磁性材料電鍍前處理幾個(gè)問(wèn)題的探討

1.前言

釹—鐵—硼磁性材料是將篩分后的釹、鐵、硼超細(xì)粉經(jīng)過(guò)混料、壓制、燒結(jié)而成的。根據(jù)產(chǎn)品用途要求，機(jī)械加工成不同的形狀。由于這種材料化學(xué)性質(zhì)比較活潑，極易被氧化，故其成品需要進(jìn)行電鍍涂覆加工。然而電鍍涂覆的質(zhì)量又與它的前處理密切相關(guān)。這種前處理工藝一般包括脫脂、去銹、活化等工序。如果這種前處理過(guò)程有一個(gè)環(huán)節(jié)處理得不干凈，都會(huì)給最終的電鍍產(chǎn)品帶來(lái)潛伏性缺陷，致使電鍍層出現(xiàn)起泡，剝落等問(wèn)題產(chǎn)生。有缺陷的磁性材料零件會(huì)失去市場(chǎng)銷售價(jià)值而報(bào)廢。如果帶有隱蔽性缺陷的磁性材料零件一旦被應(yīng)用到設(shè)備上，也許就會(huì)因這種不合格零件上機(jī)而造成整機(jī)故障。甚至造成嚴(yán)重后果。

2.釹—鐵—硼磁性材料電鍍前的處理工藝

釹—鐵—硼磁性材料不像鍛壓金屬材料那么致密。屬微孔型材料。它的多孔性給電鍍前處理帶來(lái)諸多困難和麻煩。除了要去除工件表面上的堿性、酸性物質(zhì)和加工過(guò)程帶入的污物外，最大的難度是，如何將微孔中的污物清除干凈。

對(duì)于一般要求不高的低檔磁性材料，以往采用的前處理工藝為：堿性脫脂—水洗—酸洗(漂白、中和)—水洗—表面活化—電鍍。這種工藝過(guò)程雖簡(jiǎn)單，但它對(duì)脫脂劑的要求較高，需要用釹—鐵—硼專用去油脫脂劑，這種去油脫脂劑的配方復(fù)雜，需要的原料種類多，用戶配制過(guò)程非常麻煩。而且一旦配比不當(dāng)，就會(huì)失效，實(shí)用性較差。

自從工業(yè)生產(chǎn)中的大功率超聲波清洗機(jī)問(wèn)世之后，這種難題便迎刃而解。超聲波清洗得天獨(dú)厚的空化效應(yīng)能使殘留在磁性材料微孔中的堿性、酸性物質(zhì)得到較徹底清除。

采用超聲波清洗后，釹—鐵—硼磁性材料的前處理工藝一般為：

(1)堿性脫脂—水漂—水漂—超聲波精漂—稀硝酸處理(中和、漂白)—水漂洗—水漂洗—超聲波精漂—活化處理—電鍍

(2)堿性脫脂—水漂洗—水漂洗—超聲波精漂—稀硝酸(中和、漂白)處理—水漂洗—水漂洗—超聲波精漂—活化處理—水漂洗—水漂洗—超聲波精漂—電鍍

(3)超聲波堿性脫脂—水漂洗—水漂洗—超聲波精漂—稀硝酸(中和、漂白)處理—水漂洗—水漂洗—超聲波精漂—活化處理—水漂洗—水漂洗—超聲波精漂—電鍍

分析以上三種工藝，其不同點(diǎn)在于：工藝(1)的特點(diǎn)是：活化處理后直接電鍍。而(2)(3)兩種工藝卻在活化處理后又進(jìn)一步使用了超聲波精漂洗。使用第一種工藝的理由是認(rèn)為經(jīng)過(guò)活化處理后的磁性材料工件的表面狀態(tài)最佳、很適合與電鍍層的結(jié)合。容易保證電鍍質(zhì)量。而使用2、3種工藝的理由是認(rèn)為活化液呈酸性，工件微孔中的殘留酸性物質(zhì)必須用超聲波清洗進(jìn)一步去除才能保證電鍍質(zhì)量。

這些工藝的共同點(diǎn)都是在堿性清洗和酸性清洗之后采用超聲波精漂洗，工藝(3)使用了多達(dá)四道的超聲波清洗。

我們推薦有條件的企業(yè)采用工藝(3)，尤其對(duì)高品位的磁性材料采用多道次超聲波清洗較為合適，它能很好地保證電鍍產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)然，這里不排除用戶根據(jù)自己的操作習(xí)慣和產(chǎn)品對(duì)象選擇不同的清洗工藝。

3.清洗方式的選擇

工件在清洗槽內(nèi)的擺放方式與清洗質(zhì)量有很大的關(guān)系，它的擺放方式又與工件的大小、形狀、結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，工件之間的重疊堆放，或一次堆放過(guò)多都會(huì)影響清洗效果。

釹—鐵—硼磁性材料雖然形狀各異，但多屬于小型零件。可以將它放在尼龍網(wǎng)上，在清洗槽內(nèi)進(jìn)行晃動(dòng)清洗，這樣有助于工件表面的污物脫落，也有利于帶有盲孔工件的水膜破壞，使盲孔內(nèi)易產(chǎn)生空化效應(yīng)。另一種擺放方式是直接將工件攤平在清洗槽底板(也就是超聲波換能器輻射板)上，使工件承受強(qiáng)烈的超聲波沖擊。實(shí)踐證明這種直接將工件放在底板上進(jìn)行清洗的方法，清洗效果最佳，效率最高。為適應(yīng)這一清洗方式，北京金星超聲波設(shè)備技術(shù)有限公司專門設(shè)計(jì)制造了淺槽平底型的超聲波清洗機(jī)，這種機(jī)型頗受磁性材料行業(yè)的青睞。

4.功率密度的選擇

眾所周知，超聲波輸出達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)才能產(chǎn)生空化作用。一般在水中最低的功率密度應(yīng)大于0.3W/cm2，然而功率密度過(guò)大，清洗能力提高了，卻有可能造成工件表面的機(jī)械損傷或空化腐蝕。功率密度過(guò)小則生產(chǎn)效率太低，甚至工件清洗質(zhì)量達(dá)不到要求。一般機(jī)械加工行業(yè)用超聲波清洗機(jī)，其面功率密度為0.40～0.8W/cm2，體功率密度為25W/L左右。北京金星超聲波設(shè)備技術(shù)有限公司制造的釹-鐵-硼磁性材料專用超聲波清洗機(jī)的面功率密度約為0.6W/cm2，體功率密度在100W/L左右。

5.釹—鐵—硼磁性材料專用清洗機(jī)的性能特點(diǎn)

釹—鐵—硼磁性材料的清洗由于批量大、工藝過(guò)程長(zhǎng)、電鍍車間的環(huán)境惡劣、生產(chǎn)條件苛刻等因素，對(duì)超聲波清洗設(shè)備的性能要求非同一般的機(jī)械加工行業(yè)所用。其技術(shù)難點(diǎn)在于：

(1)負(fù)載變化大。由于清洗過(guò)程靠手工操作，放入槽內(nèi)工件的多少、水位高低、人為因素隨意性較大，其負(fù)載的變化往往是很大的。這就要求超聲波清洗設(shè)備在多變的負(fù)載下還能穩(wěn)定地工作，清洗能力變化不能太大。

(2)清洗槽淺。清洗槽淺便于清洗操作，但液位低常常使超聲波設(shè)備運(yùn)行功率超大。個(gè)別操作工人圖省事往往在排液時(shí)不斷電，使設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)無(wú)液運(yùn)行，致使清洗槽鋼板振幅過(guò)大，內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞強(qiáng)度，在鋼板內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，這種微裂紋一旦產(chǎn)生，在超聲波振動(dòng)作用下，裂紋就會(huì)逐步擴(kuò)展致使鋼板開(kāi)裂。為避免這種情況發(fā)生要求設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取特殊措施。

(3)電鍍車間的酸霧氣氛和潮濕環(huán)境對(duì)設(shè)備影響大。酸霧和潮濕很容易使超聲波設(shè)備電子元件腐蝕和短路。

為適應(yīng)釹—鐵—硼磁性材料的清洗方式和工作條件，這就對(duì)超聲波清洗設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、制造工藝上提出更加嚴(yán)格的要求。

以下介紹北京金星超聲波設(shè)備技術(shù)有限公司制造的釹—鐵—硼磁性材料專用超聲波清洗機(jī)的特性。

5.1設(shè)備的構(gòu)造

北京金星超聲波設(shè)備技術(shù)有限公司根據(jù)用戶特點(diǎn)和需求，設(shè)計(jì)制作了釹—鐵—硼磁性材料專用的超聲波清洗機(jī)

5.1.1設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

5.1.1.1尺寸與外形結(jié)構(gòu)

釹—鐵—硼磁性材料專用超聲波清洗機(jī)設(shè)備高度為800毫米，特別適合人工操作。可以減少操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度。設(shè)備下方裝有四個(gè)腳輪，移動(dòng)靈活方便適合用戶一機(jī)多用。出水口呈弧形，通暢無(wú)阻，適合小型工件，隨水排放和攔接。清洗槽總深為200mm。既省水又便于水的更換和排放。

5.1.1.2超聲波發(fā)射面板厚度

超聲波發(fā)射板即清洗槽底板。金星超聲波設(shè)備技術(shù)有限公司公司采用3毫米的不銹鋼板。它的厚度與設(shè)備的抗空化腐蝕能力和壽命成正比(一般自激式電源的超聲清洗機(jī)底板多為1.5毫米厚)金星產(chǎn)品能使用較厚的底板，得益于其優(yōu)良的換能器和發(fā)生器(電源)制造技術(shù)。

5.1.1.3超聲頭個(gè)數(shù)

金星超聲公司的超聲波清洗機(jī)標(biāo)稱功率數(shù)不等于他的功率容量。而是以最大限度來(lái)保證用戶使用功率命名的。

在設(shè)備制造過(guò)程中，每個(gè)超聲頭都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的篩選和測(cè)試，盡量保證多個(gè)超聲頭性能的一致性。超聲頭的增多，不僅使整機(jī)的功率容量加大而且使清洗槽內(nèi)的聲場(chǎng)更加均勻，無(wú)盲點(diǎn)。另外，使每個(gè)超聲頭的負(fù)荷都留有裕量，這樣會(huì)延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

5.1.1.4電源開(kāi)關(guān)：

通常超聲波的電源開(kāi)關(guān)都設(shè)在超聲波發(fā)生器的面板上，為了防止超聲波發(fā)生器受潮和腐蝕氣氛的影響，讓超聲波發(fā)生器遠(yuǎn)離清洗槽，金星公司為這種專用清洗機(jī)配置了遠(yuǎn)程防水按鈕開(kāi)關(guān)，使用極為方便。

5.1.2專用清洗機(jī)的性能特點(diǎn)：

5.1.2.1超聲波發(fā)生器電源：

金星公司生產(chǎn)的超聲波發(fā)生器采用了國(guó)際上先進(jìn)的大功率IGBT模塊，屬于“他激式”電源。所謂“他激式”是指超聲波發(fā)生器具有完整的獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)控制電路和保護(hù)系統(tǒng)。適合長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，穩(wěn)定性和可靠性高。

5.1.2.2超聲頭粘結(jié)用料：

金星公司采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)金屬膠作為超聲頭的粘結(jié)劑。配合良好的粘接工藝，和換能器制作工藝，真正做到了在正常使用條件下超聲頭永不脫落，由此保證了設(shè)備的長(zhǎng)期使用。

5.1.2.3掃頻裝置

通常超聲波清洗機(jī)的頻率屬于一個(gè)定值，比如：20KHz.28KHz.33KHz等。金星生產(chǎn)的超聲波清洗機(jī)還增加了掃頻裝置。

增加掃頻裝置的好處是：

(1)換能器的工作頻率不是定頻而是在一定的頻率范圍內(nèi)變化，增加了聲場(chǎng)的均勻性有利于清洗力的提高。沒(méi)有清洗“死點(diǎn)”。

(2)盡管在制造過(guò)程中每個(gè)超聲頭都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的篩選，但它們的頻率、阻抗等性能總是有差異的，有了掃頻裝置就能使每個(gè)超聲頭的出力比較均衡。

(3)掃頻裝置可以使換能器的輸出功率有一定的脈動(dòng)，使液體中的空穴容易產(chǎn)生，空化強(qiáng)度較高。

6.釹—鐵—硼磁性材料專用超聲波清洗機(jī)的應(yīng)用

寧波地區(qū)是我國(guó)釹—鐵—硼磁性材料幾大生產(chǎn)基地之一。這個(gè)行業(yè)電鍍的前處理普遍的采用了超聲波清洗，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)寧波一些較大的磁性材料生產(chǎn)企業(yè)采用金星生產(chǎn)的專用清洗機(jī)已有10多家，近70臺(tái)。由于這種機(jī)型保證了釹-鐵-硼磁性材料的電鍍質(zhì)量，給各企業(yè)帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)效益，隨著磁性材料行業(yè)的發(fā)展，這種機(jī)型的擴(kuò)大應(yīng)用前景一直看好。