真空用R2Co17稀土鈷磁柱表面凈化工藝的改進(jìn)

2014-02-18 李蓉中國工程物理研究院電子工程研究所

　　本文對R2Co17 磁柱零件的表面凈化工藝加以改進(jìn)，采用電化學(xué)工藝，效果良好。結(jié)果表明，R2Co17稀土鈷磁柱零件采用電化學(xué)凈化工藝，表面殘留磁粉少，表面平整光亮，更好地滿足了真空器件對該零件的要求。

　　R2Co17 稀土鈷磁性材料具有磁性強、穩(wěn)定性高等特點，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。然而由于稀土鈷磁性材料都是金屬間化合物，性質(zhì)很脆。當(dāng)該材料在真空器件中應(yīng)用時，必須對其凈化處理，常規(guī)的表面凈化處理方法是手工打磨和擦洗，采用這種方法處理，材料表面容易出現(xiàn)凈化不干凈、變形、開裂等問題現(xiàn)象，影響了器件質(zhì)量，且操作工藝煩瑣、效率低、光亮度不好。鑒于上述問題，有必要尋求一種新的表面凈化方法。

1、實驗方案分析與確定

　　零件表面凈化方法從原理上講有機械法、物理法、化學(xué)法與電化學(xué)法等，由于稀土鈷磁性材料磁化后，表面帶有許多磁性粉體，且材料本身很脆，機械和物理的方法難以達(dá)到凈化目的，化學(xué)法對材料有腐蝕作用, 且表面粘附的粉體不易反應(yīng)完全。而電化學(xué)的方法可以借助電場的作用使表面粉體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)從而容易去除，因此，確定采用電化學(xué)的方法。

　　金屬的電化學(xué)凈化主要利用電化學(xué)拋光和陽極溶蝕原理，從電解拋光的工作機理可知，零件被拋光時，表面顯微變形層(凸峰和凹谷)都被發(fā)生溶解，但凸峰處由于電力線最多，將更快地被溶解，因此表面結(jié)晶組織便相當(dāng)于金屬的真正(無變形)組織，零件可得到很光澤的和光滑的表面質(zhì)量。陽極溶蝕可以使表面附著的磁粉發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而溶解于溶液中。

　　通過分析，為解決實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，擬采用機械打磨和電化學(xué)兩種方案進(jìn)行對比試驗。

2、實驗過程和方法

　　2.1、實驗材料

　　實驗件為稀土鈷磁柱(Φ10 mm×10 mm圓柱體)。

　　2.2、實驗過程和步驟

　　A. 機械打磨法

　　采用砂紙一邊打磨一邊用棉花將砂粒從磁鋼上揩拭掉，如此反復(fù)數(shù)次，直至揩拭干凈為止，再用丙酮進(jìn)行超聲波清洗10min，無水乙醇脫水，烘干。

　　B. 電化學(xué)法

　　采用了H3PO4-CrO3 的簡單體系，文獻(xiàn)主要用于電化學(xué)拋光，根據(jù)反應(yīng)原理，我們認(rèn)為，可以用于凈化R2Co17 稀土鈷，參考工藝參數(shù)見表1。主要試驗步驟如下：

　　(1)用丙酮超聲波清洗10 min，進(jìn)行去油處理。

　　(2)配制溶液

　�、� 用托盤天平稱取CrO3 倒入燒杯中，按比例量取H3PO4 倒入燒杯，加熱攪拌溶解。

　�、� 配制3%的NaHCO3 水溶液。

　　(3) 采用18 V/50 A 的直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，陽極接樣件，陰極接不銹鋼。

　　(4)電解處理，按表1 的工藝參數(shù)進(jìn)行處理。

　　(5)依次浸熱去離子水→浸3%NaHCO3 進(jìn)行中和處理→浸熱去離子水三遍→吹干。備用。

表1 電化學(xué)處理的主要工藝參數(shù)

電化學(xué)處理的主要工藝參數(shù)

經(jīng)不同方法處理的表面粗糙度

圖1 經(jīng)不同方法處理的表面粗糙度(a)原始樣品(0#)；(b)表面機械打磨樣品(1#)；(c)電化學(xué)處理樣品(2#)

3、表面形貌分析

　　對同一批的磁鋼零件分別進(jìn)行機械打磨處理和電化學(xué)處理。結(jié)果肉眼觀察可見，經(jīng)打磨處理的磁鋼零件顏色灰暗，氧化層未完全徹底的清除，磁鋼表面出現(xiàn)嚴(yán)重變形，光亮度不夠；而經(jīng)電化學(xué)處理的磁鋼零件表面平整光亮，色澤均勻，效果良好。進(jìn)而分別對兩種處理方法的磁柱零件的表面進(jìn)行顯微觀察，采用激光共聚焦顯微鏡，結(jié)果如圖1 和表1 所示。

表2 經(jīng)不同方法處理的表面粗糙度

經(jīng)不同方法處理的表面粗糙度

　　從顯微照片中可以看出，原始表面有很多車刀紋，而且表面殘留許多不規(guī)則狀磁粉顆粒；經(jīng)機械打磨的零件表面雖然車刀紋有所降低，但仍然殘留不少磁粉或砂粒磨痕；而經(jīng)電解處理的零件，表面平整，機械加工痕跡幾乎看不見。表面粗糙度Sa 依次降低，特別是經(jīng)電化學(xué)處理的樣品Sa 顯著降低，面平均峰極差Sz 也明顯降低。由此可以看出電解處理凈化效果明顯優(yōu)于機械打磨。