一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料及其制备工艺。通过制备多孔偏铝酸钠前驱体在Fe73Ga27合金中引入孔提高其磁致伸缩性能，其孔隙大小为20-100μm，孔隙率为30%-50%，制备工艺采用真空喷铸炉向铜模中喷铸。本发明专利技术基于引入孔隙减少Fe73Ga27中磁畴旋转的阻碍作用，开发出宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料，具有大磁致应变、低驱动场、较高的力学性能；采用本发明专利技术的方法制得的泡沫材料孔隙均匀，磁致伸缩系数超过300ppm，且工艺简便、成品率高，有利于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料及其制备工艺
本专利技术属于磁致伸缩材料领域，涉及一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料及其制备工艺。
技术介绍
Fe-Ga是一种由Ga原子和Fe原子形成的固溶体材料，其饱和磁致伸缩系数（单晶材料λs~400ppm）是传统铁基和镍基磁致伸缩材料的十几倍，并且驱动磁场很低（~100Oe），仅为铽镝铁超磁致伸缩材料的1/10。与传统的稀土超磁致伸缩材料相比，铁镓合金还具有很好的力学性能和磁致伸缩温度稳定性（拉伸强度高达500MPa，约为铽镝铁合金的23倍；居里温度～675℃，比铽镝铁合金高300℃，磁致伸缩性能可保持在-20～80℃较宽温域），而且不含稀土，材料成本相对更低。近几年，人们在理论和实验上对Fe-Ga磁致伸缩材料做了大量的研究工作，但是对于Fe-Ga合金产生大磁致伸缩的机制尚不清楚，限制了磁致伸缩性能的进一步提高。研究发现，Ga对Fe磁矩的影响不是简单的稀释作用，Fe的原子磁矩随Ga含量的不同而变化，磁矩的增大使合金能量密度增加，由此导致合金的磁致伸缩应变增大。基于此，对于Fe-Ga合金产生大磁致伸缩原因的研究主要分为内禀和外禀两方面。内禀模型主要是基于对Fe-Ga合金中Ga-Ga原子对晶格失配现象进行理论研究，表明了Fe-Ga合金中的磁致伸缩应变来源于Ga原子第二电子配位壳层处具有Ga–Ga原子对的Fe-Ga原子对的变化。外禀模型认为Fe-Ga中出现的纳米四方相非均质性使材料出现不均匀磁化现象，在基体周围产生有效的杂散场，在外磁场作用下强迫磁矩从易磁化方向转变产生应变，避免了需要更大能量的先移动磁畴壁的磁化过程，从而增强磁致伸缩性能。目前的相关工作已经证明Fe-Ga合金中纳米四方相的存在，认为这些纳米磁畴在磁场中的再取向并长大是导致Fe-Ga合金大磁致伸缩性能的机制。NiMnGa材料的磁致应变机制与Fe-Ga类似，人们已经通过制备宏观泡沫NiMnGa引入孔隙减少了马氏体变体孪晶界移动的阻碍作用，使多晶NiMnGa材料的磁致应变从20ppm提高到20000ppm以上。因此，制备宏观泡沫NiMnGa引入孔隙的方法能够引入到Fe-Ga合金中，可以减少纳米磁畴运动的阻碍作用，从而提高Fe-Ga多晶材料的磁致伸缩性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料及其制备工艺，该方法通过熔炼、切割、烧结、喷铸具有大磁致伸缩性能、低驱动场、较高的力学性能、低成本的宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料。本专利技术的目的通过以下方式实现：一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料为宏观泡沫态形状，其孔隙大小为20-100μm，孔隙率为30%-50%。所述的高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料的制备工艺是：1）按所述成分加烧损量进行配料：用真空非自耗电弧炉冶炼母合金，对真空非自耗电弧熔炼炉抽真空至4*10-3~5*10-3Pa，冲入10kPa氩气洗炉后，再抽真空度至2*10-3~3*10-3Pa；氩气的体积百分比纯度为99.99%。然后充入氩气熔炼至真空度为40kPa~50kPa，在熔炼电流100A~150A下将配料进行熔化，熔炼时间为3min~5min，反复熔炼4~5次，制得合金锭，2）将步骤1熔炼出的合金锭用钼丝线切割机切割成6mm*6mm*10mm的块状，用砂纸将合金块表面磨掉以保证无氧化皮，用乙醇将合金块表面清洗干净，保持干燥状态；3）将偏铝酸钠与尿素、研钵移至手套箱，以保证制备时的偏铝酸钠不吸水，称量20g偏铝酸钠与尿素的混合物，混合物中尿素所占质量百分比为40%~60%，尿素与偏铝酸钠混合后用研钵研磨30min直至充分研细且混合均匀，移出手套箱；4）选用0.25英寸内径的压片机模具，将不同尿素含量的样品分别在30MPa压成圆片；5）将压制的圆片样品分别放入氧化铝坩埚内，放入马弗炉中进行烧结，烧结出直径为0.25英寸的柱状偏铝酸钠胚；6）将块状合金锭放入喷铸容器中，喷铸容器为一个底端开孔的石英管；然后用单辊旋淬炉进行铜模喷铸，将烧结出的柱状偏铝酸钠胚放入铜模的孔中，将铜模放置在石英管下方，使放有偏铝酸钠胚的孔对准石英管底端开口，抽真空至2*10-2Pa~2*10-3Pa，通入50kPa氩气做保护气氛，向石英管内通入氩气后加热，达到1300℃~1400℃后保温30s~60s，喷射到铜模中的偏铝酸钠胚中，获得含有偏铝酸钠的Fe73Ga27合金棒；7）将含有偏铝酸钠的Fe73Ga27合金棒放入装有体积浓度为3%的盐酸溶液的容器中，将容器放入超声波发生器，在超声频率为40kHz的条件下超声浸泡处理，超声浸泡时间按每1mm合金棒10min计算；超声浸泡后将合金棒取出放入蒸馏水中在40kHz超声频率下超声清洗3次，每次清洗时间按每1mm合金棒的长度清洗5min计算；最后将材料在转速为1000转/min条件下离心；最终得到高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料。所述的步骤5）中的烧结工艺为：先从20℃用20min升到220℃，保温180min，使尿素充分蒸发在偏铝酸钠胚中形成孔隙，然后经150min升到1500℃保温180min，使多孔的偏铝酸钠胚充分烧结，最后从1500℃用180min降到200℃。所述石英管底部孔直径为0.7mm所述铜模孔直径为7mm，得到直径为7mm的合金棒。本专利技术的优点在于：开发出的宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料具有优良的磁致伸缩性能；开发出的宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料只需要低的驱动场，可以在低的外加磁场下使用；开发出的宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料具有较好的力学性能和耐腐蚀性，可在恶劣环境下使用；采用本专利技术的方法制得的泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料孔隙均匀，磁致伸缩系数高，可达300ppm，且工艺简便、成品率高、有利于推广应用。附图说明图1为孔隙率33.65%的泡沫Fe74Ga27磁致伸缩材料及Fe74Ga27块体材料的磁致伸缩性能曲线。图2为孔隙率47.88%的泡沫Fe74Ga27磁致伸缩材料及Fe74Ga27块体材料的磁致伸缩性能曲线。图3是为实施例1、实施例2及块体材料磁致伸缩性能曲线的对比图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料为宏观泡沫态形状，其孔隙大小为20-100μm，孔隙率为30%-50%。所述的高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料的制备工艺是：1）按所述成分加烧损量进行配料：用真空非自耗电弧炉冶炼母合金，对真空非自耗电弧熔炼炉抽真空至4*10-3~5*10-3Pa，冲入10kPa氩气洗炉后，再抽真空度至2*10-3~3*10-3Pa；氩气的体积百分比纯度为99.99%。然后充入氩气熔炼至真空度为40kPa~50kPa，在熔炼电流100A~150A下将配料进行熔化，熔炼时间为3min~5min，反复熔炼4~5次，制得合金锭，2）将步骤1熔炼出的合金锭用钼丝线切割机切割成6mm*6mm*10mm的块状，用砂纸将合金块表面磨掉以保证无氧化皮，用乙醇将合金块表面清洗干净，保持干燥状态；3）将偏铝酸钠与尿素、研钵移至手套箱，以保证制备时的偏铝酸钠不吸水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料，其特征在于：Fe73Ga27磁致伸缩材料为宏观泡沫态形状，其孔隙大小为20‑100μm，孔隙率为30%‑50%。

【技术特征摘要】
1.一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料，其特征在于：Fe73Ga27磁致伸缩材料为宏观泡沫态形状，其孔隙大小为20-100μm，孔隙率为30%-50%。2.一种根据权利要求1所述的高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料的制备工艺，其特征是：1）按所述成分加烧损量进行配料：用真空非自耗电弧炉冶炼母合金，对真空非自耗电弧熔炼炉抽真空至4*10-3~5*10-3Pa，冲入10kPa氩气洗炉后，再抽真空度至2*10-3~3*10-3Pa；氩气的体积百分比纯度为99.99%；然后充入氩气熔炼至真空度为40kPa~50kPa，在熔炼电流100A~150A下将配料进行熔化，熔炼时间为3min~5min，反复熔炼4~5次，制得合金锭，2）将步骤1熔炼出的合金锭用钼丝线切割机切割成6mm*6mm*10mm的块状，用砂纸将合金块表面磨掉以保证无氧化皮，用乙醇将合金块表面清洗干净，保持干燥状态；3）将偏铝酸钠与尿素、研钵移至手套箱，以保证制备时的偏铝酸钠不吸水，称量20g偏铝酸钠与尿素的混合物，混合物中尿素所占质量百分比为40%~60%，尿素与偏铝酸钠混合后用研钵研磨30min直至充分研细且混合均匀，移出手套箱；4）选用0.25英寸内径的压片机模具，将不同尿素含量的样品分别在30MPa压成圆片；5）将压制的圆片样品分别放入氧化铝坩埚内，放入马弗炉中进行烧结，烧结出直径为0.25英寸的柱状偏铝酸钠胚；烧结工艺为：先从20℃用...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡姗姗，马天宇，刘孝莲，周向志，
申请(专利权)人：浙江大学，杭州广荣科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33