烧结钕铁硼电镀设备的探讨.doc
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1、烧结钕铁硼电镀的电镀设备探讨! 稀土钕铁硼永磁材料以其优良的磁性能自1983年一经问世即得到长足的发展,目前已广泛应用于机电、通讯、仪表、计算机、医疗器械等众多领域。但由于钕铁硼磁体电位较负,表面极易氧化,故在使用前必须进行严格的防腐处理,否则会直接影响整机的使用性能和寿命。我国是个钕铁硼大国,但也是个弱国,其原因较多的时候并非磁体的磁性能差,而是表面处理水平低下。所以,表面处理技术在钕铁硼产品生产中占有举足轻重的地位。电镀做为一种成熟的金属表面处理手段,在钕铁硼磁体防腐领域应用较为广泛。钕铁硼电镀相对于普通零件电镀,它的特殊性表现在难于获得结合力好的镀层、难于协调镀层厚度与磁性能的关系、镀层
2、表面容易受损等。钕铁硼电镀设备同样具有与普通设备不同的特殊性,设备做为槽外控制镀层质量的手段在钕铁硼电镀中的地位尤显重要。这一点必须得到充分的认识,否则,即使使用再先进的电镀工艺也难于获得理想的合格镀层。本文将从以下几点阐述钕铁硼电镀设备的特殊性。 1、滚筒 钕铁硼产品以小零件居多,故一般采用滚镀的方法,并且多以卧式滚镀为主。众所周知,卧式滚镀设备的关键部件是滚筒,滚筒的好坏直接关系到所镀产品质量的优劣。在钕铁硼电镀中更是如此,滚筒是整个设备的最重要部分,只有选择合适的滚筒才能镀出高品质的产品。1.1 滚筒尺寸选择一个合理的滚筒尺寸是钕铁硼电镀设备的重中之重。这句话毫不夸张,比如在早些年,曾有
3、不少钕铁硼电镀企业在选用设备时一味追求豪华、自动化程度高、设备产能大等,而忽视了最根本的滚筒尺寸的合理性。所以镀出的产品质量低下,合格率不高,市场销售不畅,并时常伴有退货、索赔等事件发生。钕铁硼材料是个多相组织,每相的电位各不相同,尤其晶粒边界的富Nd相电位最低,与其它各相间形成原电池,发生电化学腐蚀。并且其腐蚀速度远大于普通钢铁零件。所以,钕铁硼零件在进到滚筒后,应尽可能快地使其沉上镀层以阻止其表面氧化进程。镀层沉积的速度越快,零件表面的氧化程度就越小,镀层与基体间的结合力就越好。那么,从滚筒的角度考虑,怎样才能使镀层的沉积速度加快呢?众所周知,零件在滚筒内只有翻滚至露在表面层与溶液充分接触
4、,才能有机会被沉上镀层,倘若翻滚至流动的零件内层,则零件上只有电流通过而电化学反应基本停止。所以,做为钕铁硼电镀的滚筒,应该更多地提供零件露在表面层与溶液充分接触的机会,这个机会越多,镀层沉积速度就越快,结合力就越好。而能够更多地提供这个机会的滚筒只有小滚筒。小滚筒由于容积小,滚筒装载量少,零件在滚筒内的堆积情况较轻,零件的混合周期(零件从表层转入内层再转回表层的时间)短,则与溶液充分接触的机会多,受镀的机会也就多。而装载量大的滚筒,由于零件的堆积情况严重,零件有较多的时候不能与溶液充分接触,不与溶液充分接触电化学反应就会停止,但零件自身的氧化却不会停止。零件堆积情况越严重,表面氧化程度就越大
5、。试想,在氧化了的零件表面上沉积的镀层,怎么能够保证其良好的结合力呢?另外,滚筒装载量大(尤其直径大),零件在滚筒内的翻滚强度就大,而由于钕铁硼材料较脆,则容易出现零件表面受损如“磕边”、“磕角” 等。所以,钕铁硼电镀在选用滚筒时,一定要遵循“小”的原则,只有小一些的滚筒才能保证镀层的高品质。多年的钕铁硼电镀实践也完全证明了这一点。甚至不少企业曾为此付出了惨重的代价,这个代价不单是直接的经济损失,更多的时候是企业长时间不能走上良性发展的轨道。为了做出高品质的产品,钕铁硼电镀滚筒不宜太大,这已是个不争的事实。但滚筒装载量小,产量必然受到影响,这也是个实际情况。比如,一个规模稍大的钕铁硼生产企业一
6、天的电镀量一般在1吨以上,而每个滚筒的装载量为3公斤,以3公斤/筒的装载量去完成1吨/天的生产任务,看来确非一件易事。所以,为了弥补小滚筒产能的不足,唯一的办法就是增加滚筒的数量。只有数量多的小滚筒才能满足钕铁硼电镀“质”和“量”的双重要求。目前国内钕铁硼生产企业的电镀滚筒大多如此,即使钕铁硼电镀技术比较先进的日资(或中日合资)、韩资(或中韩合资)企业也基本如此。1.2 滚筒转速钕铁硼产品中薄片零件较多,薄片零件由于“贴壁”现象容易使镀层出现发花、“滚筒眼”、厚度不均等质量问题。解决的办法是,零件在滚镀过程中应尽量少出现“结团”现象而多呈现“单体”状态。单体零件与溶液充分接触,则不会出现“贴壁
7、”带来的镀层质量问题。提高滚筒转速是解决零件“贴壁”问题的好办法,滚筒转速快,零件翻滚好,互相粘贴的几率也就小。但是,由于钕铁硼材料脆性大,如果零件在滚筒内的翻滚过于强烈,则会出现程度不同的表面受损现象。从这个角度讲,钕铁硼电镀滚筒的转速又不宜太快。滚筒转速慢,零件容易粘贴;滚筒转速快,表面又容易受损。看来,真是左右两难!最后,解决这个问题的办法还是在滚筒尺寸上。为了保证零件在滚筒内翻滚均匀,提高滚筒转速是必须的,但为了保证高转速下零件受损程度小,同时可使使用的滚筒直径缩小。滚筒直径小,零件翻滚跌落时的落差小,零件间相互磕碰的强度减轻,零件表面的受损程度自然也就减轻。也就是说,在滚筒转速即角速
8、度不能减小的情况下,缩小滚筒直径可使零件在滚筒内运行的线速度减小。角速度大,零件翻滚充分;线速度小,零件受损程度小。这样,既解决了薄壁零件的“贴壁”问题,又使零件表面的受损程度减轻。但是,滚筒直径缩小后,滚筒装载量必然受到影响,设备的产能将会降低。这时,可适当加长滚筒的长度,以尽可能增加滚筒的载重。这样,适合钕铁硼薄壁零件电镀的实际是一种细长型滚筒。并且,细长型滚筒在镀层的厚度波动性、提高电流效率等方面也同时具有优势。但是,并非滚筒越细越长就越好,滚筒长度与直径必须符合一定的比值,否则滚筒的机械强度将会受到影响。另外,这种适合钕铁硼薄壁零件电镀的细长型滚筒,同样适合其它非片状钕铁硼零件(如磁钢
9、等),而且还会收到意想不到的效果。原因是细长型滚筒与同等容积的粗短型滚筒相比,零件在滚筒内的摊开面积大,零件的混合周期短,当然受镀的机会也就多。但在镀非片状钕铁硼零件时,滚筒转速不用太快,以进一步减轻零件在滚筒内的受损程度。所以,钕铁硼电镀滚筒的转速应该能够调节,以便使用时可根据情况选用不同的转速。常见的滚筒调速方式有两种。一种是变档调速,就是把常用的滚筒转速做成几个档位,然后可根据情况使用不同档位的转速。就象汽车的手动档变速器,驾驶员在行车时可根据道路行驶情况来变换不同的档位。另一种是无极调速,即设计一个最高转速,然后滚筒转速可在零至该转速之间连续调节。两种调速方式各有优缺点,变档调速档位清
10、晰,转速波动小,但偶尔会有涉及不到的有用转速;无极调速转速可选余地大,适用情况多,但转速波动大,设备稳定性稍差。最好的方案是将两种调速方式结合起来,常规情况下使用变档调速,当使用变档调速涉及不到的转速时,可启动无极调速系统。一旦无极调速系统损坏,仍可以使用变档调速进行正常生产。1.3 滚筒的透水性和可靠性由于滚筒的封闭式结构,滚筒板成为影响滚筒内外离子交换的天然屏障。所以滚镀的电流阻力大,电流效率低,镀层厚度不均。想方设法改善滚筒的透水性能,滚筒板的屏蔽作用就会降低,电镀过程中消耗的金属离子就容易补充,滚镀的许多弊病也就减轻。钕铁硼电镀对滚筒的透水性能更是有要求,滚筒透水性能好,镀层沉积速度就
11、快,零件表面的氧化程度就小,镀层结合力也就好。尤其对钕铁硼深孔零件(如磁钢),滚筒透水性能好,不仅可加快零件表面镀层沉积,还可使深孔内的镀覆能力得到提高。改善滚筒的透水性能,如果仅从滚筒本身考虑,一般有两个途径:一是增加滚筒开孔率,二是减薄滚筒板厚度。滚筒开孔率高和滚筒板厚度薄,使得离子在进出滚筒时遇到的阻力小,滚筒的透水性便能得到改善。但是,改善滚筒的透水性能,并不是一味增加滚筒开孔率和减薄滚筒板厚度,否则会影响滚筒的机械强度,滚筒的可靠性就会降低。尤其对于钕铁硼电镀,要求使用的滚筒不仅透水性能好,更要有良好的可靠性能。由上文分析知道,钕铁硼电镀使用的滚筒虽然尺寸小,但电镀量大,而且由于零件
12、防护性要求高每筒的电镀时间又很长。所以,钕铁硼电镀的滚筒使用率非常高,使用时的疲劳强度也非常大。常见钕铁硼电镀企业节假日不休,二十四小时三班制生产,即使这样还有可能完不成生产任务。试想,倘若滚筒的可靠性不佳,怎么能经得住钕铁硼电镀的高强度使用呢?所以,钕铁硼电镀使用的滚筒既要透水性能好,又要疲实、耐用、可靠性高,要做到透水性与可靠性的和谐统一。1.4 滚筒开门钕铁硼电镀使用的滚筒开关门速度一定要快,这样可缩短零件进滚筒后在空气中的停留时间,以尽可能地减轻零件表面的氧化程度。另外,钕铁硼产品中薄片零件较多,所以滚筒开门一定要严密,否则很容易由于零件被夹、卡而成为次品。钕铁硼电镀的产品合格率要求很
13、高,所以在设备制作中,任何一个容易给电镀带来隐患的方面都不允许忽视。常有钕铁硼生产企业由于电镀合格率不高而被退货或索赔,使企业蒙受不必要的损失。2 生产线 钕铁硼产品的零件品种五花八门,电镀使用的滚筒尺寸小,数量多,而电镀生产量又大,产品质量要求又高,所以选择一种合适的生产线方式至关重要。2.1 自驱动滚镀设备国内钕铁硼电镀起步较晚,大约在20世纪80年代末至90年代初,当时并没有专用的滚镀设备。但多数企业都能够掌握钕铁硼电镀使用的滚筒尺寸要小的原则,而当时小型滚筒只有自驱动滚镀机,所以这种自驱动滚镀设备比较盛行。自驱动滚镀机即自带电机滚镀机,这种滚镀机的驱动电机一般位于滚筒的正上方,并通过齿
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