釹鐵硼鎳銅鎳鍍層表面張力的提高

＊高矗 李濱 張友亮 杜偉 仉喜峰

（安泰愛科科技有限公司 山東 255022）

引言

自從20世紀80年代Sagawa等人發明釹鐵硼稀土永磁材料以來[1]，被廣泛應用于軍事、醫療、環保和電子等高科技領域[2-3]。近些年來，由于能源的緊張迫切需要高效率的電機來取代傳統電機，這就促進了釹鐵硼永磁材料在電機方面的應用[4]。而釹鐵硼永磁材料供貨前需要進行表面防護，電鍍鎳銅鎳是其中比較常見且性價比比較高的一種表面處理方 式[5]，耐腐蝕性、耐磨性比較好。但大多客戶處的組裝需要將其與其他組件進行粘接的固定方式，由于鎳銅鎳鍍層的膠水親和性較差，會導致與其他組件的粘接力下降，因此越來越多的客戶會對鎳銅鎳鍍層的釹鐵硼產品進行表面張力要求，為了保證其固定效果，就需要對其表面張力進行管控。實驗證明常規NiCuNi工藝表面張力一般在38dyn/cm以下。

根據表面張力的定義以及對鎳銅鎳鍍層加工工藝進行分析，得出可能影響表面張力的因素為：干燥方式、光亮劑添加量、粗化劑添加量、不同溫度存儲、有無紫外臭氧清洗等；對釹鐵硼材料電鍍鎳銅鎳加工過程的干燥方式、光亮劑添加量、粗化劑添加量、不同溫度存儲、有無紫外臭氧清洗等表面張力的影響因素進行分析以及實驗，在不影響其耐腐蝕性的前提下提高電鍍鎳銅鎳鍍層的表面張力以及存儲時間。

1.背景介紹

我們對常規工藝電鍍出來的鎳銅鎳鍍層產品進行表面張力衰減測試實驗時發現，初始時產品表面張力水平在37-38dyn/cm左右，經過2個月左右時間常規存儲后再次對產品進行表面張力測試，這時會發現表面張力會衰減至34dyn/cm以下。為了解決初始表面張力較低以及衰減較快的問題，對表面張力衰減情況進行了如下分析。

2.原因分析

(1)產品初始表面張力影響因素

產品表面的清潔狀態（電鍍后是否使用金屬清洗劑清洗）；

產品電鍍后的干燥方式；

產品吹干后擦拭輔材的選取；

周轉過程：周轉容器對產品表面的污染；

檢驗過程：檢驗方法對產品表面的污染；

產品表面粗糙度或者光澤度。

(2)產品張力衰減影響因素

工藝方面：產品表面粗糙度或者光澤度；

包裝方式：包裝輔材是否含有油脂類等揮發物質；

存儲：存儲環境溫度的影響；

產品本身：產品本身是否會自行揮發出一些油性有機物。

表1 產品張力影響分析Tab.1 Influence analysis of product tension

(3)理論支撐

①可以從兩個方面解釋溫度對表面張力的影響

A.溫度對液體分子間相互作用力的影響。隨著溫度升高，分子熱運動加劇動能增加，分子間引力減弱，從而使得液體分子由內部到表面所需的能量減少。

B.溫度變化對表面兩側的體相密度的影響。溫度升高，與表面層相鄰的兩體相的密度差變小，故表面張力減少。

②紫外臭氧清洗機清洗表面有機物原理

短波長紫外線的光敏氧化作用，有機污染物如光刻膠、樹脂、硅油和焊劑通過吸收短波紫外線而分解，當氧氣分子和臭氧在波長分別為184.9nm和253.7nm紫外線照射下同時產生活性氧（ROS），波長253.7nm的紫外線大部分被碳氫化合物和臭氧吸收。污染物與活性氧反應，生成易于揮發的氣體（如二氧化碳、水等），然后逸出基體表面。當波長184.9nm和253.7nm紫外線同時作用下，氧原子持續不斷的生成并轉化為臭氧，最后臭氧被進一步分解。

3.實驗

(1)實驗儀器

①SC-UV-I紫外臭氧清洗機；

②烘干機；

③冷藏柜；

④34#/36#/38#/40#/42#達因液。

(2)釹鐵硼材料電鍍鎳銅鎳加工過程

超聲波除油→熱水洗→水洗→酸洗除銹→水洗→超聲波去灰→上料→活化→電鍍底鎳→活化→電鍍銅→活化→水洗→電鍍表鎳→水洗→下料→烘干。

(3)實驗方案及操作條件

表2 實驗方案Tab.2 Experimental purpose and program

4.實驗結果與討論

(1)方案一：電鍍完成后使用金屬清洗劑進行清洗與常規方式對比

電鍍后使用常規水洗的方式清理后對產品進行表面張力測試，結果為38#達因液無收縮，40#達因液收縮；電鍍后使用金屬清洗劑清洗的清理方式對產品的表面張力進行測試，結果為42#達因液無收縮。

(2)方案二：高/低溫干燥對張力的影響

如圖：采用高/低溫干燥方式對電鍍后產品進行干燥，使用42#達因液對兩種干燥方式產品進行表面張力測試，其效果相近，使用40#達因液對兩種干燥方式產品進行表面張力測試，低溫干燥方式的產品20片有一片收縮，高溫干燥方式的產品20片有8片收縮，結果很明顯，低溫干燥方式對產品進行干燥更有益于提高初始表面張力大小。

圖1 高/低溫實驗結果對比Fig.1 Comparison of high/low temperature experimental results

(3)方案三：粗化劑對表面張力衰減的影響

前處理酸洗過程，一組添加A粗化劑對產品進行粗化處理，另一組不做添加；生產出來產品進行表面張力衰減實驗對比，為加速得到確認的結果，將兩組實驗電鍍生產的產品相同狀態下敞口暴露在空氣中存放，每周各抽取10片產品進行表面張力測試，進行表面張力衰減對比。

圖2 粗化劑對表面張力的影響Fig.2 Effect of coarsening agent on surface tension

如圖：粗化劑處理更有益于減緩表面張力衰減。

(4)方案四：光亮劑對表面張力衰減的影響

圖3 光亮劑對表面張力的影響Fig.3 Effect of brightener on surface tension

電鍍鎳過程，一組產品添加AmL/L光亮劑，另一組產品添加2AmL/L光亮劑；生產出來產品進行表面張力衰減對比實驗，為加速得到確認的結果，將兩組實驗電鍍生產的產品相同狀態下敞口暴露在空氣中存放，每周各抽取10片產品進行表面張力測試，進行表面張力衰減對比。

如圖：光亮劑添加濃度低更有益于減緩產品表面張力的衰減。

(5)方案五：溫度對表面張力衰減的影響

常規電鍍過程，2組實驗品，每組實驗10個產品一單元，使用雙層特殊包裝紙包裹，真空袋抽真空處理；一組實驗在倉庫常規溫度存儲，另一組實驗在10℃冷藏柜中存儲；每周每組各取10pcs產品進行表面張力衰減對比測試。

圖4 溫度對表面張力的影響Fig.4 Effect of temperature on surface tension

如圖：低溫存儲更有益于減緩表面張力衰減。

(6)方案六：紫外臭氧清洗對張力衰減的影響

①取20pcs表面張力＜34dyn/cm的產品進行紫外臭氧清洗機清洗，清洗后結果如下：18pcs產品進行表面張力測試時，42#達因液不收縮，2片產品進行表面張力測試時，42#達因液收縮，這20片產品背面繼續做表面張力測試，34#達因液不收縮。

②取常規鎳銅鎳產品進行紫外臭氧清洗機清洗，與不經過紫外臭氧清洗機清洗的產品進行對比，為加速得到確認的結果，將兩組實驗電鍍生產的產品相同狀態下敞口暴露在空氣中存放，每周各抽取10片產品進行表面張力測試，進行表面張力衰減對比。

圖5 紫外臭氧清洗對表面張力的影響Fig.5 Effect of ultraviolet ozone cleaning on surface tension

5.結論

（1）經過金屬清洗劑處理、低溫的干燥方式處理后的產品，其初始表面張力可以到達≥42dyn/cm。

（2）酸洗過程添加粗化劑、電鍍過程添加低濃度的光亮劑、低溫存儲以及紫外臭氧清洗機清洗這四種方式會降低產品表面張力的衰減速度。

（3）同時采取（2）中四種可以降低表面張力衰減速度的因素，釹鐵硼永磁材料鍍覆鎳銅鎳鍍層的產品表面張力可以做到初始表面張力≥42dyn/cm，且經過常溫存儲四個月后產品的表面張力≥36dyn/cm。