1.本发明涉及永磁器件表面防护技术领域，尤其涉及一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜设备及方法。
背景技术：
2.目前，众所周知，钕铁硼作为稀土永磁材料的一种具有极高的磁能积和矫顽力，同时高能量密度的优点使钕铁硼永磁材料在现代工业和电子技术中获得了广泛应用，从而使仪器仪表、电声电机、磁选磁化等设备的小型化、轻量化、薄型化成为可能，钕铁硼稀土永磁材料，以其优良的磁性能被广泛应用于各个领域，如风力发电、新能源汽车、汽车零部件电机、混合动力汽车、计算机硬盘驱动器、音响、手机、家用电器、节能与控制电机、核磁共振成像等各个领域。
3.目前现有的稀土永磁器件表面防护领域，其处理工艺主要有电镀cu、电镀cu
‑
ni、电镀zn、喷环氧和电泳。也有采用真空镀铝的防护方法，如中国专利zl01111757.5公开了一种真空蒸镀zn/al/sn/mg的方法；另一个中国专利zl96192129.3公开了一种真空镀ti和aln的方法。
4.但是如目前现有的真空磁控溅射防护技术对钕铁硼器件的形状、规格都有较高要求，且需要在挂具上悬挂产品，导致产品两端存在挂点，挂点处易生锈，起不到全面防腐作用。且产品摘挂时间较长，效率低，生产过程不连续，不适合大批量成批生产，如说明书图2所示，图2为现有技术中的真空镀膜设备示意图，图2中的真空镀膜设备在进行镀膜时，先将钕铁硼稀土永磁器件挂在挂具上，挂钩处存在挂点，在电机和齿轮传动作用下，产品随挂具做双公自转运动，以保证镀膜均匀性，缺点是效率低，生产过程不连续，耗费大量人力物资，靶材利用率低，不适合大批量生产，而且目前现有的真空镀膜方法在镀膜时将工件放置于料板上，镀膜过程工件不旋转。由于真空室内温度高，磁控溅射工艺本身绕射性差，钕铁硼器件由于机加工存在的应力应变效应，导致产品在镀膜时，与料板接触的棱角棱边一侧，膜层发黑。主要原因是磁控溅射原子绕射性差，原子能量低，且工件受热主要集中在棱角棱边处，由于应力应变和热效应，使得棱边处镀层与基体结合力差，镀层外观颜色不均匀。
5.目前现有的真空镀膜方法中还有蒸发镀膜步骤，蒸镀的缺点是膜层与基体的结合力差，在提高钕铁硼稀土永磁器件表面防腐性能方面受限。现有的磁控溅射镀膜技术存在效率低且不适合大批量成批生产的技术问题，由于没有解决稀土永磁器件的装卡技术，不易装卡，生产麻烦。现有技术中也有采用多弧离子镀膜，由于多弧离子镀膜时，存在大颗粒，镀层表面粗糙，水分和氧气容易穿透镀层的问题，而且目前单独的磁控溅射方法，铝原子能量很高，虽然离子的方向性很好，但离子发射效率低，镀层硬度大、应力大，容易起皮，起不到表面防护作用。为了解决多弧镀的缺点和磁控溅射效率低的问题，有研究采用多弧离子镀和磁控溅射相结合的工艺，但都没有解决高效率低成本、大批量成批生产、设备结构不足的问题。现有的其他钕铁硼稀土永磁器件防护技术存在污染高、能耗高的缺点，尤其是电镀化学镀，要求昂贵的水处理设备，如果处理不当会对生态有严重影响。
6.对此，特提出一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜设备及方法以解决上述问题。
技术实现要素：
7.本发明提供了一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜设备及方法，本发明的多弧与磁控溅射混合镀层解决了单纯多弧离子镀和磁控溅射镀存在的缺陷，本发明同时采用磁控溅射和多弧离子镀两种方法，磁控溅射产生的高能粒子撞击多弧产生的低能离子，促使后者更多的离子化，加快运动速度，两者速度趋向统一时，效率增大，得到的镀层应力减小，最终得到表面平整光滑、致密细腻、无麻点、无多孔起泡和起皮的镀层，镀层结合力增强，耐盐雾能力增强。
8.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜设备，包括离子轰击室、烘烤室、过渡室a、过渡室b、镀膜室、摆料台及其升降机构与翻转机构，所述镀膜室由卧式真空壳体、盖板和真空插板锁组成，在所述镀膜室内安装有圆柱旋转阴极靶和多弧离子靶，圆柱旋转阴极靶采用磁流体密封。
9.进一步，所述圆柱旋转阴极靶装有多个轴向充磁的磁环，在磁环间设置有导磁环，磁环相对于圆柱阴极磁控靶轴向往复移动，磁环由钕铁硼稀土永磁制造。
10.进一步，所述的圆柱旋转阴极靶装有多个径向充磁的磁条，磁条在圆柱阴极磁控靶内沿着圆周分布，磁条之间相互间隔设置，磁条相对于圆柱阴极靶材套管做同轴转动。
11.进一步，所述多弧离子靶安装在镀膜室的盖板上，与磁控靶交替分布，所述多弧离子靶为矩形，内部设置有磁铁，磁铁由钕铁硼稀土永磁制造。
12.进一步，所述镀膜室内安装有载料板，载料板由载料大板与多块载料小板组成，镀膜室内设置的传动机构通过多条同步带带动载料板进行传动。
13.一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜方法，包括以下步骤：s1:首先进行稀土永磁原材料的配料、熔炼、浇筑成合金片、氢碎、混料和气流磨，气流磨后在氮气保护下用混料机混料后送到氮气保护磁场取向压机成型；s2:成型后在保护箱内封装进行等静压，之后送入烧结炉中烧结，时效制成钕铁硼稀土永磁器件，之后再经机加工制成所要求形状的稀土永磁器件；s3:对稀土永磁器件进行镀膜前处理工序，对稀土永磁器件进行喷砂和酸洗；s4:对经过喷砂和酸洗后的稀土永磁器件进行离子轰击清洗和烘烤除气，离子轰击清洗时间为5min~10min，烘烤除气时间为20min~40min，烘烤温度为150℃
‑
230℃；s5:在镀膜室中对处理后的稀土永磁器件进行真空镀膜，真空防护镀层分为三层，第一层为多弧镀层，第二层为磁控溅射和多弧离子镀混合镀层，第三层为磁控溅射镀层；s6:稀土永磁器件经过真空镀膜后进行冷却降温后出料。
14.进一步，在步骤s5中采用圆柱旋转阴极靶和多弧离子靶单独镀膜、交替镀膜和同时镀膜。
15.进一步，所述多弧镀层靶材采用al或ni
‑
cr的任意一种，所述磁控溅射和多弧离子镀混合镀层的磁控溅射靶采用al或铝合金或氧化铝的任意一种，所述磁控溅射镀层为al层。进一步，所述多弧镀层的镀层厚度为1μm~2μm，所述磁控溅射和多弧离子镀混合镀
层的厚度为5μm~10μm，所述磁控溅射镀层的厚度为2μm~5μm。
16.进一步，在步骤s5中在镀膜室内对稀土永磁器件进行真空镀膜时，磁控溅射靶和多弧离子靶同时开启，磁控溅射产生的高能粒子撞击多弧产生的低能离子，得到混合镀层。
17.本发明的优点在于：本发明提供了一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜方法，本发明的多弧与磁控溅射混合镀层解决了单纯多弧离子镀和磁控溅射镀存在的缺陷。基于磁控溅射和多弧离子溅射法所具有的缺陷，本发明研发了磁控溅射与多弧离子镀的组合工艺实现真空镀膜。多弧法离子发射效率高，得到的镀层硬度低，但镀层表面粗糙，易划伤。同时采用磁控溅射和多弧离子镀两种方法，磁控溅射产生的高能粒子撞击多弧产生的低能离子，促使后者更多的离子化，加快运动速度，两者速度趋向统一时，效率增大，得到的镀层应力减小，最终得到表面平整光滑、致密细腻、无麻点、无多孔起泡和起皮的镀层，镀层结合力增强，耐盐雾能力增强，本发明还提供了一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜设备，本发明中的真空镀膜设备解决了单体式真空镀膜设备装卡效率低，装卡难度大、装卡件两端存在挂点的难题，对钕铁硼稀土永磁器件起到全面防护作用，提高其抗腐蚀能力，本发明采用在载料板上铺设一层铝箔纸的方法，起到工件受热均匀的作用，减少了磁控溅射工艺中原子的绕射性问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明方法的镀膜工艺流程示意图；图2为目前现有技术中真空镀膜设备的结构示意图；图3为本发明中的真空镀膜设备结构示意图；图4为本发明中镀膜室内靶材布置示意图；图5为本发明中载料板的结构示意图；其中：1、单体式真空炉腔；
ꢀꢀ
2、平面靶；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3、挂具转盘；4、挂具；
ꢀꢀꢀ
5、加热棒；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6、挂钩；7、进料台；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8、离子轰击室；
ꢀꢀ
9、烘烤室；10、过渡室a；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11、镀膜室；
ꢀꢀꢀꢀ
12、过渡室b；13、冷却室；
ꢀꢀꢀꢀ
14、出料台；
ꢀꢀꢀꢀ
15、电柜；16、多弧离子靶；
ꢀꢀꢀ
17、圆柱旋转阴极靶；
ꢀꢀ
18、载料板；181、载料大板；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
182、载料小板。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.实施例1：图1为本发明方法的镀膜工艺流程示意图，如图1所示的一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜方法，包括以下步骤：首先进行稀土永磁原材料的配料、熔炼、浇筑成合金片、氢碎、混料和气流磨，气流磨后在氮气保护下用混料机混料后送到氮气保护磁场取向压机成型，成型后在保护箱内封装进行等静压，之后送入烧结炉中烧结，时效制成钕铁硼稀土永磁器件，之后再经机加工制成所要求形状的稀土永磁器件。在镀膜室11中进行真空镀膜表面防护工序，所述真空防护镀层共分为三层，第一层为多弧镀层，镀层厚度为2μm，第二层为磁控溅射和多弧离子镀的混合镀层，厚度为7μm，第三层为磁控溅射镀层，厚度为3μm；镀膜室11内装有圆柱旋转阴极靶17和多弧离子靶16，所述的镀膜条件为：真空室内温度为400℃，工作气压为0.5pa，负偏压设置为70v，磁控靶工作电流为50a，依据靶电源额定功率可调。多弧离子靶16电流为100a。在镀膜工序中，采用圆柱旋转阴极靶17和多弧离子靶16单独镀膜、交替镀膜和同时镀膜。
23.本发明在镀膜前处理工序有喷砂和酸洗工序，目的是增强镀层结合力和清除钕铁硼稀土永磁器件表面油污、杂质和锈。喷砂工序采用的材料是石英、玻璃珠、氧化铝或者氧化锆微珠，酸洗工序采用的酸洗液是低浓度硝酸。
24.本发明在镀膜前处理工序还包括离子轰击清洗工序和烘烤除气工序，离子轰击清洗时间7min，烘烤除气时间35min，烘烤温度为200℃，抽气系统为机械泵、罗茨泵、低温泵和分子泵或者油扩散泵的组合抽气系统。
25.本发明采用在载料板18上铺设一层铝箔纸的方法，起到工件受热均匀、较少磁控溅射工艺中原子的绕射性问题，本发明中的真空防护镀层共分为三层，第一层为多弧镀层，靶材为ni
‑
cr，第二层为磁控溅射和多弧混合镀层，磁控溅射靶为铝合金，磁控溅射靶和多弧离子靶16同时开启，磁控溅射产生的高能粒子撞击多弧产生的低能离子，促使后者更多的离子化，加快运动速度，两者速度趋向统一时，效率增大，得到的镀层应力减小，最终得到表面平整光滑、致密细腻、无麻点、无多孔起泡和起皮的混合镀层，镀层结合力增强，耐盐雾能力增强。
26.实施例2：图1为本发明方法的镀膜工艺流程示意图，如图1所示的一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜方法，具体按如下工艺进行实施：首先选取产品规格为17.17*12 .38*5.67的钕铁硼稀土永磁器件在镀膜设备中进行镀膜。第一层为多弧镀层al层，厚度为1μm，
第二层为磁控溅射和多弧镀层的混合镀层，磁控溅射靶为al靶材，厚度为5μm，第三层为磁控溅射镀层，厚度为3μm。单面镀膜完成后，经自动翻转机构对器件进行翻转后，进行双面镀膜，工艺与单面镀膜相同。
27.根据上述镀膜方法后对器件进行耐蚀性的pct试验，试验条件为：两个标准大气压，120℃，100%湿度，48h，失重<5mg/cm2。本案例中镀膜器件耐pct极限时间为168h。
28.根据上述镀膜方法后对器件进行盐雾试验，试验条件为：5%nacl溶液。本案例中镀膜器件耐盐雾极限时间为：552h。
29.在本实施例中，真空镀膜前处理工序中需要对器件进行喷砂，因为稀土永磁器件在机加工过程中，在其表面会存在一定的油污和油脂，这些物质会对真空镀膜工艺的稳定性及镀膜产品的耐腐蚀性产生一定的影响，因此镀膜前的清洗工艺是提高稀土永磁器件的基本保证，喷砂工艺不仅能去除永磁铁器件表面的油污，且能增加表面粗糙度，有利于提高镀层的结合力。喷砂工序采用的材料是石英、玻璃珠、氧化铝或者氧化锆微珠。镀膜的前处理工序还包括酸洗，目的是进一步除掉永磁铁器件表面的油污及氧化物，酸洗的酸洗液是低浓度硝酸。
30.在本实施例中，真空镀膜工序中需进行离子清洗，目的是进一步清洗掉永磁铁器件表面的杂质，真空度抽至10
‑4pa数量级，充入氩气，工作气压在0.6pa，启动阳性线性离子源，放电电压为200v，离子轰击稀土永磁10min。
31.在本实施例中，真空镀膜工序中的烘烤工序，目的是除掉钕铁硼永磁器件内部的气体及水分，烘烤除气时间为30min，烘烤温度为170℃，除气系统可采用机械泵、罗茨泵、低温泵和分子泵或者油扩散泵的组合抽气系统。
32.在本实施例中，镀膜室11内的载料板18上需要铺设铝箔纸，要求铺设平整，与料板贴合。料板上铺设耐高温铝箔纸一方面是为了降低磁控溅射工艺中原子绕射性差带来的影响，一方面减少器件受热不均而引起的边角处应力应变效应。保证棱角处铝层结合力好，外观良好。
33.在本实施例中，在器件进行真空镀膜后处理还需要有冷却工序，采用风淋降温，当器件降至60℃时即可出料。
34.实施例3：图3为本发明中的真空镀膜设备结构示意图，图4为本发明中镀膜室11内靶材布置示意图，图5为本发明中载料板18的结构示意图，如图3，图4与图5所示的一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜设备，包括离子轰击室8、烘烤室9、过渡室a10、过渡室b12、镀膜室11、摆料台及其升降机构与翻转机构，所述镀膜室11由卧式真空壳体、盖板和真空插板锁组成，在所述镀膜室11内安装有圆柱旋转阴极靶17和多弧离子靶，圆柱旋转阴极靶17采用磁流体密封，本发明中的翻转机构带有驱动电机，下至传送系统，其传送长度可调。工作时载料板18在镀膜室11和过渡室a10过渡室b12随同步带传动做往复运动，在真空室内装有4支多弧离子靶和6支圆柱旋转阴极靶17。其排列放置如本说明书附图4所示。
35.实施例4：图3为本发明中的真空镀膜设备结构示意图，图4为本发明中镀膜室11内靶材布置示意图，图5为本发明中载料板18的结构示意图，如图3，图4与图5所示的一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜设备，包括离子轰击室8、烘烤室9、过过渡室a10、过渡室b12、镀
膜室11、摆料台及其升降机构与翻转机构，本发明中的圆柱旋转阴极靶17和多弧离子靶16安装在盖板上，所述的阴极靶的靶材采用cu
‑
al合金靶材，所述的多弧离子靶16为铝靶材。镀膜室11内传动结构依靠多条同步带带动载料板18传动，转速可以调节，传动平稳，产品在镀膜过程中不会出现错位。
36.实施例5：图3为本发明中的真空镀膜设备结构示意图，图4为本发明中镀膜室11内靶材布置示意图，图5为本发明中载料板18的结构示意图，如图3，图4与图5所示的一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜设备，圆柱旋转阴极靶17装有多个轴向充磁的磁环，在磁环间设置有导磁环，磁环相对于圆柱阴极磁控靶轴向往复移动，磁环由钕铁硼稀土永磁制造，圆柱旋转阴极靶17装有多个径向充磁的磁条，磁条在圆柱阴极磁控靶内沿着圆周分布，磁条之间相互间隔设置，磁条的数量为6条，磁场为双跑道模式。磁条相对于圆柱阴极靶材套管做同轴转动。所述的磁条由钕铁硼稀土永磁制造。靶的冷却方式为水冷，本发明中的多弧离子靶安装在镀膜室11的盖板上，与磁控靶交替分布，所述多弧离子靶为矩形，内部设置有磁铁，磁铁由钕铁硼稀土永磁制造，冷却方式为水冷，本发明中的真空镀膜设备中设置有冷却室13，冷却室13采用风淋降温系统，并配有循环泵加冷却装置，本发明中实施例4中的传送系统可采用步进式线性传动系统，过渡室a10、过渡室b12、可独立控制传输速度，主轴采用密封轴套，带有防护罩。镀膜室11传送驱动伺服器控制，自动程序控制调速。
37.工作方式：本发明提供了一种钕铁硼稀土永磁器件表面防护的真空镀膜设备及方法，本发明的整个镀膜流程如下：首先通过自动摆料机将钕铁硼永磁器件摆放在载料板18上，产品之间有一定间隙以保证侧面镀膜。载料板18由载料大板181与载料小板182拼接构成，以保证使用自动翻料机翻动产品。产品摆放在载料板18上以后，将载料板18挪至进料台7，经程序设定，使产品在离子轰击室8进行5分钟~10分钟清洗工序；清洗工序完成后，插板锁自动开启，产品进入烘烤室9进行烘烤除气，烘烤温度与时间根据产品规格自行设定；烘烤除气后，产品进入镀膜室11进行镀膜。首先开启多弧离子靶16进行多弧打底工艺。多弧镀层厚度在1μm~2μm之间即可。多弧法离子发射效率高，得到的镀层硬度低，表面粗糙，结合力好。然后同时开启多弧离子靶16和磁控溅射靶，同时采用磁控溅射和多弧离子镀两种方法，磁控溅射产生的高能粒子撞击多弧产生的低能离子，促使后者更多的离子化，加快运动速度，两者速度趋向统一时，效率增大，得到的镀层应力减小，最终得到表面平整光滑、致密细腻、无麻点、无多孔起泡和起皮的镀层。镀层结合力增强，耐盐雾能力增强。镀层厚度为5μm~10μm。最后一层镀层为磁控溅射镀层，磁控溅射镀层表面平整，光泽度好，使得产品有良好的外观，厚度为2
‑
5μm。整个镀膜过程，载料板18携带产品在镀膜室11和过渡室a10与过渡室b12之间做往复运动，以保证镀膜的均匀性。单侧镀膜完成后，载料板18进入冷却室13进行冷却后经出料台14进入自动翻料机，自动翻料机将产品翻转，自动翻料机中装有缓冲介质，如海绵，以保证产品翻面后不错位。经翻面后的产品经自动升降装置降至生产线下端，经传送带传送到进料一侧，自动升降装置再将产品升至与进料台7同高处，进行另一侧镀膜，镀膜参数与第一面镀膜时相同。产品第二面镀膜完成后，整个镀膜过程结束。最终，产品的六个面镀厚均匀，镀层为多弧镀层+多弧与磁控溅射混合镀层+磁控溅射镀层，三层复合层结构，使得器件镀层结合力好，致密性高，外观光泽度好，对稀土永磁钕铁硼器件起到良好的防腐蚀作用。
38.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。