CN1176016A - 用于超高真空的永磁体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供可用于超高真空气氛的永磁体,所述磁体可用于要求低于1×10－9Pa的超高真空气氛的波动器,具有优异的磁性能,并涂敷致密的附着膜,避免产生气体或者排出气体;利用以下顺序的工艺在R－Fe－B系永磁体表面涂敷各种膜,亦即,(1)利用离子溅射法清洁磁体表面区域,(2)通过薄膜形成技术例如离子镀法形成Ti下涂层,(3)利用薄膜形成技术例如离子镀法,在氩气和氮气的混合气体中,形成具有朝向Ti涂敷层缓慢增大的氮浓度的氮扩散层(TiNx,x=0～1);或者利用离子镀法在Ti涂敷层上形成Al涂敷层;或者利用离子反应技术,在N2气氛中在所述Al涂敷层上形成AlN涂敷膜;或者在含N2气氛中提供离子反应镀法,在Al涂敷层上形成复合化合物Ti1－xAlxN。

Description

用于超高真空的永磁体及其制造方法
本发明涉及可用于超高真空气氛的永磁体，其具有良好的磁性能而且涂敷其上的膜层具有优异的附着性，可用于通常在超高真空气氛使用的波动器或者类似装置；更具体地本发明涉及用于超高真空的永磁体及所述永磁体的制造方法，通过设置涂敷于磁体表面的钛下涂层，和形成TiN、AlN或者Ti1-xAlxN涂层中的一种作为外膜，和/或再形成Al或TiNx膜作为中间层，而使所述永磁体具有优异磁性能，以致如此形成的表面多层致密地形成、牢固地接合于基体表面，防止可能由磁体表面产生的气体的发生和/或放出。因此，本发明的永磁体可以用于低于1×10-9Pa的超高真空。
新型的R(稀土元素中的至少一种)-Fe-B系永磁体已经提出(日本专利申请公开昭59-46008，和日本专利申请公开昭59-89401)，主要由富Nd或Pr的稀土元素和B和Fe组成(因而R-Fe-B系永磁体不含有昂贵元素如Sm或Co)，具有优于传统的稀土钴磁体所具有的磁性能。
虽然报道了上述磁体合金的居里点，通常在300℃～370℃的温度范围，所述R-Fe-B系永磁体(日本专利申请公开昭59-64733和日本专利申请公开昭59-132104)的居里点由Co元素部分置换Fe得以改善，展示高于传统磁体所报道的居里点，此外，为了开发新型永磁体，使其与上述含Co的R-Fe-B系永磁体相比，具有相同或更高的居里点和更高的最大磁能积(BH)max，改善温度特性，特别是内禀矫顽力iHc，提出了另一种新型含Co的R-Fe-B系永磁体(日本专利申请公开昭60-34005)，通过用选自包括Dy或Tb的重稀土元素集合的至少一种元素置换含Co的R-Fe-B系永磁体中的R组分(主要是轻稀土元素例如Nd或Pr)，可以在保持大于25MGOe的极高的(BH)max值的同时，提高内禀矫顽力iHc。
通常，在10-3Pa数量级的真空气氛中采用铁氧体磁体。但是，铁氧体磁体的磁性能较低，用于波动器不足够高。
对满意地用于低于1×10-9Pa的超高真空气氛的永磁体有以下几个方面的要求：
(1)优异的磁性能，
(2)从磁体表面不产生或排出吸收的或沾染的气体，
(3)磁体安装于相关设备后也能保持1×10-9Pa的高水平的真空。
因此，上述R-Fe-B系永磁体由于具有高的磁性能，所以可用于在超高真空中使用的波动器。但是，由于气体易于吸附于R-Fe-B系永磁体之上或者吸收于其之内，所以吸附或吸收的气体会从磁体表面层产生或排出，导致难以保持低于1×10-9Pa的超高真空。结果，传统的R-Fe-B系永磁体不能用于超高真空。
当出于耐蚀目的R-Fe-B系永磁体经过镀Ni表面处理后用于超高真空时，为了制造波动器或者类似装置，磁体不能置于真空室之内，相反只能安装于其之外。因此，设备本身尺寸变大，而且R-Fe-B系永磁体所具有的优异的磁性能不能有效地利用。
即使就其他类型的R-Fe-B系永磁体、即为了改善R-Fe-B系永磁体的耐蚀性而涂敷各种金属或聚合树脂的永磁体而言，也不能避免吸附/吸收的气体的产生或排出，结果就超高真空、特别是低于1×10-9Pa的而言，这种耐腐蚀的R-Fe-B系永磁体的用途极为受限。
因此，本发明的目的在于提供一种能用于在超高真空气氛中使用的波动器的具有优异磁性能的永磁体。此外，根据本发明的永磁体其上具有致密的及牢固接合的表面涂敷层，用以避免磁体表面层产生任何气体或排出气体；在用于耐腐蚀目的的各种涂敷膜上，本发明的磁体具有完全不同于传统类型的耐腐蚀R-Fe-B系永磁体的特征。
为了开发R-Fe-B系永磁体，使其具有稳定的和优异的磁性能和在基底涂敷的致密附着膜，由此避免吸附的或吸收的气体产生，本发明经检测确认在永磁体表面形成了TiN薄膜。结果发现以下工艺有助于实现上述目的。亦即，(1)通过离子溅射方法清洁磁体表面。(2)通过薄膜形成技术例如离子镀法在磁体的清洁表面上形成膜厚确定的Ti涂敷层。(3)通过薄膜形成技术例如离子镀法，采用Ar气和N2气的混合气体形成氮扩散层、TiNx(x＝0-1)，以使氮扩散层中的N浓度朝向在先形成的Ti涂敷层表面缓慢地增大。(4)而且，通过在N2气氛中的离子反应镀技术形成确定膜厚的TiN涂敷层。发现如此制备的永磁体，由于将其置于设备之内以后可以实现低于1×10-9Pa的真空度，所以可用于超高真空中的波动器。
另外，对在永磁体表面形成TiN薄膜的方法进行研究之后，本发明人发现以下工艺在提高Al膜与TiN膜之间的接合强度上提供了优异效果。亦即，该工艺如下。(1)通过离子溅射技术清洁永磁体表面区域。(2)通过薄膜形成技术例如离子镀方法依次形成确定膜厚的Ti涂敷膜和Al涂敷膜。(3)通过薄膜形成方法例如在N2气氛中的离子反应镀形成确定膜厚的TiN膜。业已发现，TiN膜呈现对Ti下涂敷膜的优异接合强度。(4)在形成涂敷于Al膜上的TiN膜的同时，形成通式为Ti1-αAlαNβ(其中0＜α＜1，0＜β＜1)的复合膜。Ti1-αAlαNβ的组成和膜厚随磁体基底温度、偏置电压和膜生长速率而变。因此，Ti和N的组成比例向TiN界面连续增大，以致实现Al涂敷膜与TiN涂敷膜之间的优异接合强度。
此外，本发明人已经发现，在永磁体表面依次形成Ti涂敷层和Al涂敷层之后，在Al涂敷层上形成AlN涂敷层，此时在界面上形成了具有通式AlNx的Al和N组成的复合膜。复合AlNx的组成和膜厚随磁体基底温度、偏置电压和膜生长速率而变。还发现N浓度向AlN界面区域缓慢地增大，以致Al涂敷层与AlN膜之间的接合性明显增强。
而且，本发明人对在永磁体表面层上产生另一类型的复合化合物Ti1-xAlxN的方法进行了研究。结果，依次形成Ti涂敷层和Al涂敷层之后，利用薄膜形成方法例如在含氮气氛中进行的离子反应镀技术，可以形成确定膜厚的Ti1-xAlxN。亦即，当Ti1-xAlxN膜形成在所述Al涂敷层上时，发现中间复合化合物Ti1-αAlαNβ(其中0＜α＜1，0＜β＜1)形成在界面区域。Ti1-αAlαNβ的组成和膜厚随磁体基底温度、偏置电压、膜生长速率和Ti1-xAlxN的组成而变。Ti和N的组成比例呈现向与Ti1-xAlxN层的界面缓慢地增大，结果明显地改善了Al涂敷层与Ti1-xAlxN层的接合强度。
通过以下结合附图对本发明的实例的详细说明，可以全面了解本发明的上述和许多其他目的、特征和优点。
图1是测量真空压强的超高真空设备。
图2至图5展示了对不同的表面处理的磁体真空度的渐进变化，显示了实现真空压强所需的时间。
将按下列顺序说明用于超高真空气氛的永磁体的制造方法实例，其中，所述永磁体的特征还在于，通过其中N浓度缓慢地增大的氮扩散层(具有TiNx)，提供涂敷于在先提供于R-Fe-B系永磁体表面的Ti涂敷层上的TiN层。
(1)在电弧离子镀设备中，把真空室抽至低于1×10-3Pa的真空压强之后，在5Pa的Ar压强和-600V的电压下，利用氩离子表面溅射装置清洁R-Fe-B系永磁体的表面区域。
(2)在下一步骤，在0.2Pa的Ar气压和-80V的偏置电压下，利用电弧离子镀使作为靶材料的钛元素蒸发，制成膜厚在0.1μm至5.0μm的钛涂敷层。
(3)接着，为了在钛涂敷基底层上形成具有TiNx组成的确定膜厚的氮扩散层，在保持钛蒸发的同时，把磁体基底温度也保持在400℃。在1Pa的气压、-120V的偏置电压和80A的电弧电流下，引入氩气和氮气的混合气体之后，形成氮扩散层，其中通过增加氮气含量使氮气浓度梯度向TiN涂敷层连续增大。
(4)在最终步骤，利用在1.5Pa的氮气压下的电弧离子镀，在氮扩散层上形成确定膜厚的TiN涂敷层。
根据本发明，为了在R-Fe-B系永磁体表面上形成钛涂敷层和氮扩散层，可以使用包括离子镀法或者蒸发法的已有的任何薄膜形成方法，尽管如此，但是从形成膜的致密性、均匀性和生长速率来看，最好使用离子镀法或者离子反应镀法这两种。
在反应膜形成处理中，最好把磁体基底加热温度设在200℃～500℃的温度范围。如果低于200℃，在反应膜与磁体基底之间不能获得足够的接合强度；如果超过500℃，冷却阶段膜会发生不期望的开裂，导致从磁体基底剥落；因此最好把磁体基底温度设在200℃和500℃之间。
本发明中，把涂敷在磁体表面的Ti膜的膜厚限定在0.1μm至3.0μm的范围内的主要原因是基于以下因素，(1)如果小于0.1μm，则其厚度不足以保持足够的接合强度，(2)如果大于3.0μm，虽然对接合强度无不良影响，但会导致成本上升，不实用。
同样的，把形成在Ti涂敷层上的氮扩散层的膜厚控制在0.05μm至2.0μm的范围内的主要原因是基于以下因素，(1)如果小于0.05μm，则扩散层厚度不足，另一方面，(2)如果大于2.0μm，虽然对接合强度无不良影响，但会导致生产成本上升，不实用。
本发明中，对于形成在Ti涂敷层上的氮扩散层，最好具有朝向TiN涂敷层缓慢地增大的N2浓度。
此外，把TiN涂敷层的膜厚控制在0.5μm至10μm的范围内的主要原因是基于以下因素，(1)如果小于0.5μm，则不能实现作为TiN特征的足够的耐蚀及耐磨性，另一方面，(2)如果大于10μm，虽然对其有效性无问题，但会引起生产成本上升。
以下说明制造永磁体的工艺实例，其中所述永磁体的特征在于，在R-Fe-B系永磁体表面形成Ti膜之后，通过形成在Ti涂敷膜之上的Al涂敷膜，形成TiN涂敷层。
(1)在电弧离子镀设备中，把真空室抽至1×10-3Pa的目标真空度以下，通过在5Pa的Ar气压和-600V的电压下表面溅射Ar离子，清洁R-Fe-B系永磁体的表面区域。
(2)在0.1Pa的Ar气压和-50V的偏置电压下蒸发作为靶材料的Ti元素之后，在磁体表面通过电弧离子镀方法，形成膜厚在0.1μm至3.0μm范围内的Ti涂敷膜。
(3)在0.1Pa的Ar气压和-50V的偏置电压下蒸发Al靶之后，在Ti涂敷膜上通过电弧离子镀方法，形成膜厚在1μm至5μm范围内的Al涂敷膜。
(4)使用Ti作为靶材料，同时保持磁体基底温度于250℃，在1Pa的N2气压、-100V的偏置电压和100A的电弧电流下，在Al涂敷膜上形成确定膜厚的TiN膜。
根据本发明，把Al涂敷层的膜厚控制在0.1μm至5.0μm的范围内的主要原因是基于以下因素，(1)如果小于0.1μm，则Al元素难以在Ti涂敷膜上均匀地淀积，不能实现作为中间层的有效功能，另一方面，(2)如果大于5.0μm，虽然对作为中间层的功能无影响，但会引起生产成本上升。
把TiN层的膜厚控制在0.5μm至10μm的范围内的主要原因是基于以下因素，(1)如果小于0.5μm，则不能实现足够的耐蚀和耐磨性，另一方面，(2)如果大于10μm，虽然对其功能无任何不利影响，但会引起生产成本上升。
以下说明制造永磁体的工艺实例，其中所述永磁体的特征在于，设置Ti涂敷膜，并通过位于R-Fe-B系永磁体上的Ti涂敷层之上的Al涂敷层，设置AlN涂敷层。
(1)在电弧离子镀设备中，把真空室抽至1×10-3Pa的目标真空度以下，通过在10Pa的Ar气压和-500V的电压下表面溅射Ar离子，清洁R-Fe-B系永磁体的表面区域。
(2)在0.1Pa的Ar气压和-80V的偏置电压下蒸发作为靶材料的Ti元素之后，由此在磁体表面通过电弧离子镀方法，形成膜厚在0.1μm至3.0μm范围内的Ti涂敷膜。
(3)同样地，在0.1Pa的Ar气压和-50V的偏置电压下蒸发Al，由此在Ti涂敷膜上通过电弧离子镀方法，形成膜厚在0.1μm至5.0μm范围内的Al涂敷层
(4)使用Al作为靶材料，同时保持磁体基底温度于250℃，在1Pa的N2气压和-100V的偏置电压下，在Al涂敷层上形成确定膜厚的AlN膜。
把Al涂敷层的膜厚控制在0.1μm至5.0μm的范围内的主要原因是基于以下因素，(1)如果小于0.1μm，则Al元素难以在Ti涂敷膜上均匀地淀积，不能实现作为中间层的有效功能，另一方面，(2)如果大于5.0μm，虽然对作为中间层的功能无影响，但会引起生产成本上升。
把AlN层的膜厚控制在0.5μm至10μm的范围内的主要原因是基于以下因素，(1)如果小于0.5μm，则不能实现足够的耐蚀和耐磨性，另一方面，(2)如果大于10μm，虽然对其功能无任何不利影响，但会引起生产成本上升。
以下说明制造永磁体的工艺实例，其中所述永磁体的特征在于，在R-Fe-B系永磁体表面上形成Ti涂敷层之后，通过预先形成在Ti涂敷层上的Al涂敷层，提供Ti1-xAlxN(0.03＜x＜0.70)涂敷层。
(1)在电弧离子镀设备中，把真空室抽至1×10-3Pa的真空度以下，通过在10Pa的Ar气压和-500V的电压下表面溅射Ar离子，清洁R-Fe-B系永磁体的表面区域。
(2)在0.1Pa的Ar气压和-80V的偏置电压下蒸发作为靶材料的Ti元素，由此在磁体表面通过电弧离子镀方法，形成膜厚在0.1μm至3.0μm范围内的Ti涂敷膜。
(3)在0.1Pa的Ar气压和-50V的偏置电压下蒸发作为下一靶材料的Al，由此在Ti涂敷膜上通过电弧离子镀方法，形成膜厚在0.1μm至5.0μm范围内的Al涂敷层
(4)接着，使用合金Ti1-xAlx(0.03＜x＜0.80)作为靶材料，同时保持磁体基底温度于250℃，在3Pa的N2气压和-120V的偏置电压下，在Al涂敷层上形成确定膜厚的Ti1-xAlxN涂敷膜。
根据本发明，把位于Ti涂敷层上的Al涂敷层的膜厚控制在0.1μm至5.0μm的范围内的主要原因是基于以下因素，(1)如果小于0.1μm，则Al元素难以在Ti涂敷层上均匀地淀积，不能实现作为中间层的有效功能，另一方面，(2)如果大于5.0μm，虽然对作为中间层的功能无影响，但会引起生产成本上升。
把Ti1-xAlxN(0.03＜x＜0.70)涂敷层的膜厚控制在0.5μm至10μm的范围内的主要原因是基于以下因素，(1)如果小于0.5μm，则不能实现足够的耐蚀和耐磨性，(2)如果大于10μm，虽然对其有效性无不利影响，但会引起生产成本上升。此外，在Ti1-xAlxN组成中，如果x小于0.03，则不能获得足够的耐蚀和耐磨特性；而如果大于0.70，可以认为对性能无明显改善，难以获得均匀分布的组成。
本发明的永磁体所用的稀土元素R的成分范围是10at％～30at％。最好是选自由Nd、Pr、Dy、Ho和Tb组成的元素集合中的至少一种元素，和/或由La、Ce、Sm、Gd、Er、Eu、Tm、Yb、Lu和Y组成的元素集合中的至少一种元素。亦即，如果选择一种元素R则将是足够的好。但是，如果选用两种以上元素的混合物(例如镧-铈混合稀土或镨钕混合物)，则将更实用和有效。另外，不必一定选择纯度级的稀土元素，也可选择含不可避免的杂质和各种杂质的任何元素。
R元素是永磁体的基本元素。如果含量小于10at％，由于R元素的晶体结构是与α-Fe(铁素体)相同的立方结构，所以不能获得优异的磁性能、特别是高内禀矫顽力。另一方面，如果大于30at％，则富R非磁性相将变成主相，引起剩余磁通密度Br下降，以致不能制造具有优异磁性能的永磁体。因此，最好把R含量控制在10at％～30at％的范围内。
硼、B也是永磁体的基本元素。如果含量小于2at％，菱形结构将变成主相，导致不能获得高的内禀矫顽力iHc。另一方面，如果大于28at％，则富R非磁性相将变成主相，引起剩余磁通密度Br下降，以致不能制造具有优异磁性能的永磁体。因此，最好把R含量控制在2at％～28at％的范围内。
显然Fe元素也是永磁体的基本元素。如果其含量小于65at％，则剩余磁通密度Br下降；另一方面，如果大于80at％，则不能获得高的内禀矫顽力iHc。因此，最好把Fe含量控制在65at％～80at％的范围内。虽然用Co部分地置换Fe可以在不降低其他磁性能的情况下改善温度特性；如果Co置换多于20％的Fe，则会对磁性能有不良影响。如果Co的置换量在Fe和Co元素总量的5at％～15at％范围内，则与无任何Co元素置换的磁体相比剩余磁通密度Br增大，因此为了获得高的剩余磁通密度，最好在5at％～15at％的范围内。
对于上述三种基本元素R、B和Fe允许存在不可避免的杂质(或多种杂质)。例如，只要总的百分比小于2.0wt％，部分B元素可以由下列元素集合中的至少一种元素置换：C(小于4.0wt％)、P(小于2.0wt％)、S(小于2.0wt％)和Cu(小于2.0wt％)或者任何元素。如果进行上述置换，则对于制造永磁体可以改善生产率和降低成本。
而且，为了改善内禀矫顽力、退磁曲线的矩形度、生产率和性能-成本比，可以在R-Fe-B系永磁体添加选自下列元素集合中的至少任何一种元素：Al，Ti，V，Cr，Mn，Bi，Nb，Ta，Mo，W，Sb，Ge，Sn，Zr，Ni，Si，Zn，Hf。由于为了具有大于20MGOe的(BH)max，剩余磁通密度Br必须至少大于9kG，所以必须仔细确定添加量的上限。
本发明的永磁体的特征在于，磁体主相是平均晶粒尺寸在1μm～80μm范围内的四方晶构，磁体含有1％～50％(体积比)的非磁性相(氧化相除外)。
根据本发明，永磁体具有以下磁性能；亦即，内禀矫顽力iHc≥1kOe，剩余磁通密度Br≥4kG，最大磁能积(BH)max≥10MGOe，最大值可达25MGOe以上。
实施例1-1
对已有技术的铸件进行破碎，随后通过压制成型、对产品烧结和热处理，制备直径为12mm、厚度为2mm的组成为15Nd-1Dy-77Fe-7B的磁体样品。把磁体样品置于抽至低于1×10-3Pa的真空室内。在5Pa的Ar气压和-600V的电压下通过表面溅射Ar离子20分钟，清洁磁体样品的表面，然后，在下列条件下，在磁体样品表面镀上膜厚0.5μm的作为靶元素的Ti元素：Ar气压：0.2Pa，偏置电压：-80V，电弧电流：120A，和磁体基底温度：380℃。
把磁体基底再加热至380℃，之后引入气压为1Pa的混合气体(Ar∶N2＝9∶1).使Ar和N2气体的混合比例从初始比例9∶1连续改变为7∶3→5∶5→3∶7→0∶10，在-120V的偏置电压和80A的电弧电流下，经过30分钟在Ti涂敷层上形成膜厚0.2μm的氮扩散层(具有组成TiNx)。
此外，通过离子镀技术在上述氮扩散层上，形成膜厚5μm的TiN涂敷层，条件如下：N2气压：1.5Pa，偏置电压：-100V，电弧电流：120A。
真空室冷却之后，测量如此制备的具有TiN层的永磁体的磁性能。所得结果列于表1。还测量了使用上述制备的磁体样品，由超高真空设备到达目标真空度所需的时间，如图1所示。图2展示了真空度渐进变化的结果。
在图1所示超高真空设备中，有超高真空室1、圆筒管主体2、其中设置了Ti吸汽泵4、离子泵5、BA测量器6和提取测量器7。在主体2的一端部位设置样品室3。
在真空室3未放入磁体样品8的情况下，对真空室在150℃～200℃烘焙48小时，同时操作Ti吸汽泵4和离子泵5对真空室抽真空。主体2内的温度冷至70℃以下后，通过操作BA测量器6和提取测量器7测量最终可到达的目标真空度。记录下最终可到达的目标真空度是7×10-10Pa，如图2的“a”行所示。
把60片尺寸为8mm高×8mm宽×50mm长的样品磁体8放入样品室3内。通过操作Ti吸汽泵4和离子泵5对真空室在150℃～200℃烘焙48小时之后。主体2的温度冷至70℃以下后，通过操作BA测量器6和提取测量器7渐进测量真空度。到达最终目标真空度所经过的时间如图2中的曲线“b”所示，这里，符号○代表BA测量器测量的数据点，符号□代表提取测量器获得的数据点。
对比例1-1
组成与上述实施例1-1相同的样品磁体的磁性能也列于表1。在与实施例1-1相同的条件下对尺寸和数量均与实施例1-1相同的样品磁体清洁之后，在与实施例1-1相同的条件下测量图1的超高真空室的目标真空度。结果如图2中的曲线“c”所示。
                            表1
                          磁   性能
  Br(kG)     iHc(kOe) (BH)max(MGOe)
实施例1-1 本发明   11.6     16.8     32.8
对比例1-1 未处理磁体   11.7     16.6     33.2
对比例1-2 镀镍磁体   11.5     16.4     32.6
对比例1-2
采用相同数量的尺寸和组成均与实施例1-1相同的样品磁体。在与实施例1-1相同的条件下对样品磁体的表面区域进行清洁之后，通过传统的电镀方法形成厚20μm的Ni膜。对镀镍磁体的磁性能进行评价并列于表1。清洁镀镍磁体的表面区域，随后在与实施例1-1相同的条件下测量采用图1所示超高真空室的真空气压。数据如图2中曲线“d”所示。
根据本发明，通过具有连续增大的N浓度的氮扩散层、在Ti涂敷层上设置TiN层的R-Fe-B系永磁体已经清楚地证明磁体表面无气体产出，因而可以实现1×10-9Pa的真空度。另一方面，对于未处理磁体或镀镍磁体，发现不能避免气体的产生。因此不能实现目标真空度。
实施例2-1
对已有技术的铸锭进行破碎，随后通过压制成型、烧结和热处理，制备直径为12mm、厚度为2mm的组成为16Nd-1Dy-76Fe-7B的磁体样品。测量的磁性能列于表2。
把真空室抽至低于1×10-3Pa的水平。在10Pa的Ar气压和-500V的电压下通过表面溅射Ar离子20分钟，清洁磁体样品的表面，然后，保持0.1Pa的Ar气压、-80V的偏置电压、120A的电流和280℃的磁体基底温度，采用Ti作为靶材料，通过电弧离子镀技术，在磁体样品表面形成膜厚1μm的Ti涂敷层。
另外，在例如0.1Pa的Ar气压、-50V的偏置电压、50A的电流和250℃的磁体基底温度条件下，采用金属铝作为靶材料，通过电弧离子镀技术，在Ti涂敷层上形成膜厚2μm的Al涂敷层。
在350℃的磁体基底温度、-100V的偏置电压、100A的电弧电流、1Pa的N2气压的条件下，采用金属钛作为靶材料，通过电弧离子镀技术，在Al涂敷层上形成膜厚2μm的TiN涂敷层。
处理室冷却之后，检测具有TiN涂敷膜的永磁体磁性能。结果如表2所示。用超高真空设备测量永磁体的真空气压，如图1所示。所得结果见图3。
                             表2
                           磁   性能
    Br(kG)     iHc(kOe) (BH)max(MGOe)
实施例2-1 本发明     11.2    15.9     30.1
对比例2-1 未处理磁体     11.7    15.9     30.1
对比例2-2 镀镍磁体     11.1    15.9     30.1
测量工艺与实施例1-1完全相同。最终可到达的目标真空度是7×1010Pa，如图3的曲线“a”行所示。把60片尺寸为8mm高×8mm宽×50mm长的样品磁体8放入样品室3内，监测最终真空度经过的所需时间，如图3中的曲线“e”所示，标为○符号的数据点代表BA测量器获得的结果，符号□代表提取测量器获得的数据点。
对比例2-1
样品磁体具有与实施例2-1相同的组成，但无Ti膜、Al涂敷膜和TiN层，其磁性能列于表2。在与实施例2-1相同的条件下对尺寸与实施例2-1相同的相同数量的样品磁体进行清洁。采用图1的超高真空设备在与实施例2-1相同的条件下，测量最终可达到的目标真空度。结果如图3中的曲线“f”所示。
对比例2-2
在与实施例2-1所用的相同条件下，对数量、组成和尺寸均与实施例2-1所用的相同的磁体表面进行清洁之后，通过传统的电镀方法镀上厚20μm的Ni膜。对如此制备的镀镍磁体的磁性能进行评价，结果列于表2。接着，清洁镀镍表面之后，在与实施例2-1相同的条件下采用图1所示超高真空设备，测量最终可达到的真空度。结果如图3中曲线“g”所示。
发现根据本发明的R-Fe-B系永磁体，通过预先形成在Ti涂敷层上的Al涂敷层而设置TiN层，已经清楚地证明磁体表面无气体产出，并可满意地实现1×10-9Pa的真空压强。另一方面，未做任何处理的磁体或其上镀镍的磁体，呈现气体的产生。因此不能实现目标真空度。
实施例3-1
对已有技术的铸锭进行破碎，随后通过压制成型、烧结和热处理，制备直径为12mm、厚度为2mm的组成为16Nd-lDy-75Fe-8B的磁体样品。把磁体样品置于抽至低于1×10-3Pa的真空室内。在5Pa的Ar气压和-600V的电压下通过表面溅射Ar离子20分钟，清洁磁体样品的表面，然后，在下列条件下，采用金属Ti作为靶材料通过电弧离子镀法，在磁体样品表面形成膜厚1μm的Ti涂敷层：Ar气压：0.2Pa，偏置电压：-80V，和磁体基底温度：250℃。
接着，保持0.1Pa的Ar气压、-50V的偏置电压、和250℃的磁体基底温度，采用金属Al作为靶材料，通过电弧离子镀技术，在Ti涂敷层上形成膜厚2μm的Al涂敷层。在下一阶段，在350℃的磁体基底温度、-100V的偏置电压、和1Pa的N2气压的条件下，采用金属钛作为靶材料，通过电弧离子镀技术，在Al涂敷层上形成膜厚2μm的AlN涂敷层。
真空室冷却之后，测量如此制备的磁体的磁性能。所得结果列于表3。采用图1所示的超高真空设备评价可达到的真空气压。所得结果如图4所示。
实施例3-1的测量工艺与实施例1-1完全相同。发现最终可到达的目标真空度是7×10-10Pa，如图4的曲线“a”所示。把尺寸为8mm高×8mm宽×50mm长的60片样品磁体8放入样品室3内，监测最终可达到的真空度经过的所需时间，如图4中的曲线“h”所示，○代表由BA测量器获得的数据点，符号□代表提取测量器获得的数据点。
对比例3-1
样品磁体具有与实施例3-1相同的组成，但无Ti涂敷层、Al涂敷层和AlN涂敷层的外膜，其磁性能列于表3。在与实施例1-1相同的工艺下对尺寸与实施例3-1相同的相同数量的样品磁体进行清洁。采用图1的超高真空设备在与实施例3-1相同的条件下，测量最终可达到的真空度。结果如图4中的曲线“i”所示。
                                 表3
                         磁   性能
   Br(kG)     iHc(kOe) (BH)max(MGOe)
实施例3-1 本发明     11.3    16.0     30.1
对比例3-1 未处理磁体     11.3    16.0     30.1
对比例3-2 镀镍磁体     11.2    16.0     30.0
对比例3-2
在与实施例3-1所用的相同条件下，对数量、组成和尺寸均与实施例3-1所用的相同的磁体表面进行清洁之后，通过传统的电镀方法形成厚20μm的Ni镀膜。镀镍样品磁体的磁性能也列于表3。此外，清洁镀镍磁体表面之后，在与实施例1-1相同的条件下采用图1所示超高真空设备，测量最终可达到的真空度。结果如图4中曲线“j”所示。
根据本发明的R-Fe-B系永磁体，通过在预先形成于所述Ti膜上的Al膜上，设置TiN涂敷膜及随后形成的AlN膜，已经清楚地证明磁体表面无气体产出，并可实现1×10-9Pa的真空气压。但是，未做任何处理的磁体或其上镀镍的磁体，呈现气体的产生。因此不能实现目标真空度。
实施例4-1
对已有技术的铸锭进行破碎，随后通过压制成型、烧结和热处理，制备直径为12mm、厚度为2mm的组成为16Nd-76Fe-8B的磁体样品。把磁体样品置于抽至低于1×10-3Pa的真空室内。在5Pa的Ar气压和-600V的电压下通过表面溅射Ar离子20分钟，清洁磁体样品的表面，然后，在下列条件下，采用金属Ti作为靶材料通过电弧离子镀法，形成膜厚1μm的Ti涂敷层：Ar气压：0.2Pa，偏置电压：-80V，和磁体基底温度：250℃。
接着，在0.1Pa的Ar气压、-50V的偏置电压、250℃的磁体基底温度的条件下，采用金属Al作为靶材料通过电弧离子镀法，在Ti涂敷层上形成膜厚2μm的Al涂敷膜。
保持320℃的磁体基底温度、-120V的偏置电压、和3Pa的N2气压，采用合金Ti0.4Al0.6作为靶材料，通过电弧离子镀技术，在Al涂敷层上形成膜厚3μm的Ti1-xAlxN膜。发现所得复合化合物的组成是Ti0.45Al0.55N。处理室冷却之后，评价磁体的磁性能。所得结果列于表4。采用图1所示的超高真空设备评价可达到的真空压强。所得结果如图5所示。
按与实施例1-1完全相同的测量工艺测量最终可达到的真空度。发现最终可达到的真空度是7×10-10Pa，如图5的曲线“a”所示。把尺寸为8mm高×8mm宽×50mm长的60片样品磁体8放入样品室3内，连续监测最终可达到的真空度经过的所需时间。结果如图5中的曲线“k”所示，○代表由BA测量器获得的数据点，符号□代表提取测量器获得的数据点。
对比例4-1
样品磁体具有与实施例4-1相同的组成，但无Ti、Al和Ti1-xAlxN层的任何涂敷膜，其磁性能列于表4。与实施例4-1相同，对样品磁体的表面区域进行清洁。在与实施例4-1相同的条件下在超高真空设备中，测量最终可达到的真空度。结果如图5中的曲线“1”所示。
对比例4-2
在与实施例4-1所用的相同条件下，对数量、组成和尺寸均与实施例4-1所用的相同的样品磁体表面进行清洁。采用传统的电镀方法形成膜厚20μm的Ni膜。镀镍磁体的磁性能也列于表4。接着，清洁镀镍表面之后，在与实施例4-1相同的条件下测量最终可达到的真空度。结果如曲线“m”所示。
                                表4
                        磁   性能
   Br(kG)     iHc(kOe) (BH)max(MGOe)
实施例4-1 本发明     11.0     16.0     30.0
对比例4-1 未处理磁体     11.0     16.0     30.0
对比例4-2 镀镍磁体     11.0     16.0     30.0
根据本发明的R-Fe-B系永磁体，具有在预先形成于Ti涂敷层上的Al涂敷层上形成的Ti1-xAlxN涂敷层的外层，已经证明磁体表面无气体产出，可实现1×10-9Pa的真空气压。另一方面，未做任何进一步处理的磁体或其上镀镍的磁体，发现气体的产生。因此难以实现目标真空度。
根据本发明，通过以下工艺(1)利用溅射法清洁R-Fe-B系永磁体表面，(2)通过薄膜形成技术例如离子镀法形成Ti涂敷膜作为下涂层，(3)在含氮气氛中通过离子反应镀技术，形成TiN膜层、AlN膜层或Ti1-xAlxN中的一种作为外层，和/或Al层或TiNx层作为中间层，用致密附着层涂敷R-Fe-B系永磁体表面，避免气体产生，从而可以用于在超高真空气氛中使用的波动器，所述波动器需要具有优异的磁性能。
虽然结合优选实施例说明了本发明，但应知道本发明并不限于这些具体实施例，在不脱离由权利要求书所限定的本发明的范围和精髓的条件下，本领域的技术人员可以做出许多改进和变化。

Claims (15)

1.一种R-Fe-B系合金制成的可用于超高真空的磁体，具有涂敷于所述磁体表面层上的Ti层作为下涂敷层、和TiN涂敷层、AlN涂敷层或Ti1-xAlxN涂敷层(x：0.03～0.70)中任一种作为外层。
2.根据权利要求1的超高真空磁体，其中在Ti下涂敷层与上述外涂敷层之间插入Al涂敷层作为中间层。
3.根据权利要求1的超高真空磁体，其中Ti下涂敷层的膜厚在0.1μm～3.0μm的范围。
4.根据权利要求1的超高真空磁体，其中TiN外层的膜厚在0.5μm～10μm的范围。
5.根据权利要求1的超高真空磁体，其中AlN外层的膜厚在0.5μm～10μm的范围。
6.根据权利要求1的超高真空磁体，其中Ti1-xAlxN(x：0.03～0.70)外层的膜厚在0.5μm～10μm的范围。
7.根据权利要求2的超高真空磁体，其中Al中间涂敷层的膜厚在0.1μm～5.0μm的范围。
8.一种可用于超高真空的磁体的制造方法，包括以下步骤：
清洁主相由四方相构成的R-Fe-B系永磁体的表面层；
通过薄膜形成方法形成Ti涂敷层用于下涂敷层；和
通过薄膜形成方法形成TiN涂敷层、AlN涂敷层或Ti1-xAlxN涂敷层(x：0.03～0.70)中任一种作为外层。
9.根据权利要求8的磁体制造方法，其中在Ti下涂敷层与外涂敷层之间插入Al涂敷层作为中间层。
10.根据权利要求8的磁体制造方法，其中所述薄膜形成方法是离子镀或蒸发法中的一种。
11.根据权利要求8的磁体制造方法，其中Ti下涂敷层的膜厚在0.1μm～3.0μm的范围。
12.根据权利要求8的磁体制造方法，其中TiN外层的膜厚在0.5μm～10μm的范围。
13.根据权利要求8的磁体制造方法，其中AlN外层的膜厚在0.5μm～10μm的范围。
14.根据权利要求8的磁体制造方法，其中Ti1-xAlxN(x：0.03～0.70)外层的膜厚在0.5μm～10μm的范围。
15.根据权利要求9的磁体制造方法，其中Al中间涂敷层的膜厚在0.1μm～5.0μm的范围。
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