CN101469428B

CN101469428B - 一种具有耐腐蚀膜的稀土永磁体的制造方法

Info

Publication number: CN101469428B
Application number: CN2007103039728A
Authority: CN
Inventors: 王湛; 饶晓雷; 王浩颉; 胡伯平
Original assignee: Beijing Zhong Ke San Huan High Tech Co Ltd
Current assignee: Beijing Zhong Ke San Huan High Tech Co Ltd
Priority date: 2007-12-24
Filing date: 2007-12-24
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2027-12-24
Also published as: CN101469428A

Abstract

本发明提供了一种具有耐腐蚀膜的稀土永磁体的制造方法，所述方法包括：对稀土永磁体工件的表面施以喷砂处理；对喷砂过的永磁体工件进行抽真空，在惰性气体下利用离子源对磁体进行离子化轰击；离子化轰击后，在真空条件下，对铝材进行蒸发；并且在蒸发过程中同时开启电弧电源轰击铬靶块，加载一定的轰偏电压，形成离子流，使铝材蒸发的铝蒸汽离子化，以使永磁体工件的表面形成镀层沉积。本发明显著地改善了磁体表面膜层与磁体的结合力，以使磁体在120℃、100％湿度、两个大气压PCT的高压、加速腐蚀试验下表现出优异的抗腐蚀性。

Description

一种具有耐腐蚀膜的稀土永磁体的制造方法

技术领域

本发明涉及一种稀土永磁体的制造方法，具体地说，涉及一种具有耐腐蚀膜的稀土永磁体的制造方法。

背景技术

目前行业内离子镀铝的专利都是解决无压力状态下的湿热环境下的耐腐蚀问题。对于高压湿热试验的耐腐蚀性能并没有做过细致研究。例如：中国专利申请号为99800747.1、其发明名称为“耐腐蚀性永磁体及其制造方法”；中国专利申请号为96192129.3、其发明名称为“用于超高真空的永磁体及其制造方法”；中国专利申请号为97198134.5、其发明名称为“耐蚀永磁体及其制备方法”，以及中国专利申请号为99118337.1、其发明名称为“具有耐腐蚀膜的铁-硼-稀土基永磁体及其制造工艺”均公开了一种解决无压力状态下的湿热环境下的耐腐蚀问题。

此外，中国专利申请号为200410098355.1采用了电弧蒸发和电场加速两种技术，但是这只能是一种技术的简单改进，可以提高粒子能量，从而提高镀膜的结合力。但是电弧技术属于离子镀技术的一种，其主要原理是在通过弧光放电技术轰击固定靶材，从而产生离子沉积在工件表面。但是这种技术最大的缺点是容易在镀层表面产生大的液滴颗粒。这些大颗粒不仅仅对产品外观产生不利影响，同时这些大颗粒位置将会成为镀层被腐蚀的缺陷区域。因此，这种技术对于小件钕铁硼产品并不适用。因此，该现有技术中提到的第三实施例中只是对于电弧蒸发粒子提供了一种加速电场，并且主要作用提高粒子能量，可以认为是电弧蒸发技术的改进。对于电弧蒸发的电流采取方波函数，力图降低电弧技术产生液滴的数量，是对于蒸发过程的一种调整。该现有技术并不具有重复性。因此，急需解决在高压、湿热条件下具有耐腐蚀性能的产品。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题而提出的。本发明的发明目的是提供一种具有耐腐蚀膜的稀土永磁体的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：

(1)对稀土永磁体工件的表面施以喷砂处理；

(2)对喷砂过的永磁体工件进行抽真空，在惰性气体下利用离子源对磁体进行离子化轰击；

(3)离子化轰击后，在真空条件下，对铝材进行蒸发，将蒸发源垂直方向匀速往复运动；并且在蒸发过程中同时开启电弧电源轰击铬靶材，在装载工件和真空室金属外壳炉体上加载一定的轰偏电压，形成离子流，使铝材蒸发的铝蒸汽离子化，以使永磁体工件的表面形成镀层沉积。

其中，在喷砂过程中，喷砂磨料为60～150目，压缩空气为0.3～0.7Mpa。

其中，对喷砂过的永磁体工件进行抽真空至3×10^-3Pa。

其中，所述惰性气体包括氩气、氮气、氖气。

其中，在轰击功率≤2kw条件下进行离子源轰击。最好，开启离子源对磁体离子化轰击15～30分钟，离子源电源功率为1～2kw。

其中，在蒸发过程中真空度为0.1Pa～3.0Pa。

其中，其中，在蒸发时，蒸发源在垂直方向匀速往复运动，且蒸发距离是变化范围在0～20mm，速度调整范围在1～10mm/min。最好，在蒸发过程中同时开启电弧电源轰击铬靶块，其轰击电流设置为100A。

其中，在所述蒸发源下方加入可传动的机械部分，该可传动的机械部分是在蒸发源下方加入一个一个齿轮链条连接一个微型电机，通过电机带动齿轮运动从而带动蒸发源在垂直方向往复运动，并可以通过调整电机功率调节齿轮传动速度，实现蒸发源速度的可调。

其中，所述轰偏电压为方波函数。

在本发明如上所述的方法中，该方法的整个工艺流程是：喷砂-抽真空-离子轰击-蒸发铝-同时加载方波电压及热弧Cr靶材轰击两种离子化工艺提高蒸发中铝金属的离子化率达到提高镀层结合力的效果，并因此改善了产品在高压、湿热条件下的耐腐蚀性能。

下面将说明本发明的工艺过程中的改进部分。

1、喷砂是材料镀膜的前处理工序过程。

传统的喷砂是一个通用技术，应用范围广泛，主要用于钢铁材料，其对于磨料的使用(包括磨料类别和磨料尺寸)并没有特别的技术参数和相关专利。

在本专利中，对于钕铁硼材料脆性较大的特点，对于磨料的尺寸和压缩空气的压力必须要有针对性的要求，分别为：喷砂磨料粒度在60～150；压缩空气压力为0.3～0.7MPa。喷砂磨料选择为

2、离子源轰击试验参数。

现有技术一般很少单独涉及离子源轰击技术本身。但是对于钕铁硼磁体，由于其脆性和温度限制，本发明的轰击功率应该不大于2kw。

3、同时使用离子蒸发法和热弧技术使铝蒸汽离子化沉积。

离子蒸发法是在一定的真空度下，在装载工件和炉体上加载一定的轰偏电压，形成离子流，使蒸发的铝蒸汽离子化，然后沉积到工件表面。离子蒸发法是一种成熟、传统的离子镀技术，主要适用于小产品。但是由于沉积过程中放电的电流密度较高，容易产生液滴状斑点。

而本发明仅利用热弧技术本身的高电流密度产生的高能Cr离子提高蒸发过程中的铝蒸汽的离子化率，而不是直接将热弧技术本身产生的粒子沉积在磁体表面。这样提高了蒸发过程中粒子的能量，显著改善磁体的结合力，同时又不会产生热弧技术中的液滴现象，而影响镀膜磁体的耐腐蚀能力。因此，本发明是将离子蒸发法和热弧技术两者结合使用，而现有技术中并没有这两种技术混合使用的。

4、离子镀膜过程中，真空度在0.1Pa～3Pa。

由于本发明属于两种离子镀技术混合使用，而两种技术的真空度范围并不一样，因此从技术实现的角度，首要解决的问题就是统一两者的真空度。真空度一方面影响蒸发粒子的自由程，真空度越低，自由程越小，到达磁体表面的能量损失越多；同时真空度又影响粒子的初始能量和离子化的稳定性，真空度越高，粒子的初始能量越低，且离子化放电过程都不稳定，二者相矛盾。因此，最终要选择一个使两套技术兼容的真空度范围，该范围应该在0.1Pa～3.0Pa之间。

5、离子蒸发偏压为方波函数。

传统的离子蒸发技术中(如Abar Ipsen公司的离子镀设备Ivadizer)，蒸发偏压为固定值，一般起到两个作用：一是产生辉光、离子化粒子；二是吸引带电粒子，加速沉积。

而对于本发明，由于是同时使用离子蒸发法和热弧技术这两种技术的混合使用，离子化率由于热弧技术的使用已经可以很高，而且过高的离子化率会使离子能量过高导致空间内的离子化粒子形成离子化层而难以加载高电压。因此，加载固定数值的电压会容易产生火花，同时降低粒子吸引作用，影响带电粒子的沉积效应。因此，本发明加载轰偏电压是以方波形式，在离子化率较低的情况下，使用高电压促进离子化，加速吸引；而在高离子化率的情况下，采用较低偏压反而提高了带电粒子沉积能量。因此，这也是本发明作出的重要改进。

6、蒸发时，蒸发源在垂直方向匀速往复运动，且速度可调。

对于离子镀技术，蒸发距离是重要的影响因素。蒸发距离太小，会导致蒸发均匀性变差，绕射能力下降，从而影响磁体镀膜的结合力；蒸发距离太远，则会增加粒子能量的损失，造成沉积能量过低。因此，合适的蒸发距离对于改善镀膜结合力是非常关键的。

对于传统的离子镀技术(仍参考Abar Ipsen公司离子镀设备Ivadizer)，蒸发源是固定位置的，蒸发距离不可变。但是对于我们的设备，通过在蒸发源下方加入可传动的机械部分，该可传动的机械部分是在蒸发源下方加入一个一个齿轮链条连接一个微型电机，通过电机带动齿轮运动从而带动蒸发源在垂直方向往复运动，并可以通过调整电机功率调节齿轮传动速度，实现蒸发源速度的可调。使蒸发源在垂直方向上匀速往复运动，蒸发距离可以不断变化。

经本发明改进后，由于蒸发距离的不断变化，将会综合提高带电粒子的绕射能力和直射能量，从而提高磁体和镀膜之间的结合力，改善磁体在高压环境下的耐腐蚀性能。

本发明的有益效果是本发明的制造方法可以显著改善磁体表面膜层与磁体的结合力，使磁体在120℃、100％湿度、两个大气压PCT的高压加速腐蚀试验下表现出优异的抗腐蚀性。

特别是，本发明通过细化离子镀喷砂前处理和离子轰击前处理工艺参数，改善了基体和膜层的结合力。此外，通过同时使用离子蒸发法和热弧技术，并且在离子蒸发过程中将轰偏电压改善为方波电压轰击，蒸发时垂直方向可以匀速移动，且蒸发距离是变化的、速度大小可调。这些改进都大大提高了镀膜过程中的离子化率，从而提高镀膜粒子的能量，使之显著改善基体与膜层的结合力，使高压加速腐蚀试验结果得到明显改观。

附图说明

图1表示实施例1中离子蒸发的方波轰偏电压加载曲线。

图2表示实施例2中离子蒸发的恒定轰偏电压加载曲线。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明做进一步说明，本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

实施例1

将Φ6长3的圆片烧结钕铁硼磁体放入喷砂机中，选择粒度为60目的氧化铝磨料，在0.7MPa的压缩空气压力下，对磁体喷砂15分钟，确保完整清除磁体表面的氧化皮和油污。

将喷砂完的磁体放入镀膜机真空室中，抽真空至3×10^-3Pa，充入氩气至3.0Pa，开启离子源对磁体离子化轰击15分钟，离子源电源功率为2kw。

离子化结束后，对铝材开始加热蒸发，并将蒸发源垂直方向往复运动速度设置为10mm/min，蒸发源与产品之间的蒸发距离随着蒸发源垂直方向不断往复运动而变化，蒸发距离的不断变化可以改善蒸发材料的自由程以改善蒸发的均匀性。

同时，在蒸发过程中同时开启电弧电源轰击铬靶块，其轰击电流设置为100A。并且将偏压电源设置为如图1所示的方波函数。镀膜2小时后自然冷却即可得到完整的、具有优良耐蚀性的铝镀层。镀铝产品在120℃、100％湿度、两个大气压PCT加速试验环境条件放置96小时以上产品外观无明显变化，磁性能无显著变化。具体结果见表1。

同时，对比本实施例产品镀层厚度和其它条件不变、偏压电源恒定为1000V条件(具体加载方式见图2)下产品镀层厚度可知：无论是产品之间还是同一产品的正反两面的厚度一致性都得到了很大的提高。说明方波电压技术显著改善了镀膜的稳定性和绕射性。参见表1：实施例1中镀铝产品及镀铝产品加速试验后磁性能比较；和表2实施例1中恒定偏压和方波偏压镀铝产品镀膜厚度比较。

表1

表2

实施例2

将Φ8长4的圆片烧结钕铁硼磁体放入喷砂机中，选择粒度为80目的氧化铝磨料，在0.4MPa的压缩空气压力下，对磁体喷砂15分钟，确保完整清除磁体表面的氧化皮和油污。

同实施例1一样将喷砂完的磁体放入镀膜机真空室中，抽真空至3×10^-3Pa。充入氮气至1.3Pa，开启离子源对磁体离子化轰击30分钟，离子源电源功率为2kw。

关闭离子源后调节氮气流量计将真空调整至0.7Pa，并对铝材开始加热蒸发，并将蒸发源垂直方向往复运动速度设置为3mm/min，蒸发源与产品之间的蒸发距离随着蒸发源垂直方向不断往复运动而变化，蒸发距离的不断变化可以改善蒸发材料的自由程以改善蒸发的均匀性。

蒸发过程中同时开启电弧电源轰击铬靶块，其轰击电流设置为100A，这一过程中始终开启偏压电源，其电压设置同实施例1的方波函数(参见图1)。镀膜2小时后自然冷却即可得到完整的、具有优良耐蚀性的铝镀层，镀铝产品在120℃、100％湿度、两个大气压PCT加速试验环境条件放置96小时以上产品外观无明显变化，磁性能无显著变化。具体结果见表3。

同时，对比本实施例产品镀层厚度和其它条件不变、偏压电源恒定为1000V条件下产品镀层厚度可知：无论是产品之间还是同一产品的正反两面的厚度一致性都得到了很大的提高。说明方波电压技术显著改善了镀膜的稳定性和绕射性。参见表3：实施例2中镀铝产品及镀铝产品加速试验后磁性能比较；和表4实施例2中恒定偏压和方波偏压镀铝产品镀膜厚度比较。

表3

表4

实施例3

将Φ8长3的圆片烧结钕铁硼磁体放入喷砂机中，选择粒度为150目的氧化铝磨料，在0.3MPa的压缩空气压力下，对磁体喷砂15分钟，确保完整清除磁体表面的氧化皮和油污。

将喷砂完的磁体放入镀膜机真空室中，抽真空至3×10^-3Pa，充入氖气至0.1Pa，开启离子源对磁体离子化轰击15分钟，离子源电源功率为1kw。

离子化结束后，对铝材开始加热蒸发，并将蒸发源垂直方向往复运动速度设置为1mm/min，蒸发源与产品之间的蒸发距离随着蒸发源垂直方向不断往复运动而变化，蒸发距离的不断变化可以改善蒸发材料的自由程以改善蒸发的均匀性。

同时，在蒸发过程中同时开启电弧电源轰击铬靶块，其轰击电流设置为100A。并且将偏压电源设置为如图1所示的方波函数。镀膜2小时后自然冷却即可得到完整的、具有优良耐蚀性的铝镀层，铝产品在120℃、100％湿度、两个大气压PCT加速试验环境条件放置96小时以上产品外观无明显变化，磁性能无显著变化。具体结果见表5同时，对比本实施例产品镀层厚度和其它条件不变、偏压电源恒定为1000V条件下产品镀层厚度可知：无论是产品之间还是同一产品的正反两面的厚度一致性都得到了很大的提高。说明方波电压技术显著改善了镀膜的稳定性和绕射性。参见表5实施例3中镀铝产品及镀铝产品加速试验后磁性能比较；和表6实施例3中恒定偏压和方波偏压镀铝产品镀膜厚度比较。

表5

表6

从上述实施例可以看出：本发明是电弧蒸发技术镀膜，但是现有技术(中国专利申请号为200410098355.1)采用了电弧蒸发和电场加速两种技术，但是这只能是一种技术的简单改进，可以提高粒子能量，从而提高镀膜的结合力。但是电弧技术属于离子镀技术的一种，其主要原理是在通过弧光放电技术轰击固定靶材，从而产生离子沉积在工件表面。但是这种技术最大的缺点是容易在镀层表面产生大的液滴颗粒。这些大颗粒不仅仅对产品外观产生不利影响，同时这些大颗粒位置将会成为镀层被腐蚀的缺陷区域。因此，这种技术对于小件钕铁硼产品并不适用。简单地说，该现有技术只是对于电弧蒸发粒子提供了一种加速电场，并且主要作用提高粒子能量，并没有涉及到两种离子镀技术的联合应用。

而本发明采用了同时使用离子蒸发法和热弧技术这两种技术。本发明的电弧技术产生的离子并不是镀膜材料直接沉积，而是利用电弧技术产生高能粒子轰击电阻蒸发产生的镀层材料原子，提高镀层材料原子的能量，而同时加载的直流电压则有两个不同作用，一是提高粒子能量，另一个是对于粒子沉积方向产生一定约束，有助于镀层沉积的完整和优化。因此，本发明的特点之一在于两种技术的结合，既提高了粒子能量又可以避免电弧技术的缺点。

另外，本发明对于外加电场使用了方波函数。该现有技术也提到的方波函数，该方波函数是对于电弧蒸发的电流采取方波函数，力图降低电弧技术产生液滴的数量，是对于蒸发过程的一种调整。本发明中的电压作用则是加速和定向两个作用，而电压采取方波函数的主要原因是可以充分提高镀膜过程的绕射性和稳定性，是镀膜过程中的一个改进，两者从变动参数到作用机理是完全不同的。

本发明通过上面的实施例进行举例说明，但是，本发明并不限于这里所描述的特殊实例和实施方案。在这里包含这些特殊实例和实施方案的目的在于帮助本领域中的技术人员时间本发明。任何本领域中的技术人员很容易在不脱离分发明精神和范围的情况下进行进一步的改进和完善，因此分发明只受到本发明权利要求的内容和范围的限制，其意图涵盖所有包括在由附录权利要求所限定的本发明精神和范围内的备选方案和等同方案。

Claims

1.一种具有耐腐蚀膜的稀土永磁体的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：

(1)对稀土永磁体工件的表面施以喷砂处理；

(2)将喷砂完的永磁体工件放入镀膜机真空室中，对镀膜机真空室抽真空，在惰性气体下利用离子源对磁体进行离子化轰击；

(3)离子化轰击后，在真空条件下，对铝材进行蒸发，将蒸发源垂直方向匀速往复运动；并且在蒸发过程中同时开启电弧电源轰击铬靶块，在永磁体工件和真空室金属外壳炉体上加载一定的轰偏电压，形成离子流，使铝材蒸发的铝蒸汽离子化，以使永磁体工件的表面形成铝镀层沉积。

2.如权利要求1所述的制造方法，其中，在喷砂过程中，喷砂磨料为60～150目，压缩空气为0.3～0.7Mpa。

3.如权利要求1所述的制造方法，其中，对喷砂过的永磁体工件进行抽真空至真空度为3x10^-3Pa。

4.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述惰性气体包括氩气、氮气、氖气。

5.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述离子化轰击在离子源电源功率≤2kw条件下进行轰击。

6.如权利要求1所述的制造方法，其中，在蒸发过程中真空度为0.1～3.0Pa。

7.如权利要求1所述的制造方法，其中，在蒸发时，蒸发源在垂直方向匀速往复运动，且蒸发距离的变化范围在0～20mm，速度调整范围在1～10mm/min。