＊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(jì)80年代Sagawa等人發(fā)明釹鐵硼稀土永磁材料以來[1]，被廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、環(huán)保和電子等高科技領(lǐng)域[2-3]。近些年來，由于能源的緊張迫切需要高效率的電機(jī)來取代傳統(tǒng)電機(jī)，這就促進(jìn)了釹鐵硼永磁材料在電機(jī)方面的應(yīng)用[4]。而釹鐵硼永磁材料供貨前需要進(jìn)行表面防護(hù)，電鍍鎳銅鎳是其中比較常見且性價(jià)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(jìn)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(dǎo)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(chǎn)品進(jìn)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(jìn)行管控。實(shí)驗(yàn)證明常規(guī)NiCuNi工藝表面張力一般在38dyn/cm以下。

根據(jù)表面張力的定義以及對鎳銅鎳鍍層加工工藝進(jìn)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(jìn)行分析以及實(shí)驗(yàn)，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(guī)工藝電鍍出來的鎳銅鎳鍍層產(chǎn)品進(jìn)行表面張力衰減測試實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，初始時產(chǎn)品表面張力水平在37-38dyn/cm左右，經(jīng)過2個月左右時間常規(guī)存儲后再次對產(chǎn)品進(jìn)行表面張力測試，這時會發(fā)現(xiàn)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(jìn)行了如下分析。

2.原因分析

(1)產(chǎn)品初始表面張力影響因素

產(chǎn)品表面的清潔狀態(tài)（電鍍后是否使用金屬清洗劑清洗）；

產(chǎn)品電鍍后的干燥方式；

產(chǎn)品吹干后擦拭輔材的選?。?/p>

周轉(zhuǎn)過程：周轉(zhuǎn)容器對產(chǎn)品表面的污染；

檢驗(yàn)過程：檢驗(yàn)方法對產(chǎn)品表面的污染；

產(chǎn)品表面粗糙度或者光澤度。

(2)產(chǎn)品張力衰減影響因素

工藝方面：產(chǎn)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(fā)物質(zhì)；

存儲：存儲環(huán)境溫度的影響；

產(chǎn)品本身：產(chǎn)品本身是否會自行揮發(fā)出一些油性有機(jī)物。

表1 產(chǎn)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(yùn)動加劇動能增加，分子間引力減弱，從而使得液體分子由內(nèi)部到表面所需的能量減少。

B.溫度變化對表面兩側(cè)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(jī)清洗表面有機(jī)物原理

短波長紫外線的光敏氧化作用，有機(jī)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(dāng)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(chǎn)生活性氧（ROS），波長253.7nm的紫外線大部分被碳?xì)浠衔锖统粞跷?。污染物與活性氧反應(yīng)，生成易于揮發(fā)的氣體（如二氧化碳、水等），然后逸出基體表面。當(dāng)波長184.9nm和253.7nm紫外線同時作用下，氧原子持續(xù)不斷的生成并轉(zhuǎn)化為臭氧，最后臭氧被進(jìn)一步分解。

3.實(shí)驗(yàn)

(1)實(shí)驗(yàn)儀器

①SC-UV-I紫外臭氧清洗機(jī)；

②烘干機(jī)；

③冷藏柜；

④34#/36#/38#/40#/42#達(dá)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(shí)驗(yàn)方案及操作條件

表2 實(shí)驗(yàn)方案Tab.2 Experimental purpose and program

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

(1)方案一：電鍍完成后使用金屬清洗劑進(jìn)行清洗與常規(guī)方式對比

電鍍后使用常規(guī)水洗的方式清理后對產(chǎn)品進(jìn)行表面張力測試，結(jié)果為38#達(dá)因液無收縮，40#達(dá)因液收縮；電鍍后使用金屬清洗劑清洗的清理方式對產(chǎn)品的表面張力進(jìn)行測試，結(jié)果為42#達(dá)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(chǎn)品進(jìn)行干燥，使用42#達(dá)因液對兩種干燥方式產(chǎn)品進(jìn)行表面張力測試，其效果相近，使用40#達(dá)因液對兩種干燥方式產(chǎn)品進(jìn)行表面張力測試，低溫干燥方式的產(chǎn)品20片有一片收縮，高溫干燥方式的產(chǎn)品20片有8片收縮，結(jié)果很明顯，低溫干燥方式對產(chǎn)品進(jìn)行干燥更有益于提高初始表面張力大小。

圖1 高/低溫實(shí)驗(yàn)結(jié)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(chǎn)品進(jìn)行粗化處理，另一組不做添加；生產(chǎn)出來產(chǎn)品進(jìn)行表面張力衰減實(shí)驗(yàn)對比，為加速得到確認(rèn)的結(jié)果，將兩組實(shí)驗(yàn)電鍍生產(chǎn)的產(chǎn)品相同狀態(tài)下敞口暴露在空氣中存放，每周各抽取10片產(chǎn)品進(jìn)行表面張力測試，進(jìn)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(chǎn)品添加AmL/L光亮劑，另一組產(chǎn)品添加2AmL/L光亮劑；生產(chǎn)出來產(chǎn)品進(jìn)行表面張力衰減對比實(shí)驗(yàn)，為加速得到確認(rèn)的結(jié)果，將兩組實(shí)驗(yàn)電鍍生產(chǎn)的產(chǎn)品相同狀態(tài)下敞口暴露在空氣中存放，每周各抽取10片產(chǎn)品進(jìn)行表面張力測試，進(jìn)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(chǎn)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(guī)電鍍過程，2組實(shí)驗(yàn)品，每組實(shí)驗(yàn)10個產(chǎn)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(shí)驗(yàn)在倉庫常規(guī)溫度存儲，另一組實(shí)驗(yàn)在10℃冷藏柜中存儲；每周每組各取10pcs產(chǎn)品進(jìn)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(chǎn)品進(jìn)行紫外臭氧清洗機(jī)清洗，清洗后結(jié)果如下：18pcs產(chǎn)品進(jìn)行表面張力測試時，42#達(dá)因液不收縮，2片產(chǎn)品進(jìn)行表面張力測試時，42#達(dá)因液收縮，這20片產(chǎn)品背面繼續(xù)做表面張力測試，34#達(dá)因液不收縮。

②取常規(guī)鎳銅鎳產(chǎn)品進(jìn)行紫外臭氧清洗機(jī)清洗，與不經(jīng)過紫外臭氧清洗機(jī)清洗的產(chǎn)品進(jìn)行對比，為加速得到確認(rèn)的結(jié)果，將兩組實(shí)驗(yàn)電鍍生產(chǎn)的產(chǎn)品相同狀態(tài)下敞口暴露在空氣中存放，每周各抽取10片產(chǎn)品進(jìn)行表面張力測試，進(jìn)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(jié)論

（1）經(jīng)過金屬清洗劑處理、低溫的干燥方式處理后的產(chǎn)品，其初始表面張力可以到達(dá)≥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(jī)清洗這四種方式會降低產(chǎn)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(chǎn)品表面張力可以做到初始表面張力≥42dyn/cm，且經(jīng)過常溫存儲四個月后產(chǎn)品的表面張力≥36dyn/cm。