一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備及制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備及制造方法，鍍膜設備包括真空室、圓柱旋轉陰極磁控靶、平面陰極磁控靶、圓柱或矩形陰極多弧離子靶、陽極層線性離子源、轉架和料筐。工作時轉架在真空室內公轉，網狀料筐兩端有轉軸安裝在轉架上即隨著轉架公轉又自轉。圓柱旋轉磁控靶安裝在真空室內轉架內部，平面磁控靶、多弧離子靶、陽極層線性離子源和加熱裝置安裝在真空室內轉架的周圍，復合鍍膜共分3層，第一層為磁控濺射鍍層，鍍層厚度為：0.1-5μm，第二層為磁控濺射和多弧的混合鍍層，鍍層厚度為：1-15μm，第三層為磁控濺射鍍層，鍍層厚度為：0.1-5μm。采用復合鍍膜作稀土永磁器件的表面處理工序，不僅提高了稀土永磁器件的抗腐蝕能力，同時也提高了稀土永磁器件的磁性能。
【專利說明】一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備及制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于永磁器件領域，特別是涉及一種釹鐵硼稀土永磁器件的真空鍍膜設備及制造方法。
【背景技術】
[0002]釹鐵硼稀土永磁材料，以其優良的磁性能得到越來越多的應用，被廣泛用于醫療的核磁共振成像，計算機硬盤驅動器，音響、手機等；隨著節能和低碳經濟的要求，釹鐵硼稀土永磁材料又開始在汽車零部件、家用電器、節能和控制電機、混合動力汽車，風力發電等領域應用。
[0003]現有技術的稀土永磁器件的表面處理工藝主要有電鍍N1-Cu-N1、電鍍Zn、電泳、噴涂等技術，也有采用真空鍍鋁的方法，如中國專利ZL96192129.3，揭示了真空鍍Ti和AlN的方法；另一個中國專利ZL01111757.5揭示了采用真空蒸發鍍鋅、鋁、錫、鎂的方法。
[0004]現有技術如圖1所示，在真空處理腔I內部的上區有兩個支撐件7并排設置，可以繞一個水平旋轉軸線上的轉軸6轉動。由不銹鋼絲網形成的六個圓筒5裝入磁件14，由轉軸8在支撐件7的轉軸6的外側圓周方向中并支撐為一個環形，用于繞轉軸6旋轉。作為用于蒸發的材料鋁絲9的蒸發段的多個加熱舟2設置在一個在處理腔I下區中的支撐平臺3上升起的加熱舟支撐基座4上。鋁絲9固定和纏繞在支撐平臺3之下的一個供給輥子10上。鋁絲9的前端由面向加熱舟2的一個內表面的熱阻保護管11導向達到加熱舟2上，一個凹口 12設置在保護管11的一部分中，而進給齒輪13對應于凹口 12安裝，并直接與鋁絲9接觸，這樣通過進給鋁絲9可以恒定地將鋁絲供入加熱舟2中，加熱蒸發沉積到轉動的料筒5中的磁件14上完成其表面鍍鋁。
[0005]現有技術采用蒸發鍍膜，膜層與基體的結合力差，提高稀土永磁器件的抗腐蝕能力存在不足；也有的現有技術采用了`磁控濺射鍍膜，由于磁控濺射的效率低，不適合低成本大批量生產，也有的沒有解決裝卡技術，不易裝卡，生產麻煩；也有的現有技術采用多弧離子鍍膜，由于多弧離子鍍膜時存在大顆粒，不能達到稀土永磁器件的耐腐蝕性要求，為了解決多弧離子鍍的缺點，現有技術也有人想到了采用多弧離子鍍與磁控濺射鍍復合鍍膜，但都沒有解決高效率、低成本、大批量生產技術，設備結構存在不足；特別是現有技術的稀土永磁器件的電鍍化學處理工藝，能耗高有污染，要求昂貴的水處理設備，處理不當對生態環境有嚴重影響，因本發明的生產工藝過程在真空中進行，不使用對環境污染物質，不會給生態環境造成污染，同時還消除在電鍍工藝過程中的“電池”作用對磁性能的降低的影響。為此，本發明提供一種新型稀土永磁器件的真空復合鍍膜設備彌補了現有技術的不足；另外采用本發明的設備生產的釹鐵硼稀土永磁器件不僅提高了稀土永磁器件的抗腐蝕能力，還提高了稀土永磁器件的磁性能，明顯提高稀土永磁器件的磁能積和矯頑力，節約稀缺的稀土資源，尤其是節約了更稀缺的重稀土用量。
【發明內容】
[0006]本發明是提供一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備及制造方法，通過以下技術方案實現提高稀土永磁器件的磁性能和提高的抗腐蝕能力:
一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備，包括真空鍍膜室、充氣系統、圓柱陰極磁控靶、平面陰極磁控靶、陰極多弧離子靶、陽極層線性離子源、轉架和料筐；所述的真空鍍膜室由臥式真空殼體、前門和后蓋組成，前門和真空殼體通過橡膠密封圈密封，后蓋或者焊接在臥式真空殼體上或者通過連接件連接，轉架的傳動裝置安裝在后蓋上，真空室外的電機傳動軸通過動密封裝置傳送到真空鍍膜室內；轉架設計在真空鍍膜室內，通過轉軸支撐在框架上，框架固定在真空殼體上；轉架的軸線與臥式真空殼體的軸線平行，網狀料筐兩端有轉軸安裝在轉架上，轉軸的軸線與轉架的軸線平行，轉架圍繞真空殼體的軸線公轉，網狀料筐即隨轉架一起公轉又自轉。
[0007]圓柱陰極磁控靶安裝在真空鍍膜室內的后蓋上，電源、冷卻水和傳動裝置由外部引入，圓柱陰極磁控靶位于轉架的內部，軸線與轉架軸線平行。所述的圓柱陰極磁控靶設置為一個以上。
[0008]所述的圓柱陰極磁控靶內裝有多個軸向充磁的磁環，磁環間有導磁環，磁環相對于圓柱陰極磁控靶軸向往復移動。
[0009]所述的圓柱陰極磁控祀內或者裝有多條徑向充磁的磁條,磁條在圓柱陰極磁控革巴內沿著圓周分布，磁條間有間隔，磁條的數量為3條或者3條以上，磁條相對于圓柱陰極磁控靶同軸轉動。
[0010]所述的磁環或者磁條由釹鐵硼稀土永磁制造。
[0011]平面陰極磁控靶安裝在真空殼體上，分布在轉架的外圍，所述的平面陰極磁控靶內設置有跑道形狀的環狀磁條，磁條由釹鐵硼稀土永磁制造，用冷卻水冷卻，數量一個以上。
[0012]陰極多弧離子靶安裝在真空殼體上，分布在轉架的外圍，所述的陰極多弧離子靶為方形或圓形，內部設置有磁鐵，磁鐵由釹鐵硼稀土永磁制造，用冷卻水冷卻，數量一個以上。
[0013]陽極層線性離子源安裝在真空殼體上，分布在轉架的外圍。
[0014]所述的真空鍍膜室內設置有加熱器，加熱溫度范圍在100-600°C。
[0015]所述的鍍膜靶材為Al、Dy-Al、Tb-Al、Dy-Fe、Tb-Fe、N1-Cr、T1、Mo、S1、Al2O3^ZrO2,AZO中的一種以上。
[0016]所述的釹鐵硼稀土永磁器件的膜系，為Al、Dy-Al、Tb-Al, Dy-Fe, Tb-Fe中的一種以上。
[0017]所述的釹鐵硼稀土永磁器件的膜系為Al、N1-Cr、T1、Mo、S1、Al203、Zr02、AZ0中的一種以上。
[0018]所述的釹鐵硼稀土永磁器件的膜系為Al。
[0019]所述的充氣系統或者充入一種氣體或者充入一種以上的氣體。
[0020]所述的充氣系統充入的氣體為氬氣、氮氣、氧氣、氫氣中的一種以上。
[0021]所述的充氣系統充入的氣體為氬氣。
[0022]所述的真空泵為機械真空泵、羅茨真空泵、油擴散真空泵、分子泵中的一種以上。
[0023]所述的磁 控濺射鍍膜條件為，溫度3(T60(TC，沉積壓強為氬氣條件下0.1~ΙΡβ,功率密度為f20w/cm2 ;線性離子源的放電電壓10(T3000V，離子能量10(T2000eV，氬氣條件下工作氣壓0.01-1Ρβο所述的鍍膜工序中采用磁控濺射鍍膜和多弧離子鍍膜，磁控濺射鍍膜和多弧離子鍍膜單獨、交替或同時進行工作。
[0024]稀土永磁器件在機械加工工序之后進行復合鍍膜工序，鍍膜共分3層，第一層為磁控濺射鍍層，鍍層厚度為:0.02-5 μ m，第二層為磁控濺射和多弧離子鍍的混合鍍層，鍍層厚度為=1-1Oym,第三層為磁控濺射鍍層，鍍層厚度為:0.1-5 μ m。
[0025]所述的復合鍍膜工序，鍍膜共分3層，第一層為磁控濺射鍍層，鍍層為Al、Dy-Al、Tb-Al, Dy-Fe, Tb-Fe中的一種，第二層為磁控濺射和多弧離子鍍的混合鍍層，鍍層為Al、Ni_Cr、T1、Mo、S1、Al203、Zr02、AZ0中的一種以上，第三層為磁控濺射鍍層，鍍層為Al、N1-Cr、T1、Mo、S1、Al2O3、ZrO2、AZO 中的一種以上。
[0026]所述的復合鍍膜工序，鍍膜共分3層，第一層為磁控濺射鍍層，鍍層為Dy-Al、Tb-Al, Dy-Fe, Tb-Fe中的一種，第二層為磁控濺射和多弧離子鍍的混合鍍層，鍍層為Al、N1-Cr, A1203、ZrO2, AZO中的一種以上，第三層為磁控濺射鍍層，鍍層為Al、N1-Cr, A1203、Zr02、AZ0中的一種以上。
[0027]所述的復合鍍膜工序，鍍膜共分3層，第一層為磁控濺射鍍層，鍍層為Al、Ni_Cr中的一種或一種以上，第二層為磁控濺射和多弧離子鍍的混合鍍層，鍍層為Al、N1-Cr中的一種或一種以上,第三層為磁控派射鍍層,鍍層為Al、N1-Cr中的一種或一種以上。
[0028]鍍膜工序前稀土永磁器件要進行噴砂工序，噴砂采用的材料是石英、玻璃微珠、氧化招、氧化鋪、氧化鑭、氧化鋪和氧化鑭的混合物、氧化錯的一種或一種以上。
[0029]鍍膜工序前或者有噴涂工序，噴涂材料為鋁或含鋁的化合物、電泳漆中的一種。
[0030]鍍膜工序中或者有控制鍍膜過程的永磁器件加熱工序，溫度范圍在100-600°C。
[0031]鍍膜工序后或者有熱處理工序。
[0032]所述的熱處理工序的熱處理溫度在110_890°C。
[0033]所述的熱處理工序的熱處理在真空或保護氣氛下進行。
[0034]臥式釹鐵硼稀土永磁器件復合鍍膜設備或者安裝在潔凈廠房中，廠房的潔凈度在10,000級以上。
[0035]金相分析顯示，所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件從器件表面向內延伸Imm范圍內主相晶粒中的重稀土的含量高于器件主相晶粒中重稀土的含量，含量高的重稀土分布在主相R2T14B的外圍，形成RH2T14B包圍R2T14B的新主相結構，RH2T14B相與R2T14B相間無晶界相；其中，R代表在釹鐵硼稀土永磁體金相結構中主相中的稀土，T代表元素Fe和Co，RH表示主相中重稀土的含量高于平均值的稀土。
[0036]本發明的有益效果:找到了一種釹鐵硼稀土永磁器件大批量生產的真空鍍膜設備及制造方法，明顯提高釹鐵硼稀土永磁器件的耐腐蝕性能，使釹鐵硼稀土永磁器件能用于海上風電、混合動力汽車等高耐蝕性要求的領域，擴大了釹鐵硼稀土永磁的用途；一般情況下，釹鐵硼稀土永磁的表面涂層都會降低磁性能，本發明發現采用本發明的設備和工藝生產的釹鐵硼稀土永磁器件的磁性能，尤其是磁能積和矯頑力得到明顯提高，為提高釹鐵硼稀土永磁的磁性能找到了新方法，對減少稀土用量，保護稀缺的自然資源具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】[0037]下面通過附圖進一步說明本發明:
圖1為現有技術的的真空鍍膜示意圖 圖2為本發明的的真空鍍膜示意圖
圖中:1、真空處理腔；2、加熱舟；3、支撐平臺；4、加熱舟支撐基座；5、裝料圓筒；6、繞轉軸；7、支撐件；8、轉軸；9、鋁絲；10、輥子；11、熱阻保護管；12、凹口 ；13、進給齒輪；14、磁件；15、真空殼體；16、陽極層線性離子源；17、多弧離子源；18、真空泵；19、平面磁控靶；20、加熱裝置；21、I級自動齒輪；22、I級從動齒輪；23、II級主動齒輪；24、II級從動齒輪；25、轉架；26、料筐；27、永磁器件；28、圓柱磁控靶；29、轉軸I ;30、轉軸II ;31、抽真空管路。
[0038]如圖2所示，本發明為磁控濺射鍍膜和多弧離子鍍膜組合工作的真空鍍膜設備。在一個連接有真空泵18的臥式真空殼體15的中心線上設有一個圓柱型旋轉磁控靶28，在轉架25的圓周上布置有多個(圖中為8個)不銹鋼網制成的料筐26，料筐26內裝有永磁器件27。真空室外的驅動電機(未標出)通過動密封傳動軸連接I級主動齒輪21，帶動固定在轉架25上的I級從動齒輪22完成轉架25繞轉軸I 29公轉。固定在真空殼體15上的II級主動齒輪23通過轉架25的公轉帶動II級從動齒輪24繞轉軸II 30自轉，料筐26的兩端設有轉軸與轉軸II 30聯接，因此料筐26可以達到公轉加自轉目的，使永磁器件27在料筐26內翻炒被均勻沉積上靶材材料。在圓形真空殼體15外部設有陽極層線性離子源16，多個多弧離子源17，連接真空泵18的抽真空管路31，多個平面磁控靶19和加熱裝置20。
[0039]鍍膜工序前真空室抽真空達到E_4Pa量級，回充氬氣，工作氣壓0.Ο1-ΙΡβ,料筐26公轉加自轉，啟動陽極層線性離子源，放電電壓10(T3000V，離子轟擊永磁器件27，經過5~10分鐘停止轟擊。料筐26是絕緣的，也可以接負壓-5(T-200V。先期離子轟擊清洗的目的，是清洗永磁器件27表面的氧化物、含碳氫化物，使其表面粗化增加表面能和離子輔助沉積等作用。加熱裝置20對料筐26和料筐26內永磁器件27加熱到12(T600°C，起到除去水汽，提高膜層附著力作用。鍍膜工序是在加熱到200°C時，料筐26公轉加自轉并經高壓離子清洗后，真空室15再次抽真空達到E-4Pa量級，回充氬氣，工作氣壓0.flPa，分別或同時啟動平面磁控靶19、圓柱型磁控濺射靶28和多弧離子源17，使其分別單獨工作或交替工作或同時工作，將靶材材料沉積到永磁器件27上形成單質膜和介質膜的涂層。
【具體實施方式】
[0040]下面通過實施例的對比進一步說明本發明的顯著效果。
[0041]實施例1
按如下工藝制造:
1、分別按表一 A1、A2、A3、A4成分選取合金600Kg熔煉，在熔融狀態下將合金澆鑄到帶水冷卻的旋轉銅輥上冷卻形成合金片，接著進行氫破碎，氫破碎后進行混料，混料后進行氣流磨，之后在氮氣保護下用混料機混料后送到氮氣保護磁場取向壓機成型，保護箱內的氧含量150ppm，取向磁場強度1.8T，模腔內溫度2°C，磁塊尺寸62 X 52 X 42mm，取向方向為42尺寸方向，成形后在保護箱內封裝，然后取出進行等靜壓，等靜壓壓力200MPa，之后送入燒結設備燒結和時效。
[0042]2、時效后進行機械加工，加工成方片30X20X10 mm尺寸，將工件選擇性進行倒角、噴砂、噴鋁、電泳、噴涂、之后進行真空鍍膜，第一層采用磁控濺射鍍膜，第二層為磁控濺射和多弧離子鍍的混合鍍層，第三層為磁控濺射鍍層，鍍層厚度分別為:0.02-5 μ m，
0.1-15 μ m, 1-5 μ m，有的實驗還進行了鍍第四層，第四層為磁控濺射鍍層，厚度0.1-5 μ m，第四層未標注元素符號的為只有三層鍍膜，各層選用的材料、磁性能和耐腐蝕性能的測量結果列入表二。
[0043]表一、實施例和對比例的稀土永磁合金的成分
【權利要求】
1.一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備，其特征在于:所述的復合鍍膜設備包括真空鍍膜室、圓柱陰極磁控靶、平面陰極磁控靶、陰極多弧離子靶、陽極層線性離子源、轉架和料筐；所述的真空鍍膜室由真空殼體、前門和后蓋組成，前門和真空殼體通過橡膠密封圈密封，后蓋或者焊接在真空殼體上或者通過連接件連接；轉架設計在真空鍍膜室內，通過轉軸支撐在框架上，框架固定在真空殼體上；轉架的軸線與真空殼體的軸線平行，網狀料筐兩端有轉軸安裝在轉架上，轉軸的軸線與轉架的軸線平行，轉架圍繞真空殼體的軸線公轉，網狀料筐即隨轉架一起公轉又自轉；所述的圓柱陰極磁控靶安裝在真空鍍膜室內的后蓋上，電源、冷卻水和傳動裝置由外部引入，圓柱陰極磁控靶位于轉架的內部，軸線與轉架軸線平行；圓柱陰極磁控靶設置為一個以上。
2.根據權利要求1所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備，其特征在于:所述的圓柱陰極磁控靶內裝有多個軸向充磁的磁環，磁環間有導磁環，磁環相對于圓柱陰極磁控靶軸向往復移動，所述的磁環由釹鐵硼稀土永磁制造。
3.根據權利要求1所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備，其特征在于:所述的圓柱陰極磁控靶內或者裝有多條徑向充磁的磁條，磁條在圓柱陰極磁控靶內沿著圓周分布，磁條間有間隔，磁條的數量為3條或者3條以上，磁條相對于圓柱陰極磁控靶材套管同軸轉動，所述的磁條由釹鐵硼稀土永磁制造。
4.根據權利要求1所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備，其特征在于:所述的平面陰極磁控靶安裝在真空殼體上，分布在轉架的外圍，所述的平面陰極磁控靶內設置有跑道形狀的環形磁條，磁條由釹鐵硼稀土永磁制造，用冷卻水冷卻，數量為一個以上。
5.根據權利要求1所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備，其特征在于:所述的陰極多弧離子靶安裝在真空殼體上，分布在轉架的外圍，所述的陰極多弧離子靶為方形或圓形，內部設置有磁鐵，磁鐵由釹鐵硼稀土永磁制造，用冷卻水冷卻，數量為一個以上。
6.根據權利要求1所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的復合鍍膜設備，其特征在于:所述的陽極層線性離子源安裝在真空殼體上，分布在轉架的外圍。
7.一種釹鐵硼稀土永磁器件的制造方法，其特征在于:首先進行合金熔煉，在熔融狀態下將合金澆鑄到帶水冷卻的旋轉銅輥上冷卻形成合金片，接著進行氫破碎，氫破碎后進行混料，混料后進行氣流磨，之后在氮氣保護下用混料機混料后送到氮氣保護磁場取向壓機成型，成形后在保護箱內封裝，然后取出進行等靜壓，之后送入燒結設備燒結和時效制成釹鐵硼稀土永磁磁體，之后進行機械加工制成釹鐵硼稀土永磁器件，之后在真空鍍膜室內對釹鐵硼稀土永磁器件進行磁控濺射鍍膜和多弧離子鍍的復合鍍膜，鍍膜共分3層，第一層為磁控濺射鍍層，鍍層厚度為:0.02-5 μ m，第二層為磁控濺射和多弧離子鍍的復合鍍層，鍍層厚度為:1-10 μ m，第三層為磁控濺射鍍層，鍍層厚度為:0.1-5 μ m。
8.根據權利要求7所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的制造方法，其特征在于:所述的真空鍍膜室內設置有加熱器，加熱溫度范圍在30-600°C。
9.根據權利要求7所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的制造方法，其特征在于:所述的鍍膜工序后還有熱處理工序，熱處理溫度60-900°C。
10.根據權利要求7所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的制造方法，其特征在于:所述的真空鍍膜室內設置有陽極層線性離子源，所述的磁控濺射鍍膜條件為，溫度30-600°C，沉積壓強為氬氣條件下0.1-1Ρa,功率密度為f20w/cm2，線性離子源的放電電壓100-3000V，離子能量10(T2000eV，氬氣條件下工作氣壓0.0f IPa，所述的鍍膜工序中采用磁控濺射鍍膜和多弧離子鍍膜單獨、交替或同時進行工作。
11.根據權利要求7所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的制造方法，其特征在于:所述的復合鍍膜屬于物理氣相沉積，磁控鍍膜材料為Al、Dy-Al、Tb-Al、Dy-Fe、Tb-Fe、T1、Mo、S1、不銹鋼、Al203、Zr0、AZ0中的一種，所述的磁控濺射和多弧離子鍍的復合鍍層，鍍膜材料為八1、11、]\10、31、不銹鋼、六1203、210、ITO, AZO 中的一種以上。
12.根據權利要求7所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的制造方法，其特征在于:所述的鍍膜工序前還有噴砂工序，噴砂采用的材料是石英、玻璃微珠、氧化鋁、氧化鈰、氧化鑭、氧化鈰和氧化鑭的混合物、氧化鋯的一種以上，鍍膜工序前或者還有噴涂工序，噴涂材料為鋁或含鋁的化合物、電泳漆中的一種。
13.根據權利要求7所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的制造方法，其特征在于:所述的復合鍍膜工序，鍍膜共分3層，第一層為磁控濺射鍍層，鍍層為Al、Dy-Al、Tb-Al.Dy-Fe,Tb-Fe中的一種，第二層為磁控濺射和多弧離子鍍的混合鍍層，鍍層為Al、N1-Cr, T1、Mo、S1、A1203、ZrO2, AZO中的一種以上，第三層為磁控濺射鍍層，鍍層為Al、N1-Cr, T1、Mo、S1、A1203、ZrO2、AZO 中的一種以上。
14.根據權利要求7所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件的制造方法，其特征在于:所述的一種釹鐵硼稀土永磁器件從器件表面外向內延伸0.5mm范圍內，主相晶粒中重稀土的含量高于晶粒主相中重稀土的含量，含量高的重稀土分布在主相R2T14B的外圍，形成RH2T14B包圍R2T14B的新主相 結構，RH2T14B相與R2T14B相間無晶界相。
【文檔編號】C23C14/35GK103820765SQ201410107511
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月22日 優先權日:2014年3月22日
【發明者】陳曉東, 孫寶玉 申請人:沈陽中北真空設備有限公司