用了超声波精漂洗。使用第一种工艺的理由是认为经过活化处理后的磁性材料工件的表面状态最佳、很适合与电镀层的结合。容易保证电镀质量。而使用2、3种工艺的理由是认为活化液呈酸性，工件微孔中的残留酸性物质必须用超声波清洗进一步去除才能保证电镀质量。
这些工艺的共同点都是在碱性清洗和酸性清洗之后采用超声波精漂洗，工艺（3）使用了多达四道的超声波清洗。
我们推荐有条件的企业采用工艺（3），尤其对高品位的磁性材料采用多道次超声波清洗较为合适，它能很好地保证电镀产品质量。当然，这里不排除用户根据自己的操作习惯和产品对象选择不同的清洗工艺。
3. 清洗方式的选择
工件在清洗槽内的摆放方式与清洗质量有很大的关系，它的摆放方式又与工件的大小、形状、结构有关。一般来说，工件之间的重叠堆放，或一次堆放过多都会影响清洗效果。
钕—铁—硼磁性材料虽然形状各异，但多属于小型零件。可以将它放在尼龙网上，在清洗槽内进行晃动清洗，这样有助于工件表面的污物脱落，也有利于带有盲孔工件的水膜破坏，使盲孔内易产生空化效应。另一种摆放方式是直接将工件摊平在清洗槽底板（也就是超声波换能器辐射板）上，使工件承受强烈的超声波冲击。实践证明这种直接将工件放在底板上进行清洗的方法，清洗效果最佳，效率最高。为适应这一清洗方式，北京金星超声波设备技术有限公司专门设计制造了浅槽平底型的超声波清洗机，这种机型颇受磁性材料行业的青睐。
4. 功率密度的选择
众所周知，超声波输出达到一定强度时才能产生空化作用。一般在水中最低的功率密度应大于0.3W/cm2，然而功率密度过大，清洗能力提高了，却有可能造成工件表面的机械损伤或空化腐蚀。功率密度过小则生产效率太低，甚至工件清洗质量达不到要求。一般机械加工行业用超声波清洗机，其面功率密度为0.40～0.8W/cm2，体功率密度为25W/L左右。北京金星超声波设备技术有限公司制造的钕-铁-硼磁性材料专用超声波清洗机的面功率密度约为0.6W/cm2，体功率密度在100W/L左右。
5. 钕—铁—硼磁性材料专用清洗机的性能特点
钕—铁—硼磁性材料的清洗由于批量大、工艺过程长、电镀车间的环境恶劣、生产条件苛刻等因素，对超声波清洗设备的性能要求非同一般的机械加工行业所用。其技术难点在于：
（1）负载变化大。由于清洗过程靠手工操作，放入槽内工件的多少、水位高低、人为因素随意性较大，其负载的变化往往是很大的。这就要求超声波清洗设备在多变的负载下还能稳定地工作，清洗能力变化不能太大。
（2）清洗槽浅。清洗槽浅便于清洗操作，但液位低常常使超声波设备运行功率超大。个别操作工人图省事往往在排液时不断电，使设备在短时间内无液运行，致使清洗槽钢板振幅过大，内应力超过材料的疲劳强度，在钢板内部产生微裂纹，这种微裂纹一旦产生，在超声波振动作用下，裂纹就会逐步扩展致使钢板开裂。为避免这种情况发生要求设备在结构设计上采取特殊措施。
（3）电镀车间的酸雾气氛和潮湿环境对设备影响大。酸雾和潮湿很容易使超声波设备电子元件腐蚀和短路。
为适应钕—铁—硼磁性材料的清洗方式和工作条件，这就对超声波清洗设备在结构设计、材料选择、制造工艺上提出更加严格的要求。
以下介绍北京金星超声波设备技术有限公司制造的钕—铁—硼磁性材料专用超声波清洗机的特性。
5.1 设备的构造
北京金星超声波设备技术有限公司根据用户特点和需求，设计制作了钕—铁—硼磁性材料专用的超声波清洗机
5.1.1 设备的结构特点
5.1.1.1 尺寸与外形结构
钕—铁—硼磁性材料专用超声波清洗机设备高度为800毫米，特别适合人工操作。可以减少操作工人劳动强度。设备下方装有四个脚轮，移动灵活方便适合用户一机多用。出水口呈弧形，通畅无阻，适合小型工件，随水排放和拦接。清洗槽总深为200mm。既省水又便于水的更换和排放。
5.1.1.2超声波发射面板厚度
超声波发射板即清洗槽底板。金星超声波设备技术有限公司公司采用3毫米的不锈钢板。它的厚度与设备的抗空化腐蚀能力和寿命成正比（一般自激式电源的超声清洗机底板多为1.5毫米厚）金星产品能使用较厚的底板，得益于其优良的换能器和发生器（电源）制造技术。
5.1.1.3 超声头个数
金星超声公司的超声波清洗机标称功率数不等于他的功率容量。而是以最大限度来保证用户使用功率命名的。表1为该公司生产的多种型号超声波清洗机功率容量。
超声波清洗机功率容量 表1
设备型号 标称功率（ＫＷ） 超声头个数* 实际功率容量
JXD-10 1.0 15 1.5
JXD-15 1.5 20 2.0
JXD-20 2.0 28 2.8
JXD-25 2.5 32 3.2
JXD-30 3.0 40 4.0
*每只超声头为100W
在设备制造过程中，每个超声头都要经过严格的筛选和测试，尽量保证多个超声头性能的一致性。超声头的增多，不仅使整机的功率容量加大而且使清洗槽内的声场更加均匀，无盲点。另外，使每个超声头的负荷都留有裕量，这样会延长设备的使用寿命。
5.1.1.4 电源开关：
通常超声波的电源开关都设在超声波发生器的面板上，为了防止超声波发生器受潮和腐蚀气氛的影响，让超声波发生器远离清洗槽，金星公司为这种专用清洗机配置了远程防水按钮开关，使用极为方便。
5.1.2 专用清洗机的性能特点：
5.1.2.1 超声波发生器电源：
金星公司生产的超声波发生器采用了国际上先进的大功率IGBT模块，属于“他激式”电源。所谓“他激式”是指超声波发生器具有完整的独立的驱动控制电路和保护系统。适合长时间连续工作，稳定性和可靠性高。
5.1.2.2 超声头粘结用料：
金星公司采用进口优质金属胶作为超声头的粘结剂。配合良好的粘接工艺，和换能器制作工艺，真正做到了在正常使用条件下超声头永不脱落，由此保证了设备的长期使用。
5.1.2.3 扫频装置
通常超声波清洗机的频率属于一个定值，比如：20KHz.28KHz.33KHz等。金星生产的超声波清洗机还增加了扫频装置。
增加扫频装置的好处是：
（1） 换能器的工作频率不是定频而是在一定的频率范围内变化，增加了声场的均匀性有利于清洗力的提高。没有清洗“死点”。
（2） 尽管在制造过程中每个超声头都经过了严格的筛选，但它们的频率、阻抗等性能总是有差异的，有了扫频装置就能使每个超声头的出力比较均衡。
（3） 扫频装置可以使换能器的输出功率有一定的脉动，使液体中的空穴容易产生，空化强度较高。
6. 钕—铁—硼磁性材料专用超声波清洗机的应用
宁波地区是我国钕—铁—硼磁性材料几大生产基地之一。这个行业电镀的前处理普遍的采用了超声波清洗，据不完全统计宁波一些较大的磁性材料生产企业采用金星生产的专用清洗机已有10多家，近70台。详情见表2：
钕—铁—硼磁材应用厂家 表2
用户简称 使用台数 用户简称 使用台数
银球电子 19 创业电镀 2
科宁达公司 11 其它 14
韵升集团 11 山西、北京、天津地区 40余台
永久磁业 4
由于这种机型保证了钕-铁-硼磁性材料的电镀质量，给各企业带来了较大的经济效益，随着磁性材料行业的发展，这种机型的扩大应用前景一直看好。
参考文献：
[1]应崇福 超声学 科学出版社.1993年12月
[2]任建新 物理清洗 化学工业出版社 2000年1月 |
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与表面处理及化工相关联的设备、材料等方面的知识
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2005-08-04
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