用于導(dǎo)磁材料表面處理的磁性鍍膜與處理方法
【專利摘要】一種用于導(dǎo)磁材料表面處理的磁性鍍膜，包含鎳、第一元素、第二元素，及第三元素所成的非晶質(zhì)合金結(jié)構(gòu)，其中，第一元素、第二元素，及第三元素分別是選自化學(xué)周期表中VB族、VA族、VIB族、IIIB族，及IIIA族中的其中一種元素；本發(fā)明利用鎳本身具有的磁性、耐腐蝕性，同時與選自VB族、VA族、VIB族、IIIB族，及IIIA族的第一、二、三元素共同形成非晶質(zhì)合金結(jié)構(gòu)，而能在不影響導(dǎo)磁材料本身磁特性的前提下改善導(dǎo)磁材料因表面受損導(dǎo)致的磁性下降甚至消磁的問題。本發(fā)明同時公開一種導(dǎo)磁材料表面處理的方法。
【專利說明】用于導(dǎo)磁材料表面處理的磁性鍍膜與處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍍膜及其應(yīng)用于材料表面的處理方法，特別是涉及一種用于導(dǎo)磁材料的磁性鍍膜及其表面處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)磁材料(例如磁鐵)是可以產(chǎn)生磁場的物體，通?？梢苑譃橛谰么盆F與非永久磁鐵兩種，非永久磁鐵即如一般所知的電磁鐵(如起重機(jī)、電鈴、磁浮列車等的應(yīng)用)，而永久磁鐵則有天然磁石或由人工制造、如釹鐵硼磁鐵(Neodymium magnet),釹鐵硼磁鐵是現(xiàn)今磁性最強(qiáng)的永久磁鐵，也是最常使用的稀土磁鐵(rare earth magnet),因此釹鐵硼磁鐵被廣泛地應(yīng)用于電子產(chǎn)品，例如硬盤、手機(jī)、耳機(jī)等，以及一些機(jī)械裝置，例如磁傳動泵、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、永磁式同步馬達(dá)、磁石傳動、磁力攪拌器、電極板等。
[0003]但為了避免使用中存在的腐蝕的化學(xué)性傷害、或外在環(huán)境的摩擦等物理性損害，在產(chǎn)品制造上仍需要在這些導(dǎo)磁材料表面做保護(hù)處理，以往都是用金、鎳、鋅、錫等進(jìn)行電鍍在導(dǎo)磁材料表面上形成金屬膜層，或是在導(dǎo)磁材料表面噴涂高分子化合物如環(huán)氧樹脂膜層等達(dá)到抗腐蝕的功能。
[0004]由目前已知的表面處理方式與其膜層材料來看，高分子涂層耐腐蝕能力不及電鍍金屬，且其絕緣特性對磁場亦有所影響，但電鍍金屬所形成的結(jié)晶膜層構(gòu)造會有晶格缺陷導(dǎo)致材料耐沖擊性不高，或在某些酸堿環(huán)境下耐腐蝕效果不佳的問題，所以，在導(dǎo)磁材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)上，除了磁石制造技術(shù)、異方性多磁極配向技術(shù)、充磁技術(shù)等開發(fā)外，導(dǎo)磁材料表面處理與其鍍膜性質(zhì)的改善亦是產(chǎn)學(xué)上一研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于導(dǎo)磁材料表面處理而具有磁性、抗腐蝕性佳且非傳統(tǒng)金屬結(jié)晶構(gòu)造的磁性鍍膜。
[0006]除此之外，本發(fā)明另一個目的在于提供一種利用組合式靶材與物理氣相沉積而能在導(dǎo)磁材料表面形成優(yōu)異性質(zhì)鍍膜的導(dǎo)磁材料表面處理方法。
[0007]本發(fā)明磁性鍍膜用于導(dǎo)磁材料表面處理的磁性鍍膜，包含有鎳、第一元素、第二元素，及第三元素而形成非晶質(zhì)合金結(jié)構(gòu)，且所述第一元素、第二元素，及第三元素分別是選自化學(xué)周期表中VB族、VA族、VIB族、IIIB族，及IIIA族中的一種元素。
[0008]較佳的，本發(fā)明磁性鍍膜以該磁性鍍膜整體含量為100mol%計，鎳占30-77mol%、第一兀素占ll-50mol%、第二兀素占4-15mol%，第二兀素占4-10mol%。
[0009]較佳的，本發(fā)明磁性鍍膜中鎳、第一元素、第二元素，及第三元素任兩者的混合熱為負(fù)值。
[0010]較佳的，本發(fā)明磁性鍍膜中第一元素、第二元素和第三元素其中之一原子半徑較小的元素和其中另一原子半徑較大的元素的原子半徑比值不大于85%。
[0011]較佳的，本發(fā)明磁性鍍膜的厚度為0.1-5 μ m。[0012]較佳的，本發(fā)明磁性鍍膜中該第一元素為鉻元素、該第二元素為鋁元素、該第三元素為釔元素。
[0013]而本發(fā)明一種導(dǎo)磁材料表面處理方法，其特征在于包含以下步驟:
[0014](A)將一個具有鎳、第一元素、第二元素，及第三元素的組合式靶材安裝于一個物理氣相沉積系統(tǒng)中，且所述第一元素、第二元素，及第三元素是分別選自化學(xué)周期表中VB族、VA族、VIB族、IIIB族，及IIIA族中的一種元素；
[0015](B)將一個導(dǎo)磁材料置入該物理氣相沉積的系統(tǒng)中；
[0016](C)利用物理氣相沉積進(jìn)行濺鍍而于該導(dǎo)磁材料表面形成一層由鎳、第一元素、第二元素，及第三元素所構(gòu)成非晶質(zhì)合金結(jié)構(gòu)的磁性鍍膜。
[0017]較佳的，本發(fā)明導(dǎo)磁材料表面處理方法中，該步驟(C)中還配合離子源先對該導(dǎo)磁材料表面進(jìn)行前處理，再續(xù)而搭配物理氣相沉積法進(jìn)行濺鍍以形成該磁性鍍膜。
[0018]較佳的，本發(fā)明導(dǎo)磁材料表面處理方法中，該步驟(A)中的組合式靶材各元素的比例與該磁性鍍膜中鎳、第一元素、第二元素，及第三元素的含量比及個別的相對濺射產(chǎn)生率成比例關(guān)系。
[0019]較佳的，本發(fā)明導(dǎo)磁材料表面處理方法中，該步驟(C)中濺鍍形成的磁性鍍膜整體含量為100mol%計，所含鎳占30-77mol%、第一元素占ll_50mol%、第二元素占4_15mol%，而第二兀素占4-10mol%。
[0020]較佳的，本發(fā)明導(dǎo)磁材料表面處理方法中，該步驟(A)中的鎳、第一元素、第二元素，及第三元素任兩者的混合熱為負(fù)值。
[0021]較佳的，本發(fā)明導(dǎo)磁材料表面處理方法中，第一元素、第二元素和第三元素其中之一原子半徑較小的元素和其中另一原子半徑較大的元素的原子半徑比值不大于85%。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:利用鎳、第一元素、第二元素，及第三元素所成的非晶質(zhì)合金結(jié)構(gòu)組成本發(fā)明具有磁性且耐腐蝕性的磁性鍍膜，而能在不影響導(dǎo)磁材料本身磁特性的前提下改善導(dǎo)磁材料因表面受損導(dǎo)致的磁性下降甚至消磁的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是剖視示意圖，說明本發(fā)明磁性鍍膜的一個較佳實施例；
[0024]圖2是流程圖，說明本發(fā)明磁性鍍膜用于導(dǎo)磁材料表面的處理方法。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]參閱圖1，本發(fā)明用于一個導(dǎo)磁材料100表面處理的磁性鍍膜2的一個較佳實施例，包含鎳(Nickel)、第一元素、第二元素，及第三元素，而且所述第一元素、第二元素，及第三元素分別是選自化學(xué)周期表中VB族、VA族、VIB族、IIIB族，及IIIA族中的一種元素而與鎳共同形成非晶質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)以組成該磁性鍍膜2。
[0027]非晶質(zhì)合金又稱金屬玻璃(metallic glass),是由各種特定元素混合熔煉再快速冷卻凝固而成的非結(jié)晶結(jié)構(gòu)合金，非晶質(zhì)合金不像結(jié)晶物質(zhì)那樣在明顯的熔點下由固態(tài)突然轉(zhuǎn)為液態(tài)，反而更像是玻璃，隨著溫度的升高，黏滯度會逐漸降低，此種黏滯性的特質(zhì)能防止原子產(chǎn)生足夠的移動而構(gòu)成有秩序的晶格，因此在加熱成型與冷卻之后，仍然能保持非結(jié)晶的狀態(tài)。也由于此特性，令非晶質(zhì)合金在較高溫時具有可塑性，因此在使用模具進(jìn)行成型時，可以易于控制它的機(jī)構(gòu)特性，加上其具有高強(qiáng)度、耐磨耗等優(yōu)異的機(jī)械特質(zhì)，所以廣受各界的重視。金屬玻璃發(fā)展至今，錯基金屬玻璃(Zirconium based metallicglass)是目前業(yè)界最為廣泛應(yīng)用的主要材料，但針對導(dǎo)磁材料100的表面鍍膜處理，發(fā)明人則是利用具磁性、良好可塑性的鎳為研究而開發(fā)出本發(fā)明鎳基金屬玻璃(Nickel basedmetallic glass)的磁性鍍膜 2。
[0028]在本較佳實施例中，該導(dǎo)磁材料100是以釹鐵硼磁鐵為實施說明，該磁性鍍膜2中的第一元素選自VIB族的鉻(Cr)，第二元素是選自IIIA族的鋁(Al)，第三元素是選自IIIB族的釔(Y)，其中，鎳具有磁性，且以該磁性鍍膜2整體為100mol%計，鎳占整體比例30-77mol%而在高溫下提供了一個化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)均佳的固溶強(qiáng)化相，使得其他合金元素有較好的兼容性；鉻占整體比例ll-50mol%而能提升該磁性鍍膜2整體的高溫抗氧化、抗腐蝕能力，并且能增加硬度；鋁占整體比例4-15mol%，可進(jìn)一步地加強(qiáng)該磁性鍍膜2整體的抗氧化能力；乾占整體比例4-10mol%。
[0029]而由Ε.Clementi, D.L.Raimondi, ff.P.Reinhardt 在化學(xué)物理期刊(J.Chem.Phsy.1963,38，2686)中的原子半徑參考數(shù)據(jù)中，本較佳實施例中的第一元素-鉻的原子半徑I 49A、第二元素-鋁的原子半徑1.18A,及第三元素-釔的原子半徑2.12A，其中之一原子半徑較小的元素和其中另一原子半徑較大的元素的原子半徑比值皆不大于85%，而令組成原子的大小具有顯著差異，形成一種低自由空間的緊密混合物；更佳地，鎳、第一元素-鉻、第二元素-鋁，及第三元素-釔任兩者的混合熱為負(fù)值，這是由于產(chǎn)生負(fù)的混合熱時，異種原子吸引力會大于同種原子，對于產(chǎn)生非晶質(zhì)合金有較佳的作用。
[0030]另外，本發(fā)明磁性鍍膜2的較佳實施例在配合以下導(dǎo)磁材料100表面處理方法的說明，當(dāng)可更加清楚明白。
[0031]配合參閱圖2,本較佳實施例是利用物理氣相沉積(PhysicalVaporDeposition, PVD)來對該導(dǎo)磁材料100進(jìn)行表面處理，首先將具有鎳、第一元素_鉻、第二元素-鋁，及第三元素-釔的組合式靶材安裝于一個物理氣相沉積系統(tǒng)中，而第一元素、第二元素，及第三元素除了本較佳實施例所使用材料外，可分別選自化學(xué)周期表中VB族、VA族、VIB族、IIIB族，及IIIA族中的一種元素；特別的是，通過組合式靶材可以較容易由各合金元素間的相對濺射產(chǎn)生率與相對體積來控制所濺鍍薄膜中的元素比例。
[0032]接著將該導(dǎo)磁材料100置入該物理氣相沉積系統(tǒng)中，同時將該物理氣相沉積系統(tǒng)設(shè)置至預(yù)定的壓力、溫度，于本較佳實施例的制作中，系統(tǒng)壓力控制于lX10_6Torr，溫度設(shè)定不大于300°c。
[0033]然后利用物理氣相沉積進(jìn)行濺鍍而于該導(dǎo)磁材料100表面形成一層由鎳、第一元素-鉻、第二元素-鋁，及第三元素-釔所構(gòu)成非晶質(zhì)合金結(jié)構(gòu)的磁性鍍膜2 ;更詳細(xì)地說，先通入用于濺鍍的鈍氣(如氬氣)控制該物理氣相沉積系統(tǒng)中的壓力，再通入預(yù)定流量的反應(yīng)氣體(如氫氣、氧氣、碳?xì)浠衔?并控制祀電壓、電流與派鍍時間而在該導(dǎo)磁材料100的表面形成預(yù)定厚度的磁性鍍膜2，此外，該磁性鍍膜2以0.1-5 μ m為佳，厚度不足對該導(dǎo)磁材料100的保護(hù)力會降低，但過厚不僅是成本的增加也會影響該磁性鍍膜2與導(dǎo)磁材料100之間的附著性。
[0034]補(bǔ)充說明的是，為能使磁性鍍膜有效地形成非晶質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鍍膜，于進(jìn)行物理氣相沉積的步驟中，還同時提供一個離子源(1n beam)以進(jìn)一步提升離子濃度，而于導(dǎo)磁材料表面形成磁性鍍膜之前，可配合離子源對該導(dǎo)磁材料表面進(jìn)行前處理，以清潔、改質(zhì)或加熱導(dǎo)磁材料表面而令后續(xù)形成的磁性鍍膜質(zhì)量更佳。
[0035]將形成有本較佳實施例-磁性鍍膜2的導(dǎo)磁材料以鹽霧實驗(腐蝕液為5 %氯化鈉溶液)做測試，可通過耐蝕時間超過100小時，而現(xiàn)有高分子鍍膜僅能在腐蝕液為3%氯化鈉溶液中耐蝕約48小時，電鍍鎳在腐蝕液為3%氯化鈉溶液中耐蝕約72小時，相較之下，本發(fā)明磁性鍍膜2的耐腐蝕力遠(yuǎn)高于以往的膜層材料。
[0036]除此之外，由于非晶質(zhì)合金構(gòu)造不會如傳統(tǒng)金屬結(jié)晶構(gòu)造具有晶格缺陷，因此除了耐腐蝕性的改善外，對于溫度差異、與該導(dǎo)磁材料100的附著力上皆會有一定程度的提升，加上本發(fā)明磁性鍍膜2中含有鎳而具有磁性，可用以改善以往高分子化合物、不具磁性的金屬等材料對欲進(jìn)行表面處理的導(dǎo)磁材料100的磁特性有所影響、導(dǎo)致作動上磁性的耗損、誤差。
[0037]綜上所述，本發(fā)明利用低溫物理氣相沉積配合離子源的前處理，令由個別獨(dú)立的金屬且依比例構(gòu)成的組合式靶材能順利組成本發(fā)明不同元素比例、且成非晶質(zhì)合金構(gòu)造的磁性鍍膜2，而本發(fā)明以鎳為主要元素的磁性鍍膜2不僅具有磁性又兼具良好的抗腐蝕性、抗氧化性，并與該導(dǎo)磁材料100間有很好的附著力，故確實能達(dá)成本發(fā)明的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于導(dǎo)磁材料表面處理的磁性鍍膜，其特征在于:該磁性鍍膜包含有鎳、第一元素、第二元素，及第三元素而形成非晶質(zhì)合金結(jié)構(gòu)，所述第一元素、第二元素，及第三元素分別是選自化學(xué)周期表中VB族、VA族、VIB族、IIIB族，及IIIA族中的一種元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性鍍膜，其特征在于:以該磁性鍍膜整體含量為100mol%計，鎳占30-77mol%、第一元素占ll_50mol%、第二元素占4_15mol%，第三元素占4_10mol%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性鍍膜，其特征在于:鎳、第一元素、第二元素，及第三元素任兩者的混合熱為負(fù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性鍍膜，其特征在于:第一元素、第二元素和第三元素其中之一原子半徑較小的元素和其中另一原子半徑較大的元素的原子半徑比值不大于85%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性鍍膜，其特征在于:該磁性鍍膜的厚度為0.1-5 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性鍍膜，其特征在于:該第一元素為鉻元素、該第二元素為鋁元素、該第三元素為釔元素。
7.—種導(dǎo)磁材料表面處理方法，其特征在于包含以下步驟: (A)將一個具有鎳、第一元素、第二元素，及第三元素的組合式靶材安裝于一個物理氣相沉積系統(tǒng)中，且所述第一元素、第二元素，及第三元素是分別選自化學(xué)周期表中VB族、VA族、VIB族、IIIB族，及IIIA族中的一種元素； (B)將一個導(dǎo)磁材料置入該物理氣相沉積的系統(tǒng)中； (C)利用物理氣相沉積進(jìn)行濺鍍而于該導(dǎo)磁材料表面形成一層由鎳、第一元素、第二元素，及第三元素所構(gòu)成非晶質(zhì) 合金結(jié)構(gòu)的磁性鍍膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導(dǎo)磁材料表面處理方法，其特征在于:該步驟(C)中還配合離子源先對該導(dǎo)磁材料表面進(jìn)行前處理，再續(xù)而搭配物理氣相沉積法進(jìn)行濺鍍以形成該磁性鍍膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導(dǎo)磁材料表面處理方法，其特征在于:該步驟(A)中的組合式靶材各元素的比例與該磁性鍍膜中鎳、第一元素、第二元素，及第三元素的含量比及各元素的相對濺射產(chǎn)生率成比例關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的導(dǎo)磁材料表面處理方法，其特征在于:該步驟(C)中濺鍍形成的磁性鍍膜整體含量為100mol%計，所含鎳占30-77mol%、第一元素占ll-50mol%、第二元素占4-15mol%，而第二兀素占4-10mol%。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的導(dǎo)磁材料表面處理方法，其特征在于:該步驟(A)中的鎳、第一元素、第二元素，及第三元素任兩者的混合熱為負(fù)值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的導(dǎo)磁材料表面處理方法，其特征在于:第一元素、第二元素和第三元素其中之一原子半徑較小的 元素和其中另一原子半徑較大的元素的原子半徑比值不大于85%。
【文檔編號】C23C14/14GK103882379SQ201210566659
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月24日
【發(fā)明者】朱繼文, 黃家宏, 吳政諺, 華振宇 申請人:財團(tuán)法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心