CN104018133B - 烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺 - Google Patents
烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于表面防护涂层技术领域，具体是一种烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层及工艺。采用多弧离子镀沉积技术高效地在烧结钕铁硼磁体表面制备过渡层、耐蚀层、表面阻挡与耐磨层复合防护涂层，实现显著改善烧结钕铁硼磁体的耐蚀性，延长使用寿命。其工艺步骤为：(1)磁体表面除油、除锈，清洁表面；(2)真空镀膜室内辉光放电反溅清洁表面；(3)多弧离子镀Ti或者Cr过渡层；(4)多弧离子镀Al或Al合金；(5)多弧离子镀AlN层。采用电弧离子镀膜技术，结合多功能层复合结构涂层体系的设计，该工艺具有沉积效率高，涂层结合力和致密度高，工艺简单，环保无污染，低成本，易于实现批量规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于表面防护涂层技术领域，具体是一种烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层及工艺，利用多弧离子镀技术在钕铁硼磁体上制备复合防护涂层：Ti或Cr过渡层、耐蚀Al或Al合金中间层以及阻挡与耐磨AlN外层。
背景技术
NdFeB永磁体是继Sm-Co永磁体之后的第三代稀土永磁体，由于其优异的磁学性能和我国丰富的钕资源，使其研究、开发及生产飞速发展。但由于材料化学成分和粉末冶金生产工艺，其表面易氧化以及在使用环境中易腐蚀，导致其磁性能下降及材料本身损失很大。特别是近年来，随着仪器仪表、电子电器等电子产品向轻、薄、短、小等微型化、形状复杂化方向发展，对粘结NdFeB磁体表面防护涂层提出了新的要求。国内外已对NdFeB永磁体腐蚀机理与防腐蚀处理开展了大量研究，目前生产应用中表面处理主要有以下几种工艺：(1)电镀锌或镍；(2)化学镀镍-磷合金；(3)真空镀铝；(4)有机涂层；(5)金属-有机复合涂层。其中，电镀镍或化学镀镍-磷合金应用最为广泛。
镍或镍-磷具有优异的抗氧化和耐腐蚀性能，高温稳定性好，但传统的镍镀层属阴极性镀层，对基体起机械覆盖保护作用，只有镀层完整无孔时，才能防止永磁体的腐蚀。一旦镍镀层有孔隙或被划伤，不但起不到保护作用，反而加速永磁体的腐蚀。另一方面由于镍具有磁性，对于NdFeB薄磁片或小尺寸磁体(一个方向上的弧线长度小于5mm)的磁性能有较大影响。其他技术缺点还包括：电镀过程中析氢而影响磁体性能，尖端效应易导致镀层不均匀等。有机涂层存在涂装过程中的环境污染以及涂层高温稳定性较差等问题。
由于铝及其合金无磁性，耐蚀性好，表面胶粘结性好，因此开发NdFeB上镀铝或铝合金技术受到重视。至目前，NdFeB上镀铝主要采用真空蒸镀，可以大批量镀膜，且镀膜效率也高，但是真空蒸镀铝膜与基体结合力较差，膜内易于产生 针孔等缺陷。同时也采用磁控溅射技术，可以提高膜与基体的结合力以及膜的致密性，但该种技术镀膜速率低，生产效率相应就较低，结合力也仍然达不到要求。其他技术还包括：机械镀Al以及多弧离子镀Al。阴极电弧离子镀膜技术是新近发展起来的一种真空镀膜技术，具有高的离化率、粒子能量以及蒸发速率等特点，相应地所制备的薄膜具有结合力高、致密、沉积速率高等优点，已在工业上广泛应用于硬质涂层(如TiN)的制备。
由于铝及其合金作为NdFeB永磁体表面防护涂层具有独特的优点，因此进一步发展具有优良致密度、结合力以及表面耐蚀与耐磨的铝基涂层体系，与相应的高效低成本制备技术具有重要的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层及工艺，所获得的涂层具有高的结合力、致密度与表面硬度，以及优异的耐腐蚀性能，用以满足烧结钕铁硼磁体在多种环境中应用时对表面防护的要求。镀膜工艺能够满足工业规模批量化的需求。
本发明的技术方案是：
一种烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层，钕铁硼磁体的外表面由内向外依次附着有Ti或Cr过渡层，耐蚀Al或Al合金中间层，阻挡与耐磨AlN外层。
所述的烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，按照如下步骤进行：
(1)对钕铁硼磁体进行表面除油、除锈，清洁处理；
(2)将清洁处理后的钕铁硼磁体装入多弧离子镀膜室内，进行辉光放电反溅清洁表面；
(3)进行多弧离子镀Ti或Cr过渡层；
(4)进行多弧离子镀Al或Al合金；
(5)进行多弧离子镀AlN层。
所述的烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，烧结钕铁硼磁体的外表面复合防护涂层的Ti或Cr过渡层、耐蚀Al或Al合金中间层以及阻挡与耐磨AlN外层的制备皆采用多弧离子镀技术；在沉积不同膜层时，磁体上同时施加脉冲负偏压，脉冲电压-100～-300V，占空比10～30％。
所述步骤(1)是将烧结钕铁硼磁体放入碱性除油液中，在温度40～60℃除油时间5～15min；然后将烧结钕铁硼磁体放入除锈液中，在室温下除锈时间20～30s；然后去离子水冲洗，热风吹干。
所述步骤(2)是将清洁处理后的钕铁硼磁体装入多弧离子镀膜机的真空室内，对真空室抽真空至1×10-4～6×10-4Pa，后充入Ar气，Ar气流量控制在10～40SCCM，工作压力控制在0.1～0.8Pa；然后开启脉冲电源，调节偏压-300～-600V，占空比10～30％，钕铁硼磁体表面发生辉光放电，辉光放电反溅清洁样品时间5～20min。
所述步骤(3)是在步骤(2)后原位进行，保持工作气体及压力，开启阴极离子镀弧源Ti靶或Cr靶，Ti靶或Cr靶纯度99.00～99.99wt％，靶电流50～70A；镀膜1～10min，膜层厚度0.2～2μm。
所述步骤(4)是在步骤(3)后进行，保持工作气体及压力，开启阴极离子镀弧源：Al靶，纯度99.9wt％；或者，Al-Si、Al-Mn、Al-Mg或Al-Mg-Si合金靶，靶电流40～70A；镀膜30～80min，膜层厚度10～30μm。
所述步骤(5)是在步骤(4)后原位进行，关闭Al或Al合金弧源，同时打开N2气阀门，调整Ar气和N2流量分别为：5～15SCCM和10～35SCCM，气体总压力控制在0.4～1.2Pa；重新打开Al或Al合金弧源，靶电流40～70A，镀膜6～30min，膜层厚度0.5～2.5μm。
所述的烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，将经脱油和除锈清洁后的较大尺寸的待镀磁体挂置到自转杆上或者最大弧线长度小于7mm的小尺寸磁体装入笼式转桶内，镀膜时磁体随自转杆转动或者在笼内翻转，保证镀膜的均匀性；镀膜时，样品架或者转笼自转速度10～20转/min。
所述的烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，对较大尺寸磁体批量镀膜时，钕铁硼磁体自转的同时进行公转，保证整个腔室内的磁体表面涂层的一致性；镀膜时，钕铁硼磁体架自转速度10～20转/min，钕铁硼磁体样品架公转速度10～20转/min；对于最大弧线长度小于7mm的小尺寸磁体批量镀膜时，磁体装入笼式转桶内并随笼翻转，保证镀膜的均匀性；镀膜时，转笼自转速度10～20转/min。
本发明的设计原理是：
采用多弧离子镀沉积技术高效地在烧结钕铁硼磁体表面制备由Ti或Cr过渡 层、Al或Al合金耐蚀中间层、透明AlN表面阻挡与耐磨层构成的复合防护涂层，实现显著改善钕铁硼磁体的耐蚀性，延长使用寿命。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明复合防护涂层由起着不同功能的三个亚层构成：内层Ti或Cr，Al或Al合金中间层，透明AlN外层。Ti或Cr的热膨胀系数介于烧结Nd-Fe-B磁体和Al之间：烧结NdFeB的热膨胀系数(TEC)为4×10-6K-1，Al的TEC为23×10-6K-1，Ti和Cr的TEC分别为8.35×10-6K-1和6.2×10-6K-1，起到热匹配的作用，同时也可以在镀Al膜过程中阻挡磁体中Fe向外扩散，恶化Al膜的耐蚀性；Al或Al合金具有优异的耐蚀性；AlN外层可以起到封闭Al基涂层中微通道作用，同时又可以提高Al基涂层的表面硬度，防止表面划伤而导致涂层失效。
2、本发明主要采用多弧离子镀膜技术，可以在各种形状的钕铁硼磁体上高效地镀制致密、无缺陷、结合力好的复合涂层。涂层制备工艺简单，效率高，成本低廉，绿色环保。
3、本发明复合防护涂层的三层不同功能层可以在原位采用同一种技术手段，即多弧离子镀来沉积。
4、与镀镍或镍-磷涂层比，本发明铝复合涂层耐蚀和表面粘接性能好，对钕铁硼基体(特别是小尺寸磁体)的磁性能无影响。
5、与金属涂层表面主要起封孔作用的其他后处理工艺(如：钝化、磷化、涂有机漆等)相比，本发明复合涂层外层AlN是气体氮化形成，封孔效果更佳；AlN透明，硬度高，耐蚀性优异，对复合涂层可以起到多重复合强化作用。
附图说明
图1为实施例1复合防护涂层的形貌图。其中，(a)镀膜前后的表面形貌，(b)镀膜后的断面形貌。采用钕铁硼磁体长方体，尺寸50mm×20mm×2mm。
图2为实施例2复合防护涂层的形貌图。其中，(a)镀膜后的表面形貌，(b)镀膜后的断面形貌。采用瓦楞状钕铁硼磁体，长宽高4mm×2mm×1.5mm。
图3为实施例3复合防护涂层的形貌图。其中，(a)镀膜前后的表面形貌，(b)镀膜后的断面形貌。采用正方体，长宽高10mm×10mm×10mm。
具体实施方式
本发明钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，其工艺步骤为：(1)磁体表面除油、除锈，清洁表面；(2)真空镀膜室内辉光放电反溅清 洁表面；(3)多弧离子镀Ti或Cr过渡层；(4)多弧离子镀Al或Al合金；(5)多弧离子镀AlN层。本发明采用多弧离子镀膜技术，在各种钕铁硼磁体上镀制包含Ti或Cr过渡层、铝或铝合金耐蚀层以及AlN表面封孔与耐磨层的多层复合涂层，具体过程如下：
首先，镀膜室抽真空至1×10-4～6×10-4Pa，后充入Ar气，Ar气流量控制在10～40SCCM，工作压力控制在0.1～0.8Pa；然后开启脉冲电源，调节偏压-300～-600V，占空比10～30％，钕铁硼磁体磁体表面发生辉光放电，进行反溅清洁与活化表面5～20min。然后，保持工作气体及压力，开启阴极离子镀弧源(Ti靶或Cr靶，纯度99.00～99.99wt％)，靶电流50～70A；镀膜1～10min，膜层厚度0.2～2μm。保持工作气体及压力，开启阴极离子镀弧源(Al靶，纯度99.9wt％；或Al-Si、Al-Mn、Al-Mg、Al-Mg-Si等合金靶)，靶电流40～70A；镀膜30～80min，膜层厚度10～30μm(优选为15～20μm)。然后，关闭Al或Al合金弧源，同时打开N2气阀门，调整Ar气和N2流量分别为：5～15SCCM和10～35SCCM，气体总压力控制在0.4～1.2Pa；重新打开Al或Al合金弧源，靶电流40～70A，镀AlN膜6～30min，膜层厚度0.5～2.5μm。因此，清洁与活化表面，镀制包含Ti或Cr过渡层、耐蚀Al或Al合金中间层以及封孔与耐磨AlN外层的复合结构涂层皆在一个多弧离子镀膜室内完成。经上述工艺所镀制的复合结构涂层致密均匀，且与基体结合牢固。
本发明在小多弧镀膜设备上(至少2个弧源靶，一个为Al或Al合金，另一个为Ti或Cr靶)，将经脱油和除锈清洁后的待镀磁体(磁体尺寸较大时，最大弧线长度在7mm以上)挂置到自转杆上，镀膜时磁体随自转杆转动，可以保证镀膜的均匀性。如果要批量地镀膜，可以采用更多弧源靶，样品自转的同时进行公转，可以保证整个腔室内的磁体表面涂层的一致性。镀膜时，钕铁硼磁体样品架自转速度10～20转/min，钕铁硼磁体样品架公转速度10～20转/min；其中，公转是指多个钕铁硼磁体样品架随着其安装的镀膜设备底座一起转动。对于小尺寸磁体(最大弧线长度小于7mm)镀膜时，磁体装入笼式转桶内并随笼翻转，保证镀膜的均匀性；镀膜时，转笼自转速度10～20转/min。
采用上述特殊的工艺可以获得特定的多层复合防护涂层，钕铁硼磁体的外表面由内向外依次附着有Ti或Cr过渡层，耐蚀Al或Al合金中间层，阻挡与耐磨AlN外层。其中，Ti或Cr过渡层的厚度范围为0.2～2μm，耐蚀Al或Al合金中 间层的厚度范围为10～30μm，阻挡与耐磨AlN外层的厚度范围为0.5～2.5μm。
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
本实施例钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，采用多弧离子镀沉积技术在烧结钕铁硼磁体表面制备Ti或Cr过渡层、Al或Al合金耐蚀层、透明AlN表面阻挡与耐磨层复合防护涂层，所制备的复合防护涂层对烧结钕铁硼磁体具有优异的腐蚀防护性能。
其中，采用多弧离子镀工艺，在多种形状且尺寸较大的烧结钕铁硼磁体表面制备多层复合防护涂层，具体过程如下：
①针对一种烧结NdFeB磁体，长方体形状，尺寸为50mm×20mm×2mm。首先将钕铁硼磁体放入碱性除油液(金属清洗剂HJ-W122的3g/L水溶液)中，在温度50℃除油5min；然后将钕铁硼磁体放入除锈液(HNO3，20ml/L；六次亚甲基四胺，2g/L；十二烷基硫酸钠，0.6g/L；其余为水)中，在室温下除锈30s；然后去离子水冲洗，热风吹干。
②所用多功能离子镀膜机，主要包括Φ1000×1000mm真空室、8个弧源靶(Φ100mm)、1个单极脉冲电源，自转和公转机械以及样品架、气体质量流量计、扩散泵和机械泵、电控柜等。8个弧源靶中，2个配Ti靶(99.9wt.％)，6个配Al靶(99.9wt.％)。首先将NdFeB块体用夹具悬挂在真空室(镀膜室)的自转杆上，然后整个系统抽真空至1×10-4Pa；后充入Ar气，Ar气流量控制在20SCCM，气体压力控制在0.4Pa；然后被镀磁体加偏压-500V左右，占空比30％，对磁体进行反溅射5min，以清洁和活化表面。
③然后将脉冲偏压调整至-130V，占空比15％。启动Ti靶弧源，弧电流调至50A，镀纯钛膜2min，膜层厚度0.6μm。镀膜时一直保持样品架自转15转/min，公转10转/min。
④保持其他所有工作条件，关闭Ti靶弧源，开启Al靶(纯度99.9wt％)弧源，靶电流50A；镀膜40min，膜层厚度～16.1μm。
⑤关闭Al靶弧源，同时打开N2气阀门，调整Ar气和N2流量分别为：5SCCM和25SCCM，气体总压力控制在0.6Pa；重新打开Al靶弧源，靶电流50A，镀膜10min，膜层厚度～2μm。
⑥镀膜结束后，关闭弧电源，系统保持1×10-4Pa下1.5小时后，关闭扩散泵， 30min后关闭机械泵、冷却水以及总电源。真空室放气，开启镀膜室门，取出被镀磁体。
经上述工艺镀制的复合涂层，表面呈银白色，光滑平整，膜层致密无宏观缺陷，晶粒细小。利用光学显微镜测量复合涂层横断面的厚度；利用显微硬度仪测量所制备涂层的表面硬度；利用拉脱法测量了所制备的复合涂层的结合力。对比测试了未经镀膜和经过镀膜的钕铁硼磁体耐中性盐雾腐蚀(SST)和耐高压加速老化(PCT)性能。盐雾试验在YWX/F-150E型盐雾腐蚀试验箱内进行，5wt％NaCl水溶液，35℃下连续喷雾240h(10天)；高压高湿试验在TMO.R-3870型压力蒸汽器中进行的，温度为130℃，压力2.6atm，湿度95％RH，总计240h(10天)。测试结果列于表1中。
如图1所示，所镀覆的钕铁硼磁体表面光滑平整，呈银白色。涂层致密，表面硬度较纯Al高。未进行镀覆的NdFeB磁体很容易发生腐蚀，即SST和PCT分别10h和6h后表面开始出现锈点。而镀覆复合涂层后可以明显改善NdFeB磁体的耐腐蚀性能，SST和PCT进行240h后表面无明显变化。
实施例2
本实施例钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，采用多弧离子镀沉积技术在烧结钕铁硼磁体表面制备Ti或Cr过渡层、Al或Al合金耐蚀层、透明AlN表面阻挡与耐磨层复合防护涂层，所制备的复合防护涂层对烧结钕铁硼磁体具有优异的腐蚀防护性能。
其中，采用多弧离子镀工艺，在一种瓦楞状小尺寸(长宽高4mm×2mm×1.5mm)的烧结钕铁硼磁体表面制备多层复合防护涂层，具体过程如下：
①针对一种烧结NdFeB磁体，尺寸很小(长×宽×高＝4mm×2mm×1.5mm)，呈瓦楞状。首先将钕铁硼磁体放入碱性除油液(金属清洗剂HJ-W122的3g/L水溶液)中，在温度50℃除油5min；然后将钕铁硼磁体放入除锈液(HNO3，20ml/L；六次亚甲基四胺，2g/L；十二烷基硫酸钠，0.6g/L；其余为水)中，在室温下除锈30s；然后去离子水冲洗，热风吹干。
②所用多功能离子镀膜机，主要包括Φ1000×1000mm真空室、8个弧源靶(Φ100mm)、1个单极脉冲电源，一个可自转的笼式滚筒(φ200mm×300mm)、气体质量流量计、扩散泵和机械泵、电控柜等。8个弧源靶中，仅用2个高度相 同的靶，一个配Cr靶(99.99wt.％)，另一个配Al靶(99.9wt.％)。首先将NdFeB小颗粒样品装入笼式滚筒中，然后整个系统抽真空至3×10-4Pa；后充入Ar气，Ar气流量控制在25SCCM，气体压力控制在0.2Pa；然后被镀磁体加偏压-200V左右，占空比10％，对磁体进行反溅射10min，以清洁和活化表面。
③然后将笼式滚筒口对着Cr靶，脉冲偏压调整至-200V，占空比10％。启动Cr靶弧源，弧电流调至70A，镀纯Cr膜3min，膜层厚度0.4μm。镀膜时一直保持笼式滚筒20转/min的自转。
④保持其他所有工作条件，关闭Cr靶弧源，并将笼式滚筒口通过设备的公转开关调整至正对Al靶处，开启Al靶(纯度99.9wt％)弧源，靶电流55A；镀膜30min，膜层厚度16.5μm。
⑤关闭Al靶弧源，同时打开N2气阀门，调整Ar气和N2流量分别为：10SCCM和35SCCM，气体总压力控制在0.8Pa；重新打开Al靶弧源，靶电流60A，镀膜15min，膜层厚度1.5μm。
⑥镀膜结束后，关闭弧电源，系统保持3×10-4Pa下1.5小时后，关闭扩散泵，30min后关闭机械泵、冷却水以及总电源。真空室放气，开启镀膜室门，取出被镀磁体。
经上述工艺镀制的复合涂层，表面呈银白色，光滑平整，膜层致密无宏观缺陷，晶粒细小。利用光学显微镜测量复合涂层横断面的厚度；利用显微硬度仪测量所制备涂层的表面硬度；利用拉脱法测量了所制备的复合涂层的结合力。对比测试了未经镀膜和经过镀膜的钕铁硼磁体耐中性盐雾腐蚀(NSS)和耐高压加速老化(PCT)性能。盐雾试验在YWX/F-150E型盐雾腐蚀试验箱内进行，5wt％NaCl水溶液，35℃下连续喷雾240h(10天)；高压高湿试验在TMO.R-3870型压力蒸汽器中进行的，温度为130℃，压力2.6atm，湿度95％RH，总计240h(10天)。测试结果列于表1中。
如图2所示，所镀覆的钕铁硼磁体表面光滑平整，呈银白色。涂层致密，表面硬度较纯Al高。未进行镀覆的NdFeB磁体很容易发生腐蚀，即NSS和PCT分别10h和6h后表面开始出现锈点。而镀覆复合涂层后可以明显改善NdFeB磁体的耐腐蚀性能，NSS和PCT进行240h后表面无明显变化。
与实施例1不同之处在于：实施例1中过渡层为纯Ti膜，而实施例2中过渡层为纯Cr膜。其次，实施例1中针对的较大尺寸样品(长方体形状，尺寸为 50mm×20mm×2mm)，采用悬挂沉积；而实施例2中，主要针对很小尺寸样品(瓦楞状，长宽高4mm×2mm×1.5mm)。
实施例3
本实施例钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，采用多弧离子镀沉积技术在烧结钕铁硼磁体表面制备Ti或Cr过渡层、Al或Al合金耐蚀层、透明AlN表面阻挡与耐磨层复合防护涂层，所制备的复合防护涂层对烧结钕铁硼磁体具有优异的腐蚀防护性能。
其中，采用多弧离子镀工艺，在各种形状与尺寸的烧结钕铁硼磁体表面制备多层复合防护涂层，具体过程如下：
①针对一种烧结NdFeB磁体，尺寸为10mm×10mm×10mm。首先将钕铁硼磁体放入碱性除油液(金属清洗剂HJ-W122的3g/L水溶液)中，在温度50℃除油5min；然后将钕铁硼磁体放入除锈液(HNO3，20ml/L；六次亚甲基四胺，2g/L；十二烷基硫酸钠，0.6g/L；其余为水)中，在室温下除锈30s；然后去离子水冲洗，热风吹干。
②所用多功能离子镀膜机，主要包括Φ1000×1000mm真空室、8个弧源靶(Φ100mm)、1个单极脉冲电源，自转和公转机械以及样品架、气体质量流量计、扩散泵和机械泵、电控柜等。8个弧源靶中，2个配Ti靶(99.9wt.％)，6个配Al-Mn合金靶(3003铝合金，Al-1.3Mn)。首先将NdFeB块体用夹具悬挂在真空室(镀膜室)的自转杆上，然后整个系统抽真空至2×10-4Pa；后充入Ar气，Ar气流量控制在30SCCM，气体压力控制在0.5Pa；然后被镀磁体加偏压-300V左右，占空比15％，对磁体进行反溅射15min，以清洁和活化表面。
③然后将脉冲偏压调整至-300V，占空比15％。启动Ti靶弧源，弧电流调至50A，镀纯钛膜5min，膜层厚度0.8μm。镀膜时一直保持样品架自转15转/min，公转15转/min。
④保持其他所有工作条件，关闭Ti靶弧源，开启Al合金靶(Al-1.3Mn)弧源，靶电流55A；镀膜60min，膜层厚度22.4μm。
⑤关闭Al合金靶弧源，同时打开N2气阀门，调整Ar气和N2流量分别为：10SCCM和20SCCM，气体总压力控制在0.5Pa；重新打开Al合金靶弧源，靶电流60A，镀膜12min，膜层厚度1.1μm。
⑥镀膜结束后，关闭弧电源，系统保持2×10-4Pa下1.5小时后，关闭扩散泵， 30min后关闭机械泵、冷却水以及总电源。真空室放气，开启镀膜室门，取出被镀磁体。
经上述工艺镀制的复合涂层，表面呈银白色，光滑平整，膜层致密无宏观缺陷，晶粒细小。利用扫描电镜测量复合涂层横断面的厚度；利用显微硬度仪测量所制备涂层的表面硬度；利用拉脱法测量了所制备的复合涂层的结合力。对比测试了未经镀膜和经过镀膜的钕铁硼磁体耐中性盐雾腐蚀(NSS)和耐高压加速老化(PCT)性能。盐雾试验在YWX/F-150E型盐雾腐蚀试验箱内进行，5wt％NaCl水溶液，35℃下连续喷雾240h(10天)；高压高湿试验在TMO.R-3870型压力蒸汽器中进行的，温度为130℃，压力2.6atm，湿度95％RH，总计240h(10天)。测试结果列于表1中。
如图3所示，所镀覆的钕铁硼磁体表面光滑平整，呈银白色。涂层致密，表面硬度较纯Al高。未进行镀覆的NdFeB磁体很容易发生腐蚀，即NSS和PCT分别10h和6h后表面开始出现锈点。而镀覆复合涂层后可以明显改善NdFeB磁体的耐腐蚀性能，NSS和PCT实施240h后表面无明显变化。
与实施例1和实施例2不同之处在于：实施例1中钕铁硼磁体表面涂层结构为Ti/Al/AlN，实施例2中涂层结构为Cr/Al/AlN，而实施例3中的涂层结构为Ti/Al-Mn/Al(Mn)N。所沉积膜层的磁体形状和大小也不相同。
表1 实施例中所制备的三种复合涂层性能
Claims (5)
1.一种烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，其特征在于：烧结钕铁硼磁体的外表面由内向外依次附着有Ti或Cr过渡层，耐蚀Al或Al合金中间层，阻挡与耐磨AlN外层；
采用多弧离子镀沉积技术在烧结钕铁硼磁体表面制备由Ti或Cr过渡层、耐蚀Al或Al合金中间层、阻挡与耐磨AlN外层构成的复合防护涂层，实现显著改善烧结钕铁硼磁体的耐蚀性，延长使用寿命；按照如下步骤进行：
（1）对烧结钕铁硼磁体进行表面除油、除锈，清洁处理；
（2）将清洁处理后的烧结钕铁硼磁体装入多弧离子镀膜室内，进行辉光放电反溅清洁表面；
（3）进行多弧离子镀Ti或Cr过渡层；
（4）进行多弧离子镀耐蚀Al或Al合金中间层；
（5）进行多弧离子镀阻挡与耐磨AlN外层；
所述步骤（2）是将清洁处理后的烧结钕铁硼磁体装入多弧离子镀膜机的真空室内，对真空室抽真空至1×10-4～6×10-4Pa，后充入Ar气，Ar气流量控制在10～40SCCM，工作压力控制在0.1～0.8Pa；然后开启脉冲电源，调节偏压-300～-600V，占空比10～30%，烧结钕铁硼磁体表面发生辉光放电，辉光放电反溅清洁样品时间5～20min；
所述步骤（3）是在步骤（2）后原位进行，保持工作气体及压力，开启阴极离子镀弧源Ti靶或Cr靶，Ti靶或Cr靶纯度99.00～99.99wt%，靶电流50～70A；镀膜1～10min，膜层厚度0.2～2μm；
所述步骤（4）是在步骤（3）后进行，保持工作气体及压力，开启阴极离子镀弧源：Al靶，纯度99.9wt%；或者，Al-Si、Al-Mn、Al-Mg或Al-Mg-Si合金靶，靶电流40～70A；镀膜30～80min，膜层厚度10～30μm；
所述步骤（5）是在步骤（4）后原位进行，关闭Al或Al合金弧源，同时打开N2气阀门，调整Ar气和N2流量分别为：5～15 SCCM和10～35 SCCM，气体总压力控制在0.4～1.2Pa；重新打开Al或Al合金弧源，靶电流40～70A，镀膜6～30min，膜层厚度0.5～2.5μm。
2.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，其特征在于：烧结钕铁硼磁体的外表面复合防护涂层的Ti或Cr过渡层、耐蚀Al或Al合金中间层以及阻挡与耐磨AlN外层的制备皆采用多弧离子镀技术；在沉积不同膜层时，磁体上同时施加脉冲负偏压，脉冲电压-100～-300V，占空比10～30%。
3.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，其特征在于：所述步骤（1）是将烧结钕铁硼磁体放入碱性除油液中，在温度40～60℃除油时间5～15min；然后将烧结钕铁硼磁体放入除锈液中，在室温下除锈时间20～30s；然后去离子水冲洗，热风吹干。
4.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，其特征在于：将经脱油和除锈清洁后的较大尺寸的待镀磁体挂置到自转杆上或者最大弧线长度小于7mm的小尺寸磁体装入笼式转桶内，镀膜时磁体随自转杆转动或者在笼内翻转，保证镀膜的均匀性；镀膜时，样品架或者转笼自转速度10～20转/min。
5.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体表面多弧离子镀制备多层复合防护涂层的工艺，其特征在于：对较大尺寸磁体批量镀膜时，烧结钕铁硼磁体自转的同时进行公转，保证整个腔室内的磁体表面涂层的一致性；镀膜时，烧结钕铁硼磁体架自转速度10～20转/min，烧结钕铁硼磁体样品架公转速度10～20转/min；对于最大弧线长度小于7mm的小尺寸磁体批量镀膜时，磁体装入笼式转桶内并随笼翻转，保证镀膜的均匀性；镀膜时，转笼自转速度10～20转/min。
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