CN112201466B - 一种用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，包括进料腔室、溅射扩散工艺腔室、出料腔室以及基座，进料腔室设置有三维工件转架系统，离子源刻蚀系统以及第一加热系统，溅射扩散工艺腔室设置有溅射源系统、高能离子源系统以及第二加热系统，出料腔室设置有第三加热系统。本发明的一种用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，根据制备高矫顽力钕铁硼复合工艺流程合理配置，进料腔室具有离子刻蚀和预加热功能，溅射扩散工艺腔室具有溅射镀金属膜及金属扩散功能，出料腔室具有回火热处理功能，3个腔室之间通过阀门隔开，各自工作，互不干扰，实现了生产的连续性。
Description
技术领域
本发明属于钕铁硼磁铁改性磁控溅射镀膜及表面热处理领域，具体涉及一种用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置。
背景技术
近年来，随着国内外新能源汽车、风电设备、智能机器人及节能电器等产业的快速发展，这为高性能钕铁硼永磁材料行业提供了广泛的市场空间。
目前高性能用的钕铁硼永磁铁一般要求内禀矫顽力和最大磁能积之和大于70。而业界通用的方法是通过提高磁晶各向异性场来实现，将镝(Dy)或铽(Tb)等重金属稀土元素取代烧结钕铁硼中Nd2Fe14B晶粒中的Nd，大大提高磁体的矫顽力。近几年，晶界扩散添加重稀土元素的方法研究广泛，经过晶界扩散处理后的磁体在晶界周围均匀分布着镝(Dy)或铽(Tb)，由于主相晶粒内部不含有重稀土金属元素，整个磁铁的剩磁及磁能积并无明显的降低，同时磁铁的矫顽力及使用温度都大大提升。
目前用于大规模提高烧结钕铁硼矫顽力的工艺方法是先在烧结钕铁硼表面喷涂、蒸发、溅射重稀土金属元素，然后再热处理扩散渗透及回火调控磁体成分、优化微观组织结构。而其中磁控溅射法有消耗稀土元素少，结合力好、膜层更致密的优点，更有利于镝(Dy)或铽(Tb)的扩散，降低生产成本。
公开号为CN108977783A的中国专利文献公开了一种钕铁硼陶瓷表面金属化磁控溅射镀膜生产线，包括翻转模块、升降模块、进出片模块、真空镀膜模块、出片升降模块。该发明通过多个模块连在一起实现小型陶瓷片磁控溅射金属化镀膜的大批量连续生产，每天的产能可以达到6-10万片。
公开号为CN108085647B的中国专利文献公开了一种用于真空镀膜的螺杆传送装置，包括样品台、传送模块、动力源、第一传动连接杆等。该发明可实现一次多面镀膜，无需翻面，减少开箱和再次抽真空时间，大大提高了效率，且整体结构简单、加工成本低。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本申请提出了一种用于晶界扩散渗金的钕铁硼磁铁改性装置，其结构简单、实用性强、投资成本低并可实现大批量生产的特点。
本发明提出了一种用于晶界扩散渗金的钕铁硼磁铁改性装置，包括进料腔室、溅射扩散工艺腔室、出料腔室以及基座，进料腔室设置有三维工件转架系统，三维工件转架系统设置有工件转架主动齿轮和联轴器，工件转架主动齿轮与联轴器连接，基座上设置有传动主动轮、可伸缩连接轴和电机，传动主动轮通过联轴器与电机连接，电机通过联轴器与可伸缩连接轴连接，电机控制可伸缩连接轴与工件转架主动齿轮的接触或分离，电机通过驱动传动主动轮带动三维工件转架系统在溅射扩散工艺腔室和出料腔室之间传递。
在一个优选的实施例中，三维工件转架系统设置有6个大转盘，每个大转盘上设置有6个小转盘，小转盘上设置有工件架，大转盘的直径为260mm，小转盘的直径为80mm，小转盘和工件转架主动齿轮与大转盘通过齿轮齿合传动。三维工件转架系统用于承载和转动工件，使工件镀膜均匀。
在一个优选的实施例中，电机通过驱动工件转架主动齿轮带动大转盘公转、工件架自转以及工件自转。工件可以一次多面均匀镀膜，无需翻面操作，大大提高了生产效率。
在一个优选的实施例中，三维工件转架系统为圆柱形立式结构，三维工件转架系统的直径为800mm，高度为800mm。
在一个优选的实施例中，进料腔室设置有离子源刻蚀系统和第一加热系统，离子源刻蚀系统被设置于进料腔室的左侧，离子源刻蚀系统为阳极层离子源，离子源刻蚀系统的最高电压为2000V，电流为1A，离子能量为150-1500eV。
在一个优选的实施例中，溅射扩散工艺腔室设置有溅射源系统、高能离子源系统以及第二加热系统，高能离子源系统为空心阴极离子源或IET离子源，最高电压为50V，最高电流为250A，溅射源系统为直流脉冲非平衡磁控溅射平面阴极。
在一个优选的实施例中，出料腔室设置有第三加热系统，第一加热系统、第二加热系统以及第三加热系统为盘式加热器，盘式加热器最高可控温度为600℃，其可根据腔室大小分段设置且温度可分段控制加热。盘式加热器可根据实际需要控制温度，以及可分段控制加热，使用更加灵活。
在一个优选的实施例中，基座上设置有偏压系统，偏压系统为双极脉冲偏压电源。偏压系统主要用于对整个装置进行供电。
在一个优选的实施例中，每个腔室设置有光电感应器，光电感应器用于控制三维工件转架系统的位置。光电感应器可以感应三维工件转架系统的位置，可以限制工件架的位置。
在一个优选的实施例中，进料腔室和出料腔室与溅射扩散工艺腔室通过阀门隔开，阀门包括插板阀或翻板阀。各个腔室之间通过阀门隔开，各自工作，互不干扰，可实现连续生产。
本发明的一种用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，根据制备高矫顽力钕铁硼复合工艺流程设置有进料腔室、溅射扩散工艺腔室以及出料腔室这3个功能腔室，进料腔室具有离子刻蚀和预加热功能，溅射扩散工艺腔室具有溅射镀金属膜及金属扩散功能，出料腔室具有回火热处理功能。工件在真空环境下溅射镀膜的同时利用等离子体轰击辅助渗金属，降低晶界扩散渗金属的温度和时间。3个腔室之间通过阀门隔开，各自工作，互不干扰，可连续生产，实现了一次多面镀膜，无需翻面，节约成本，提高生产效率，大量降低了生产成本。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1是本发明的实施例的一种用于晶界扩散渗金的钕铁硼磁铁改性装置的结构示意图；
图2是本发明的实施例的一种用于晶界扩散渗金的钕铁硼磁铁改性装置的结构俯视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合附图1和图2对本发明作详细的介绍，本发明的一种用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，包括进料腔室1、溅射扩散工艺腔室2、出料腔室3以及基座，进料腔室1设置有三维工件转架系统6，离子源刻蚀系统13以及第一加热系统5，溅射扩散工艺腔室2设置有溅射源系统16、高能离子源系统15以及第二加热系统17，出料腔室3设置有第三加热系统18。进料腔室1和出料腔室3与溅射扩散工艺腔室2通过阀门隔开，阀门包括插板阀或翻板阀。各个腔室之间通过阀门隔开，各自工作，互不干扰，可实现连续生产。
在具体的实施例中，三维工件转架系统6设置有工件转架主动齿轮和联轴器10，工件转架主动齿轮与联轴器10连接，基座上设置有传动主动轮11、可伸缩连接轴8和电机7，传动主动轮11通过联轴器10与电机7连接，电机7通过联轴器10与可伸缩连接轴8连接，电机7控制可伸缩连接轴8与工件转架主动齿轮的接触或分离，电机7通过驱动传动主动轮11带动三维工件转架系统6在溅射扩散工艺腔室2和出料腔室3之间传递。
在具体的实施例中，三维工件转架系统6为圆柱形立式结构，三维工件转架系统6的直径为800mm，高度为800mm。三维工件转架系统6设置有6个大转盘，每个大转盘上设置有6个小转盘，小转盘上设置有工件架，大转盘的直径为260mm，小转盘的直径为80mm，小转盘和工件转架主动齿轮与大转盘通过齿轮齿合传动。电机7通过驱动工件转架主动齿轮带动大转盘公转、工件架自转以及工件自转，使工件可以一次多面均匀镀膜，无需翻面操作，大大提高了生产效率。
在具体的实施例中，离子源刻蚀系统13为阳极层离子源，其最高电压为2000V，电流为1A，离子能量为150-1500eV；高能离子源系统15为空心阴极离子源或IET离子源，最高电压为50V，最高电流为250A；溅射源系统16为直流脉冲非平衡磁控溅射平面阴极；第一加热系统5、第二加热系统17以及第三加热系统18为盘式加热器，盘式加热器最高可控温度为600℃，其可根据腔室大小分段设置，且温度可分段控制加热，在实际生产中可根据需要控制盘式加热器温度，以及可分段控制加热，使用更加灵活；该用于晶界扩散渗金的钕铁硼磁铁改性装置还包括偏压系统9和光电感应器12，偏压系统9为双极脉冲偏压电源，光电感应器12可以感应三维工件转架系统6的位置，主要用于限制工件架的位置。
实施例1
将产品20工按要求挂在三维工件转架系统6上，打开进料腔室1的左侧腔室门4，电机7通过驱动传动主动轮11带动三维工件转架系统6移动到进料腔室1中，光电感应器12可以感应三维工件转架系统6的位置，控制工件架的位置，电机7控制可伸缩连接轴8与三维工件转架系统6连接，固定三维工件转架系统6的位置。
产品20预加热与刻蚀处理：关闭进料腔室1的左侧腔室门4，通过全自动化控制系统使进料腔室1抽至真空。首先打开机械泵和粗抽阀，使真空度达到800Pa。然后，打开罗茨泵将真空抽到10Pa以下，再关闭粗抽阀，打开高阀和分子泵，开启第一加热系统5。当真空进入10-2Pa且加热温度达到200℃，通入稀有气体Ar气，开启离子源刻蚀系统13对工件进行刻蚀清洗。
产品20镀膜及扩散渗金属处理：当工件在进料腔室1完成离子刻蚀后，进料腔室1和溅射扩散工艺腔室2的真空度在同一数量级，打开隔离阀门14，三维工件转架系统6在电机7的驱动下进入溅射扩散工艺腔室2的指定位置，关闭隔离阀门14。开启第二加热系统17，当溅射扩散工艺腔室2的温度达到600℃左右，通入稀有气体Ar气，溅射扩散工艺腔室2内真空度维持在3.0×10-1Pa～5.0×10-1Pa范围内。开启溅射源系统16、高能离子源系统15以及偏压系统9完成产品20镀膜及扩散渗金属工序。
产品20回火调组织结构处理：当产品20完成镀膜及扩散渗金属工序，溅射扩散工艺腔室2和出料腔室3的真空度在同一数量级，打开隔离阀门14，电机驱动三维工件转架系统6进入出料腔室3的指定位置，关闭隔离阀门14。产品20在出料腔室3进行回火调结构处理，回火处理后，打开出料腔室3的右侧腔室门19，对三维工件转架系统进行6卸料。重复以上动作，产品实现连续生产。
本发明的一种用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，根据制备高矫顽力钕铁硼复合工艺流程设置有进料腔室1、溅射扩散工艺腔室2以及出料腔室3这3个功能腔室，进料腔室1具有离子刻蚀和预加热功能，溅射扩散工艺腔室2具有溅射镀金属膜及金属扩散功能，出料腔室3具有回火热处理功能。工件产品20在真空环境下溅射镀膜的同时利用等离子体轰击辅助渗金属，降低晶界扩散渗金属的温度和时间，同时稀土重金属靶材腔体始终保持真空状态，有效防止靶材氧化风险。对于钕铁硼磁铁的改性实现连续作业，并且一次性完成所有工序，无需翻面操作，各工序之间实现无缝连接，大大提高了生产效率。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，包括进料腔室、溅射扩散工艺腔室、出料腔室以及基座，所述进料腔室设置有三维工件转架系统，所述三维工件转架系统设置有工件转架主动齿轮和联轴器，所述工件转架主动齿轮与所述联轴器连接，所述三维工件转架系统设置有若干个大转盘，每个所述大转盘上设置有若干个小转盘，所述小转盘上设置有工件架，所述小转盘和所述工件转架主动齿轮与所述大转盘通过齿轮齿合传动；所述进料腔室还设置有离子源刻蚀系统和第一加热系统，所述溅射扩散工艺腔室设置有溅射源系统、高能离子源系统以及第二加热系统，所述出料腔室设置有第三加热系统；所述基座上设置有传动主动轮、可伸缩连接轴和电机，所述传动主动轮通过联轴器与所述电机连接，所述电机通过联轴器与可伸缩连接轴连接，所述电机控制所述可伸缩连接轴与所述工件转架主动齿轮的接触或分离，所述电机通过驱动所述传动主动轮带动所述三维工件转架系统在所述溅射扩散工艺腔室和所述出料腔室之间传递。
2.根据权利要求1所述的用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，所述三维工件转架系统设置有6个大转盘，每个所述大转盘上设置有6个小转盘，所述小转盘上设置有工件架，所述大转盘的直径为260mm，所述小转盘的直径为80mm。
3.根据权利要求2所述的用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，所述电机通过驱动所述工件转架主动齿轮带动所述大转盘公转、所述工件架自转以及工件自转。
4.根据权利要求2所述的用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，所述三维工件转架系统为圆柱形立式结构，其直径为800mm，高度为800mm。
5.根据权利要求1所述的用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，所述离子源刻蚀系统被设置于所述进料腔室的左侧，所述离子源刻蚀系统为阳极层离子源，所述离子源刻蚀系统的最高电压为2000V，电流为1A，离子能量为150-1500eV。
6.根据权利要求5所述的用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，所述高能离子源系统为空心阴极离子源或IET离子源，最高电压为50V，最高电流为250A，所述溅射源系统为直流脉冲非平衡磁控溅射平面阴极。
7.根据权利要求1所述的用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，所述第一加热系统、所述第二加热系统以及所述第三加热系统为盘式加热器，所述盘式加热器的最高可控温度为600℃，所述盘式加热器可根据腔室大小分段设置，且所述盘式加热器的温度可分段控制加热。
8.根据权利要求1所述的用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，所述基座上设置有偏压系统，所述偏压系统为双极脉冲偏压电源。
9.根据权利要求1所述的用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，每个腔室设置有光电感应器，所述光电感应器用于控制所述三维工件转架系统的位置。
10.根据权利要求1所述的用于晶界扩散渗金属的钕铁硼磁铁改性装置，其特征在于，所述进料腔室和所述出料腔室与所述溅射扩散工艺腔室通过阀门隔开，所述阀门包括插板阀或翻板阀。
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