燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層及工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于表面防護(hù)涂層【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層及工藝。采用多弧離子鍍沉積技術(shù)高效地在燒結(jié)釹鐵硼磁體表面制備過渡層、耐蝕層、表面阻擋與耐磨層復(fù)合防護(hù)涂層，實(shí)現(xiàn)顯著改善燒結(jié)釹鐵硼磁體的耐蝕性，延長使用壽命。其工藝步驟為：(1)磁體表面除油、除銹，清潔表面；(2)真空鍍膜室內(nèi)輝光放電反濺清潔表面；(3)多弧離子鍍Ti或者Cr過渡層；(4)多弧離子鍍Al或Al合金；(5)多弧離子鍍AlN層。采用電弧離子鍍膜技術(shù)，結(jié)合多功能層復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層體系的設(shè)計(jì)，該工藝具有沉積效率高，涂層結(jié)合力和致密度高，工藝簡單，環(huán)保無污染，低成本，易于實(shí)現(xiàn)批量規(guī)模化生產(chǎn)。
【專利說明】燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層及工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于表面防護(hù)涂層【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層及工藝，利用多弧離子鍍技術(shù)在釹鐵硼磁體上制備復(fù)合防護(hù)涂層:Ti或Cr過渡層、耐蝕Al或Al合金中間層以及阻擋與耐磨AlN外層。
【背景技術(shù)】
[0002]NdFeB永磁體是繼Sm-Co永磁體之后的第三代稀土永磁體，由于其優(yōu)異的磁學(xué)性能和我國豐富的釹資源，使其研究、開發(fā)及生產(chǎn)飛速發(fā)展。但由于材料化學(xué)成分和粉末冶金生產(chǎn)工藝，其表面易氧化以及在使用環(huán)境中易腐蝕，導(dǎo)致其磁性能下降及材料本身損失很大。特別是近年來，隨著儀器儀表、電子電器等電子產(chǎn)品向輕、薄、短、小等微型化、形狀復(fù)雜化方向發(fā)展，對(duì)粘結(jié)NdFeB磁體表面防護(hù)涂層提出了新的要求。國內(nèi)外已對(duì)NdFeB永磁體腐蝕機(jī)理與防腐蝕處理開展了大量研究，目前生產(chǎn)應(yīng)用中表面處理主要有以下幾種工藝:(I)電鍍鋅或鎳；(2)化學(xué)鍍鎳-磷合金；(3)真空鍍鋁；(4)有機(jī)涂層；(5)金屬-有機(jī)復(fù)合涂層。其中，電鍍鎳或化學(xué)鍍鎳-磷合金應(yīng)用最為廣泛。
[0003]鎳或鎳-磷具有優(yōu)異的抗氧化和耐腐蝕性能，高溫穩(wěn)定性好，但傳統(tǒng)的鎳鍍層屬陰極性鍍層，對(duì)基體起機(jī)械覆蓋保護(hù)作用，只有鍍層完整無孔時(shí)，才能防止永磁體的腐蝕。一旦鎳鍍層有孔隙或被劃傷，不但起不到保護(hù)作用，反而加速永磁體的腐蝕。另一方面由于鎳具有磁性，對(duì)于NdFeB薄磁片或小尺寸磁體(一個(gè)方向上的弧線長度小于5mm)的磁性能有較大影響。其他技術(shù)缺 點(diǎn)還包括:電鍍過程中析氫而影響磁體性能，尖端效應(yīng)易導(dǎo)致鍍層不均勻等。有機(jī)涂層存在涂裝過程中的環(huán)境污染以及涂層高溫穩(wěn)定性較差等問題。
[0004]由于鋁及其合金無磁性，耐蝕性好，表面膠粘結(jié)性好，因此開發(fā)NdFeB上鍍鋁或鋁合金技術(shù)受到重視。至目前，NdFeB上鍍鋁主要采用真空蒸鍍，可以大批量鍍膜，且鍍膜效率也高，但是真空蒸鍍鋁膜與基體結(jié)合力較差，膜內(nèi)易于產(chǎn)生針孔等缺陷。同時(shí)也采用磁控濺射技術(shù)，可以提高膜與基體的結(jié)合力以及膜的致密性，但該種技術(shù)鍍膜速率低，生產(chǎn)效率相應(yīng)就較低，結(jié)合力也仍然達(dá)不到要求。其他技術(shù)還包括:機(jī)械鍍Al以及多弧離子鍍Al。陰極電弧離子鍍膜技術(shù)是新近發(fā)展起來的一種真空鍍膜技術(shù)，具有高的離化率、粒子能量以及蒸發(fā)速率等特點(diǎn)，相應(yīng)地所制備的薄膜具有結(jié)合力高、致密、沉積速率高等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)涂層(如TiN)的制備。
[0005]由于鋁及其合金作為NdFeB永磁體表面防護(hù)涂層具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此進(jìn)一步發(fā)展具有優(yōu)良致密度、結(jié)合力以及表面耐蝕與耐磨的鋁基涂層體系，與相應(yīng)的高效低成本制備技術(shù)具有重要的實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層及工藝，所獲得的涂層具有高的結(jié)合力、致密度與表面硬度，以及優(yōu)異的耐腐蝕性能，用以滿足燒結(jié)釹鐵硼磁體在多種環(huán)境中應(yīng)用時(shí)對(duì)表面防護(hù)的要求。鍍膜工藝能夠滿足工業(yè)規(guī)模批量化的需求。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]一種燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層，釹鐵硼磁體的外表面由內(nèi)向外依次附著有Ti或Cr過渡層，耐蝕Al或Al合金中間層，阻擋與耐磨AlN外層。
[0009]所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，按照如下步驟進(jìn)行:
[0010](I)對(duì)釹鐵硼磁體進(jìn)行表面除油、除銹，清潔處理；
[0011](2)將清潔處理后的釹鐵硼磁體裝入多弧離子鍍膜室內(nèi)，進(jìn)行輝光放電反濺清潔表面；
[0012](3)進(jìn)行多弧離子鍍Ti或Cr過渡層；
[0013](4)進(jìn)行多弧離子鍍Al或Al合金；
[0014](5)進(jìn)行多弧離子鍍AlN層。
[0015]所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，燒結(jié)釹鐵硼磁體的外表面復(fù)合防護(hù)涂層的Ti或Cr過渡層、耐蝕Al或Al合金中間層以及阻擋與耐磨AlN外層的制備皆采用多弧離子鍍技術(shù)；在沉積不同膜層時(shí)，磁體上同時(shí)施加脈沖負(fù)偏壓,脈沖電壓-100~-300V，占空比10~30%。
[0016]所述步驟(1)是將燒結(jié)釹鐵硼磁體放入堿性除油液中，在溫度40~60°C除油時(shí)間5~15min ;然后將燒結(jié)釹鐵硼磁體放入除銹液中，在室溫下除銹時(shí)間20~30s ;然后去離子水沖洗，熱風(fēng)吹干。
[0017]所述步驟(2)是將清潔處理后的釹鐵硼磁體裝入多弧離子鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)，對(duì)真空室抽真空至I X IO-4~6 X IO-4Pa,后充入Ar氣，Ar氣流量控制在10~40SCCM，工作壓力控制在0.1~0.8Pa ;然后開啟脈沖電源，調(diào)節(jié)偏壓-300~-600V，占空比10~30%，釹鐵硼磁體表面發(fā)生輝光放電，輝光放電反濺清潔樣品時(shí)間5~20min。
[0018]所述步驟(3)是在步驟(2)后原位進(jìn)行，保持工作氣體及壓力，開啟陰極離子鍍弧源Ti靶或Cr靶，Ti靶或Cr革巴純度99.00~99.99wt %，革巴電流50~70A ;鍍膜I~IOmin,膜層厚度0.2~2 μ m。
[0019]所述步驟(4)是在步驟(3)后進(jìn)行，保持工作氣體及壓力，開啟陰極離子鍍弧源:Al 靶，純度 99.9wt% ;或者，Al-S1、A1-Mn、Al-Mg 或 Al-Mg-Si 合金靶，靶電流 40 ~70A ;鍍膜30~80min，膜層厚度10~30 μ m。
[0020]所述步驟(5)是在步驟(4)后原位進(jìn)行，關(guān)閉Al或Al合金弧源，同時(shí)打開N2氣閥門，調(diào)整Ar氣和N2流量分別為:5~15SCCM和10~35SCCM，氣體總壓力控制在0.4~
1.2Pa ;重新打開Al或Al合金弧源，靶電流40~70A，鍍膜6~30min，膜層厚度0.5~
2.5 μ m0
[0021]所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，將經(jīng)脫油和除銹清潔后的較大 尺寸的待鍍磁體掛置到自轉(zhuǎn)桿上或者最大弧線長度小于7mm的小尺寸磁體裝入籠式轉(zhuǎn)桶內(nèi)，鍍膜時(shí)磁體隨自轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動(dòng)或者在籠內(nèi)翻轉(zhuǎn)，保證鍍膜的均勻性；鍍膜時(shí)，樣品架或者轉(zhuǎn)籠自轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min。
[0022]所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，對(duì)較大尺寸磁體批量鍍膜時(shí)，釹鐵硼磁體自轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行公轉(zhuǎn)，保證整個(gè)腔室內(nèi)的磁體表面涂層的一致性；鍍膜時(shí)，釹鐵硼磁體架自轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min，釹鐵硼磁體樣品架公轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min ;對(duì)于最大弧線長度小于7mm的小尺寸磁體批量鍍膜時(shí)，磁體裝入籠式轉(zhuǎn)桶內(nèi)并隨籠翻轉(zhuǎn)，保證鍍膜的均勻性；鍍膜時(shí)，轉(zhuǎn)籠自轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min。
[0023]本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是:
[0024]采用多弧離子鍍沉積技術(shù)高效地在燒結(jié)釹鐵硼磁體表面制備由Ti或Cr過渡層、Al或Al合金耐蝕中間層、透明AlN表面阻擋與耐磨層構(gòu)成的復(fù)合防護(hù)涂層，實(shí)現(xiàn)顯著改善釹鐵硼磁體的耐蝕性，延長使用壽命。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0026]1、本發(fā)明復(fù)合防護(hù)涂層由起著不同功能的三個(gè)亞層構(gòu)成:內(nèi)層Ti或Cr，Al或Al合金中間層，透明AlN外層。Ti或Cr的熱膨脹系數(shù)介于燒結(jié)Nd-Fe-B磁體和Al之間:燒結(jié)NdFeB的熱膨脹系數(shù)(TEC)為4X10^, Al的TEC為23X10^, Ti和Cr的TEC分別為8.35 X KT6IT1和6.2 X KT6IT1,起到熱匹配的作用，同時(shí)也可以在鍍Al膜過程中阻擋磁體中Fe向外擴(kuò)散，惡化Al膜的耐蝕性；A1或Al合金具有優(yōu)異的耐蝕性；A1N外層可以起到封閉Al基涂層中微通道作用，同時(shí)又可以提高Al基涂層的表面硬度，防止表面劃傷而導(dǎo)致涂層失效。
[0027]2、本發(fā)明主要采用多弧離子鍍膜技術(shù)，可以在各種形狀的釹鐵硼磁體上高效地鍍制致密、無缺陷、結(jié)合力好的復(fù)合涂層。涂層制備工藝簡單，效率高，成本低廉，綠色環(huán)保。 [0028]3、本發(fā)明復(fù)合防護(hù)涂層的三層不同功能層可以在原位采用同一種技術(shù)手段，即多弧離子鍍來沉積。
[0029]4、與鍍鎳或鎳-磷涂層比，本發(fā)明鋁復(fù)合涂層耐蝕和表面粘接性能好，對(duì)釹鐵硼基體(特別是小尺寸磁體)的磁性能無影響。
[0030]5、與金屬涂層表面主要起封孔作用的其他后處理工藝(如:鈍化、磷化、涂有機(jī)漆等)相比，本發(fā)明復(fù)合涂層外層AlN是氣體氮化形成，封孔效果更佳；A1N透明，硬度高，耐蝕性優(yōu)異，對(duì)復(fù)合涂層可以起到多重復(fù)合強(qiáng)化作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為實(shí)施例1復(fù)合防護(hù)涂層的形貌圖。其中，(a)鍍膜前后的表面形貌，(b)鍍膜后的斷面形貌。采用釹鐵硼磁體長方體，尺寸50mmX20mmX2mm。
[0032]圖2為實(shí)施例2復(fù)合防護(hù)涂層的形貌圖。其中，(a)鍍膜后的表面形貌，(b)鍍膜后的斷面形貌。采用瓦榜狀釹鐵硼磁體，長寬高4_X2_X 1.5mm。
[0033]圖3為實(shí)施例3復(fù)合防護(hù)涂層的形貌圖。其中，(a)鍍膜前后的表面形貌，(b)鍍膜后的斷面形貌。采用正方體，長寬高IOmmX IOmmX 10mm。
【具體實(shí)施方式】
[0034]本發(fā)明釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其工藝步驟為:(1)磁體表面除油、除銹，清潔表面；(2)真空鍍膜室內(nèi)輝光放電反濺清潔表面；(3)多弧離子鍍Ti或Cr過渡層；(4)多弧離子鍍Al或Al合金；(5)多弧離子鍍AlN層。本發(fā)明采用多弧離子鍍膜技術(shù)，在各種釹鐵硼磁體上鍍制包含Ti或Cr過渡層、鋁或鋁合金耐蝕層以及AlN表面封孔與耐磨層的多層復(fù)合涂層，具體過程如下:
[0035]首先，鍍膜室抽真空至I X Kr4~6X l(T4Pa，后充入Ar氣，Ar氣流量控制在10~40SCCM，工作壓力控制在0.1~0.8Pa ;然后開啟脈沖電源，調(diào)節(jié)偏壓-300~-600V，占空比10~30%，釹鐵硼磁體磁體表面發(fā)生輝光放電，進(jìn)行反濺清潔與活化表面5~20min。然后，保持工作氣體及壓力，開啟陰極離子鍍弧源(Ti靶或Cr靶，純度99.00~99.99wt% )，靶電流50~70A ;鍍膜I~lOmin，膜層厚度0.2~2 μ m。保持工作氣體及壓力，開啟陰極離子鍍弧源(Al靶，純度99.9wt% ;或Al-S1、Al-Mn, Al-Mg, Al-Mg-Si等合金靶)，靶電流40~70A ;鍍膜30~80min，膜層厚度10~30 μ m(優(yōu)選為15~20 μ m)。然后，關(guān)閉Al或Al合金弧源，同時(shí)打開N2氣閥門，調(diào)整Ar氣和N2流量分別為:5~15SCCM和10~35SCCM，氣體總壓力控制在0.4~1.2Pa ;重新打開Al或Al合金弧源，靶電流40~70A，鍍AlN膜6~30min，膜層厚度0.5~2.5 μ m。因此，清潔與活化表面，鍍制包含Ti或Cr過渡層、耐蝕Al或Al合金中間層以及封孔與耐磨AlN外層的復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層皆在一個(gè)多弧離子鍍膜室內(nèi)完成。經(jīng)上述工藝所鍍制的復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層致密均勻，且與基體結(jié)合牢固。
[0036]本發(fā)明在小多弧鍍膜設(shè)備上(至少2個(gè)弧源靶，一個(gè)為Al或Al合金，另一個(gè)為Ti或Cr靶)，將經(jīng)脫油和除銹清潔后的待鍍磁體(磁體尺寸較大時(shí)，最大弧線長度在7mm以上)掛置到自轉(zhuǎn)桿上，鍍膜時(shí)磁體隨自轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，可以保證鍍膜的均勻性。如果要批量地鍍膜，可以采用更多弧源靶，樣品自轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行公轉(zhuǎn)，可以保證整個(gè)腔室內(nèi)的磁體表面涂層的一致性。鍍膜時(shí)，釹鐵硼磁體樣品架自轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min，釹鐵硼磁體樣品架公轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min ;其中，公轉(zhuǎn)是指多個(gè)釹鐵硼磁體樣品架隨著其安裝的鍍膜設(shè)備底座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于小尺寸磁體(最大弧線長度小于7mm)鍍膜時(shí)，磁體裝入籠式轉(zhuǎn)桶內(nèi)并隨籠翻轉(zhuǎn)，保證鍍膜的均勻性；鍍膜時(shí)，轉(zhuǎn)籠自轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min。
[0037]采用上述特殊的工藝可以獲得特定的多層復(fù)合防護(hù)涂層，釹鐵硼磁體的外表面由內(nèi)向外依次附著有Ti或Cr 過渡層，耐蝕Al或Al合金中間層，阻擋與耐磨AlN外層。其中，Ti或Cr過渡層的厚度范圍為0.2~2μπι，耐蝕Al或Al合金中間層的厚度范圍為10~30 μ m,阻擋與耐磨AlN外層的厚度范圍為0.5~2.5 μ m。
[0038]下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。
[0039]實(shí)施例1
[0040]本實(shí)施例釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，采用多弧離子鍍沉積技術(shù)在燒結(jié)釹鐵硼磁體表面制備Ti或Cr過渡層、Al或Al合金耐蝕層、透明AlN表面阻擋與耐磨層復(fù)合防護(hù)涂層，所制備的復(fù)合防護(hù)涂層對(duì)燒結(jié)釹鐵硼磁體具有優(yōu)異的腐蝕防護(hù)性能。
[0041]其中，采用多弧離子鍍工藝，在多種形狀且尺寸較大的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面制備多層復(fù)合防護(hù)涂層，具體過程如下:
[0042]①針對(duì)一種燒結(jié)NdFeB磁體，長方體形狀，尺寸為50mmX 20mmX 2mm。首先將釹鐵硼磁體放入堿性除油液(金屬清洗劑HJ-W122的3g/L水溶液)中，在溫度50°C除油5min ；然后將釹鐵硼磁體放入除銹液(HN03，20ml/L ;六次亞甲基四胺，2g/L ;十二烷基硫酸鈉，
0.6g/L ;其余為水)中，在室溫下除銹30s ;然后去離子水沖洗，熱風(fēng)吹干。
[0043]②所用多功能離子鍍膜機(jī)，主要包括Φ 1000 X 1000mm真空室、8個(gè)弧源靶(Φ 100mm) U個(gè)單極脈沖電源，自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)機(jī)械以及樣品架、氣體質(zhì)量流量計(jì)、擴(kuò)散泵和機(jī)械泵、電控柜等。8個(gè)弧源靶中，2個(gè)配Ti靶(99.9wt.%)，6個(gè)配Al靶(99.9wt.% )。首先將NdFeB塊體用夾具懸掛在真空室(鍍膜室)的自轉(zhuǎn)桿上，然后整個(gè)系統(tǒng)抽真空至I X 10_4Pa ；后充入Ar氣，Ar氣流量控制在20SCCM，氣體壓力控制在0.4Pa ;然后被鍍磁體加偏壓-500V左右，占空比30%，對(duì)磁體進(jìn)行反濺射5min，以清潔和活化表面。
[0044]③然后將脈沖偏壓調(diào)整至-130V，占空比15%。啟動(dòng)Ti靶弧源，弧電流調(diào)至50A，鍍純鈦膜2min，膜層厚度0.6 μ m。鍍膜時(shí)一直保持樣品架自轉(zhuǎn)15轉(zhuǎn)/min，公轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)/min。
[0045]④保持其他所有工作條件，關(guān)閉Ti靶弧源，開啟Al靶(純度99.9wt%)弧源，靶電流50A ;鍍膜40min，膜層厚度~16.1 μ m。
[0046]⑤關(guān)閉Al靶弧源，同時(shí)打開N2氣閥門，調(diào)整Ar氣和N2流量分別為:5SCCM和25SCCM，氣體總壓力控制在0.6Pa ;重新打開Al靶弧源，靶電流50A，鍍膜lOmin，膜層厚度~2 μ m。
[0047]⑥鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉弧電源，系統(tǒng)保持I X IO-4Pa下1.5小時(shí)后，關(guān)閉擴(kuò)散泵，30min后關(guān)閉機(jī)械泵、冷卻水以及總電源。真空室放氣，開啟鍍膜室門，取出被鍍磁體。
[0048]經(jīng)上述工藝鍍制的復(fù)合涂層，表面呈銀白色，光滑平整，膜層致密無宏觀缺陷，晶粒細(xì)小。利用光學(xué)顯微鏡測量復(fù)合涂層橫斷面的厚度；利用顯微硬度儀測量所制備涂層的表面硬度；利用拉脫法測量了所制備的復(fù)合涂層的結(jié)合力。對(duì)比測試了未經(jīng)鍍膜和經(jīng)過鍍膜的釹鐵硼磁體耐中性鹽霧腐蝕(SST)和耐高壓加速老化(PCT)性能。鹽霧試驗(yàn)在YWX/F-150E型鹽霧腐蝕試 驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，5wt% NaCl水溶液，35°C下連續(xù)噴霧240h(10天)；高壓高濕試驗(yàn)在TM0.R-3870型壓力蒸汽器中進(jìn)行的，溫度為130°C，壓力2.6atm，濕度95% RH，總計(jì)240h (10天)。測試結(jié)果列于表1中。
[0049]如圖1所示，所鍍覆的釹鐵硼磁體表面光滑平整，呈銀白色。涂層致密，表面硬度較純Al高。未進(jìn)行鍍覆的NdFeB磁體很容易發(fā)生腐蝕，即SST和PCT分別IOh和6h后表面開始出現(xiàn)銹點(diǎn)。而鍍覆復(fù)合涂層后可以明顯改善NdFeB磁體的耐腐蝕性能，SST和PCT進(jìn)行240h后表面無明顯變化。
[0050]實(shí)施例2
[0051]本實(shí)施例釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，采用多弧離子鍍沉積技術(shù)在燒結(jié)釹鐵硼磁體表面制備Ti或Cr過渡層、Al或Al合金耐蝕層、透明AlN表面阻擋與耐磨層復(fù)合防護(hù)涂層，所制備的復(fù)合防護(hù)涂層對(duì)燒結(jié)釹鐵硼磁體具有優(yōu)異的腐蝕防護(hù)性能。
[0052]其中，采用多弧離子鍍工藝，在一種瓦榜狀小尺寸(長寬高4mmX2mmX 1.5mm)的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面制備多層復(fù)合防護(hù)涂層，具體過程如下:
[0053]①針對(duì)一種燒結(jié)NdFeB磁體,尺寸很小(長X寬X高=4mmX2mmX 1.5mm),呈瓦楞狀。首先將釹鐵硼磁體放入堿性除油液(金屬清洗劑HJ-W122的3g/L水溶液)中，在溫度50°C除油5min ;然后將釹鐵硼磁體放入除銹液(HN03，20ml/L ;六次亞甲基四胺，2g/L ；十二烷基硫酸鈉，0.6g/L ;其余為水)中，在室溫下除銹30s ;然后去離子水沖洗，熱風(fēng)吹干。
[0054]②所用多功能離子鍍膜機(jī)，主要包括Φ 1000 X 1000mm真空室、8個(gè)弧源靶(Φ IOOmm)、1個(gè)單極脈沖電源，一個(gè)可自轉(zhuǎn)的籠式滾筒(Φ 200mmX 300mm)、氣體質(zhì)量流量計(jì)、擴(kuò)散泵和機(jī)械泵、電控柜等。8個(gè)弧源靶中，僅用2個(gè)高度相同的靶，一個(gè)配Cr靶(99.99wt.% )，另一個(gè)配Al靶(99.9wt.% )。首先將NdFeB小顆粒樣品裝入籠式滾筒中，然后整個(gè)系統(tǒng)抽真空至3 X 10_4Pa ;后充入Ar氣，Ar氣流量控制在25SCCM，氣體壓力控制在
0.2Pa ;然后被鍍磁體加偏壓-200V左右，占空比10%，對(duì)磁體進(jìn)行反濺射lOmin，以清潔和
活化表面。
[0055]③然后將籠式滾筒口對(duì)著Cr靶，脈沖偏壓調(diào)整至-200V，占空比10%。啟動(dòng)Cr靶弧源，弧電流調(diào)至70A，鍍純Cr膜3min，膜層厚度0.4 μ m。鍍膜時(shí)一直保持籠式滾筒20轉(zhuǎn)/min的自轉(zhuǎn)。
[0056]④保持其他所有工作條件，關(guān)閉Cr靶弧源，并將籠式滾筒口通過設(shè)備的公轉(zhuǎn)開關(guān)調(diào)整至正對(duì)Al靶處，開啟Al靶(純度99.9wt% )弧源，靶電流55A ;鍍膜30min，膜層厚度16.5 μ m0
[0057]⑤關(guān)閉Al靶弧源，同時(shí)打開N2氣閥門，調(diào)整Ar氣和N2流量分別為:10SCCM和35SCCM，氣體總壓力控制在0.8Pa ;重新打開Al靶弧源，靶電流60A，鍍膜15min，膜層厚度L 5 μ m。
[0058]⑥鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉弧電源，系統(tǒng)保持3 X IO-4Pa下1.5小時(shí)后，關(guān)閉擴(kuò)散泵，30min后關(guān)閉機(jī)械泵、冷卻水以及總電源。真空室放氣，開啟鍍膜室門，取出被鍍磁體。
[0059]經(jīng)上述工藝鍍制的復(fù)合涂層，表面呈銀白色，光滑平整，膜層致密無宏觀缺陷，晶粒細(xì)小。利用光學(xué)顯微鏡測量復(fù)合涂層橫斷面的厚度；利用顯微硬度儀測量所制備涂層的表面硬度；利用拉脫法測量了所制備的復(fù)合涂層的結(jié)合力。對(duì)比測試了未經(jīng)鍍膜和經(jīng)過鍍膜的釹鐵硼磁體耐中性鹽霧腐蝕(NSS)和耐高壓加速老化(PCT)性能。鹽霧試驗(yàn)在YWX/F-150E型鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，5wt% NaCl水溶液，35°C下連續(xù)噴霧240h(10天)；高壓高濕試驗(yàn)在TM0.R-3870型壓力蒸汽器中進(jìn)行的，溫度為130°C，壓力2.6atm，濕度95% RH，總計(jì)240h (10天)。測試結(jié)果列于表1中ο
[0060]如圖2所示，所鍍覆的釹鐵硼磁體表面光滑平整，呈銀白色。涂層致密，表面硬度較純Al高。未進(jìn)行鍍覆的NdFeB磁體很容易發(fā)生腐蝕，即NSS和PCT分別IOh和6h后表面開始出現(xiàn)銹點(diǎn)。而鍍覆復(fù)合涂層后可以明顯改善NdFeB磁體的耐腐蝕性能，NSS和PCT進(jìn)行240h后表面無明顯變化。
[0061]與實(shí)施例1不同之處在于:實(shí)施例1中過渡層為純Ti膜，而實(shí)施例2中過渡層為純Cr膜。其次，實(shí)施例1中針對(duì)的較大尺寸樣品(長方體形狀，尺寸為50mmX 20mmX 2mm)，采用懸掛沉積；而實(shí)施例2中，主要針對(duì)很小尺寸樣品(瓦楞狀,長寬高4_X2_X 1.5mm)。
[0062]實(shí)施例3
[0063]本實(shí)施例釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，采用多弧離子鍍沉積技術(shù)在燒結(jié)釹鐵硼磁體表面制備Ti或Cr過渡層、Al或Al合金耐蝕層、透明AlN表面阻擋與耐磨層復(fù)合防護(hù)涂層，所制備的復(fù)合防護(hù)涂層對(duì)燒結(jié)釹鐵硼磁體具有優(yōu)異的腐蝕防護(hù)性能。
[0064]其中，采用多弧離子鍍工藝，在各種形狀與尺寸的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面制備多層復(fù)合防護(hù)涂層，具體過程如下:
[0065]①針對(duì)一種燒結(jié)NdFeB磁體,尺寸為IOmmX IOmmX 10mm。首先將釹鐵硼磁體放入堿性除油液(金屬清洗劑HJ-W122的3g/L水溶液)中，在溫度50°C除油5min ;然后將釹鐵硼磁體放入除銹液(HN03，20ml/L ;六次亞甲基四胺，2g/L ;十二烷基硫酸鈉，0.6g/L ;其余為水)中，在室溫下除銹30s ;然后去離子水沖洗，熱風(fēng)吹干。[0066]②所用多功能離子鍍膜機(jī)，主要包括Φ 1000X 1000mm真空室、8個(gè)弧源靶(Φ 100mm) U個(gè)單極脈沖電源，自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)機(jī)械以及樣品架、氣體質(zhì)量流量計(jì)、擴(kuò)散泵和機(jī)械泵、電控柜等。8個(gè)弧源祀中，2個(gè)配Ti IE (99.9wt.% ), 6個(gè)配Al-Mn合金祀(3003招合金，A1-1.3Mn)。首先將NdFeB塊體用夾具懸掛在真空室(鍍膜室)的自轉(zhuǎn)桿上，然后整個(gè)系統(tǒng)抽真空至2X KT4Pa ;后充入Ar氣，Ar氣流量控制在30SCCM，氣體壓力控制在0.5Pa ；然后被鍍磁體加偏壓-300V左右，占空比15%，對(duì)磁體進(jìn)行反濺射15min，以清潔和活化表面。
[0067]③然后將脈沖偏壓調(diào)整至-300V，占空比15%。啟動(dòng)Ti靶弧源，弧電流調(diào)至50A，鍍純鈦膜5min，膜層厚度0.8 μ m。鍍膜時(shí)一直保持樣品架自轉(zhuǎn)15轉(zhuǎn)/min，公轉(zhuǎn)15轉(zhuǎn)/min。
[0068]④保持其他所有工作條件，關(guān)閉Ti靶弧源，開啟Al合金靶(Al_1.3Mn)弧源，靶電流55A ;鍍膜60min，膜層厚度22.4 μ m。
[0069]⑤關(guān)閉Al合金靶弧源，同時(shí)打開N2氣閥門，調(diào)整Ar氣和N2流量分別為:10SCCM和20SCCM，氣體總壓力控制在0.5Pa ;重新打開Al合金靶弧源，靶電流60A，鍍膜12min，膜層厚度1.1 y Kio
[0070]⑥鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉弧電源，系統(tǒng)保持2 X IO-4Pa下1.5小時(shí)后，關(guān)閉擴(kuò)散泵，30min后關(guān)閉機(jī)械泵、冷卻水以及總電源。真空室放氣，開啟鍍膜室門，取出被鍍磁體。
[0071]經(jīng)上述工藝鍍制的復(fù)合涂層，表面呈銀白色，光滑平整，膜層致密無宏觀缺陷，晶粒細(xì)小。利用掃描電鏡測量復(fù)合涂層橫斷面的厚度；利用顯微硬度儀測量所制備涂層的表面硬度；利用拉脫法測量了所制備的復(fù)合涂層的結(jié)合力。對(duì)比測試了未經(jīng)鍍膜和經(jīng)過鍍膜的釹鐵硼磁體耐中性鹽霧腐蝕(NSS)和耐高壓加速老化(PCT)性能。鹽霧試驗(yàn)在YWX/F-150E型鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，5wt% NaCl水溶液，35°C下連續(xù)噴霧240h(10天)；高壓高濕試驗(yàn)在ΤΜ0.R-3870型壓力蒸汽器中進(jìn)行的，溫度為130°C，壓力2.6atm，濕度95% RH，總計(jì)240h (10天)。測試結(jié)果列于表1中。
[0072]如圖3所示，所鍍覆的釹鐵硼磁體表面光滑平整，呈銀白色。涂層致密，表面硬度較純Al高。未進(jìn)行鍍覆的NdFeB磁體很容易發(fā)生腐蝕，即NSS和PCT分別IOh和6h后表面開始出現(xiàn)銹點(diǎn)。而鍍覆復(fù)合涂層后可以明顯改善NdFeB磁體的耐腐蝕性能，NSS和PCT實(shí)施240h后表面無明顯變化。
[0073]與實(shí)施例1和實(shí)施例2不同之處在于:實(shí)施例1中釹鐵硼磁體表面涂層結(jié)構(gòu)為Ti/A1/A1N，實(shí)施例2中涂層結(jié)構(gòu)為Cr/ΑΙ/ΑΙΝ，而實(shí)施例3中的涂層結(jié)構(gòu)為Ti/Al_Mn/Al (Mn)N。所沉積膜層的磁體形狀和大小也不相同。
[0074]表1實(shí)施例中所制備的三種復(fù)合涂層性能
[0075]
【權(quán)利要求】
1.一種燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層，其特征在于:釹鐵硼磁體的外表面由內(nèi)向外依次附著有Ti或Cr過渡層，耐蝕Al或Al合金中間層，阻擋與耐磨AlN外層。
2.—種權(quán)利要求1所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其特征在于，按照如下步驟進(jìn)行: (1)對(duì)釹鐵硼磁體進(jìn)行表面除油、除銹，清潔處理； (2)將清潔處理后的釹鐵硼磁體裝入多弧離子鍍膜室內(nèi)，進(jìn)行輝光放電反濺清潔表面； (3)進(jìn)行多弧離子鍍Ti或Cr過渡層； (4)進(jìn)行多弧離子鍍Al或Al合金； (5)進(jìn)行多弧離子鍍AlN層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其特征在于:燒結(jié)釹鐵硼磁體的外表面復(fù)合防護(hù)涂層的Ti或Cr過渡層、耐蝕Al或Al合金中間層以及阻擋與耐磨AlN外層的制備皆采用多弧離子鍍技術(shù)；在沉積不同膜層時(shí)，磁體上同時(shí)施加脈沖負(fù)偏壓，脈沖電壓-100~-300V，占空比10~30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其特征在于:所述步驟(1)是將燒結(jié)釹鐵硼磁體放入堿性除油液中，在溫度40~60°C除油時(shí)間5~15min ;然后將燒結(jié)釹鐵硼磁體放入除銹液中，在室溫下除銹時(shí)間20~30s ;然后去離子水沖洗，熱風(fēng)吹干。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其特征在于:所述步驟(2)是將清潔處理后的釹鐵硼磁體裝入多弧離子鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)，對(duì)真空室抽真空至1\10-4~6\10、&，后充入41*氣，Ar氣流量控制在10~40SCCM，工作壓力控制在0.1~0.8Pa ;然后開啟脈沖電源，調(diào)節(jié)偏壓-300~-600V，占空比10~30%,釹鐵硼磁體表面發(fā)生輝光放電,輝光放電反派清潔樣品時(shí)間5~20min。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其特征在于:所述步驟(3)是在步驟(2)后原位進(jìn)行，保持工作氣體及壓力，開啟陰極離子鍍弧源Ti靶或Cr靶，Ti靶或Cr靶純度99.00~99.99wt%,靶電流50~70A ;鍍膜I~IOmin,膜層厚度0.2~2 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其特征在于:所述步驟(4)是在步驟(3)后進(jìn)行，保持工作氣體及壓力，開啟陰極離子鍍弧源=Al靶，純度99.9wt%;或者，Al-S1、Al-Mn、Al-Mg或Al-Mg-Si合金靶，靶電流40~70A ;鍍膜30~80min，膜層厚度10~30 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其特征在于:所述步驟(5)是在步驟(4)后原位進(jìn)行，關(guān)閉Al或Al合金弧源，同時(shí)打開N2氣閥門，調(diào)整Ar氣和N2流量分別為:5~15SCCM和10~35SCCM，氣體總壓力控制在0.4~1.2Pa ;重新打開Al或Al合金弧源，靶電流40~70A，鍍膜6~30min，膜層厚度0.5 ~2.5 μ m0
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其特征在于:將經(jīng)脫油和除銹清潔后的較大尺寸的待鍍磁體掛置到自轉(zhuǎn)桿上或者最大弧線長度小于7_的小尺寸磁體裝入籠式轉(zhuǎn)桶內(nèi)，鍍膜時(shí)磁體隨自轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動(dòng)或者在籠內(nèi)翻轉(zhuǎn)，保證鍍膜的均勻性；鍍膜時(shí)，樣品架或者轉(zhuǎn)籠自轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釹鐵硼磁體表面多弧離子鍍制備多層復(fù)合防護(hù)涂層的工藝，其特征在于:對(duì)較大尺寸磁體批量鍍膜時(shí)，釹鐵硼磁體自轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行公轉(zhuǎn)，保證整個(gè)腔室內(nèi)的磁體表面涂層的一致性；鍍膜時(shí)，釹鐵硼磁體架自轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min，釹鐵硼磁體樣品架公轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn)/min ;對(duì)于最大弧線長度小于7mm的小尺寸磁體批量鍍膜時(shí)，磁體裝入籠式轉(zhuǎn)桶內(nèi)并隨籠翻轉(zhuǎn)，保證鍍膜的均勻性；鍍膜時(shí)，轉(zhuǎn)籠自轉(zhuǎn)速度10~20轉(zhuǎn) /m in。
【文檔編號(hào)】C23C14/46GK104018133SQ201410242768
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】白雪鎧, 孫世明, 劉澤 申請(qǐng)人:北京匯磁粉體材料有限公司