[发明专利]一种镨铁硼永磁铁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镨铁硼永磁铁及其制备方法，通过该方法制得的镨铁硼永磁铁可用于同步辐射光源的低温波荡器（CPMU）插入件等各种高精度低温永磁装置，也可用于空间仪器仪表等领域。

背景技术

烧结钕铁硼（NdFeB）永磁铁经过近三十年的研究与开发，目前常温商业NdFeB的剩磁Br已达1.5T，接近理论值的93.8%，进一步提升空间已很小；内禀矫顽力Hci也有大幅度提高，最高已达到3000KA/m以上，接近理论值的53.5%。此外，NdFeB在130-150K呈现自旋再取向（SRT），这限制了NdFeB低温磁性能的进一步提高与应用。

镨铁硼（PrFeB）和NdFeB的磁结构类似，常温理论Br和Hci也接近，但因磁场稳定性欠佳及易氧化性，限制了其常温应用。PrFeB因无SRT而具有比NdFeB更好的潜在低温磁性能，适合于各种低温永磁装置。近几年，日本住友特殊金属公司已研制出CPMU实验研究用PrFeB(53CR)。德国真空冶炼公司（VAC）也开发出(Nd_0.2Pr_0.8)FeB，其在85K的磁能积达到520KJ/m³，可用于自由电子激光小间隙高磁场CPMU中。2004年，我国台湾省敏科技股份有限公司开发了一种烧结PrFeB，分别在我国大陆、台湾、美国等地申请了专利，申请号分别为CN200410042171.7，TW093112867，US96095504A。在我国大陆，上世纪九十年代前后，北京科技大学周寿增等采用粉末冶金工艺制备了烧结PrFeB，常温Br达到1.24T，Hci达到931KA/m。

然而，日本开发的PrFeB(53CR)永磁铁虽然Br较高，但Hci低，仅可用于CPMU实验研究使用；德国开发的含20%金属Nd的PrFeB，虽然Br很高，但Hci不高，在实际使用时要采取一些措施确保PrFeB永磁铁的磁场稳定性；我国台湾制备的PrFeB的Hci虽然很高，但Br很低；我国大陆已经制备的PrFeB的Br和的Hci均很低，完全不符合CPMU工程上的实际应用。

在国内，随着北京同步辐射装置与合肥国家同步辐射光源的改造，上海同步辐射光源的建成与应用，同步辐射在国内得到了广泛的应用，未来对高亮度X射线需求将逐步增加，CPMU将能够满足用户对光源性能的要求，PrFeB是CPMU首选磁元件。若要使PrFeB要能在高精度CPMU中获得工程上的应用，需要解决以下技术问题：

（1）制备成本

为获得常温下较小的温度系数以实现良好稳定性能，一般烧结NdFeB或者PrFeB的合金成分中添加了Dy、Co元素，甚至Tb等价格较贵的重稀土元素，导致永磁铁的制备成本较高，不适合大量生产应用。

（2）磁性能参数

目前国内外制备的PrFeB磁性能参数存在不同程度缺陷，不能在同步辐射光源加速器上获得工程上的实际应用。国家重大科学工程上海光源二期CPMU需要的PrFeB常温Br达到1.3T以上，Hci达到1400KA/m以上。

（3）磁场稳定性

现有多数烧结NdFeB或者PrFeB永磁铁仅经过普通的老化处理，而CPMU磁路结构将有较大反向磁场叠加在PrFeB永磁铁上，且几百件永磁铁组件安装是在常温环境下进行，这对永磁铁的外磁场稳定性（即常温Hci、方形度、B-H线性度）提出了很高的要求。相对于NdFeB，PrFeB的Br和Hci的温度系数α、β较大，方形度欠佳，这对常温磁场稳定性带来不利影响。

（4）磁场均匀性

高精度CPMU对永磁铁的磁场均匀性有很高要求（磁化偏角≦1.0°，N/S极磁场对称性≦2.0%，外磁场光滑）等。我国台湾及大陆虽然也开发了一些PrFeB，但对磁场均匀性等没有研究。

（5）镀层密封性

CPMU将运行在高真空条件下，对真空度要求极高(≦10^-10torr)。而众所周知，PrFeB是粉末冶金产品，是多孔的块状多晶磁性功能元器件，内部有众多的空隙并含有大量对真空有害的气体，且和NdFeB相比更容易氧化，必须有良好的镀层技术把空隙气体密封起来才能满足高真空及防锈需要。一般普通烧结NdFeB或者PrFeB采用的镀层为Ni/Cu/Ni镀层，缺点是具有边角尺寸增大效应，使得尺寸精度差，真空密封性差。

发明内容