一种高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高磁致伸缩系数Fe‑Ga基薄带及其制备方法。本发明专利技术采用模铸、板坯连铸、薄板坯连铸以及薄带连铸的板坯，利用传统的轧制和退火工艺可以简单高效地进行规模生产；建立低温固有抑制剂+渗氮的抑制剂体系，控制热处理和轧制工艺析出细小Cu2S、Nb(C,N)和V(C,N)或者其复合析出物作为主要固有抑制剂，当固有抑制力不足时，二次再结晶退火前利用渗氮补充形成AIN或者BN等氮化物，实现抑制力柔性化控制；精细调控冷轧参数保证初次再结晶获得细小均匀的组织和有利的织构，实现二次再结晶前组织、织构及抑制剂的协调匹配，获得完善且锋锐Goss({110}

A high magnetostrictive coefficient Fe-Ga based thin strip and its preparation method

The invention relates to a high magnetostriction coefficient Fe * Ga base thin strip and a preparation method thereof. The present invention adopts the mould casting, slab continuous casting, thin slab continuous casting and thin strip continuous casting. The traditional rolling and annealing process can be used in scale production simply and efficiently; a low temperature inherent inhibitor + nitriding inhibitor system is established to control the precipitation of fine Cu2S, Nb (C, N) and V (C, N) or its composite by controlling heat treatment and rolling process. As the main inherent inhibitor, when the inherent restraining force is insufficient, the nitrogen compounds such as AIN or BN are supplemented by nitriding before the two recrystallization annealing. The control of suppressing force flexibility is realized. The fine control of cold rolling parameters ensures the first recrystallization to obtain fine uniform tissue and good texture, and to realize the two recrystallization before the recrystallization. The matching and matching of texture and inhibitor achieved perfect and sharp Goss ({110}

【技术实现步骤摘要】
一种高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带及其制备方法
本专利技术属于磁性材料
，特别涉及一种高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带及其制备方法。
技术介绍
磁致伸缩材料是指在磁场作用下其长度发生变化产生位移做功或在交变磁场下发生反复伸长与缩短产生振动或声波，从而将电磁能转换成机械能或声能的智能材料。它在声纳水声换能器、电声换能器、海洋探测与开发、微位移驱动、减振与防振、智能机构与自动化等高新
有广泛应用，是重要的能量和信息转换材料。磁致伸缩材料主要包括稀土超磁致伸缩材料Tb-Dy-Fe和传统磁致伸缩材料Fe-Ni、Fe-Al等。Tb-Dy-Fe虽然具有很大的磁致应变值，但由于本征脆性和昂贵价格，限制了其使用范围。Fe-Ni、Fe-Al等存在磁致伸缩系数小、能量密度低等问题。Fe-Ga(Galfenol)合金因具有磁致伸缩系数较大、拉伸强度高、饱和磁场小、磁导率高、价格低等特点，成为兼具大磁致伸缩系数与优良力学性能的磁致伸缩材料。Fe-Ga合金磁伸性能呈显著各向异性，<100>方向磁致伸缩系数最大，即单晶λ100＝271ppm。(SGuruswamy,NSrisukhumbowornchai,AEClark,JBRestorff,andMWun-Fogle.Strongductileandlow-field-magnetostrictivealloysbasedonFe-Ga.Scripta.mater.,2000,43:239-244；NSrisukhumbowornchaiandSGuruswamy.LargemagnetostrictionindirectionallysolidifiedFeGaandFeGaAlalloys.J.Appl.Phys.,2001,90(11):5680-5688)。由于Fe-Ga合金单晶制备成本高以及高频条件下使用易产生严重涡流损耗，故需开发基于轧制的高效率、低成本制备η(<100>//RD)织构Fe-Ga多晶合金薄带的方法。轧制法制备优异磁伸Fe-Ga薄带的关键技术在于稳定成形和二次再结晶织构控制。2007年，SMNa等人报道了轧制Fe81.3Ga18.7合金中添加少量的B和S，获得了近似立方织构({001}<100>)或近似Goss({110}<100>)织构，最高磁致伸缩系数为220ppm(SMNa,ABFlatau.SecondaryrecrystallizationcrystallographictextureandmagnetostrictioninrolledFe-Gabasedalloys.J.Appl.Phys.,2007,101:09N518)。2011年，SMNa等人还报道了在轧制Fe-Ga中添加1at％NbC,在含0.5％H2S的Ar气中通过高温处理以及表面能诱导获得了强Goss({110}<001>)织构,磁致伸缩系数达到292ppm(SMNa,ABFlatau.SinglegraingrowthandlargemagnetostrictioninsecondarilyrecrystallizedFe-GathinsheetwithsharpGoss(011)[100]orientation.Scripta.Mater.,2012,66:307-310)。2015年袁超等人报道了在轧制定向凝固的Fe-Ga中添加0.1at％NbC，在轧制薄带慢升温过程中通过S来实现表面能诱导获得了强Goss织构，磁致伸缩系数达到245ppm(ChaoYuan,JihengLi,WenlanZhang,XiaoqianBao,XuexuGao.SharpGossorientationandlargemagnetostrictionintherolledcolumnar-grainedFe–Gaalloys.J.Magn.Magn.Mater.,2015,374:459-462)。美国专利US2009/0039714A1，在Fe-Ga合金中添加Al、Be以及超过1mol.％NbC，包套热轧防氧化，通过热轧、两步温轧及后续热处理，获得具有η织构的Fe-Ga薄带。中国专利CN101465406A，添加原子比大于0.5％的B、Cr、Nb、VC、TiC、MnS、AlN以及少量S、Sn、Sb元素，依靠在低含量(体积比0.001-0.008％)的H2S或O2中高于900℃长时间热处理，获得了Goss或立方织构Fe-Ga薄板。中国专利CN103014594A，添加少量Al、Nb、C、B作为抑制剂形成元素，采用S作为二次再结晶诱导元素，通过二次再结晶热处理以及还原气氛高温热处理，获得具有强Goss织构的磁致伸缩板带。以上关于Fe-Ga磁致伸缩合金薄片的研究或专利，抑制剂控制与二次再结晶过程不匹配，大部分需要引入表面偏析促进Goss晶粒发生完善二次再结晶。表面偏析的引入，一方面成本增加、设备精度要求高，另一方面必须1200℃或者更高温度退火获得完善二次再结晶及消除S元素对磁性能的不利影响，导致Ga挥发严重。虽然中国专利CN104711475A，通过添加5％～15％mol％Al以及在热轧和冷轧后进行两次渗氮，来去除对表面偏析的依赖，但是较高Al含量降低磁致伸缩系数且两次渗氮工序复杂。上述研究磁致伸缩性能较低的另一主要原因是二次再结晶取向度较低，而调控二次再结晶前组织、织构和抑制剂间的协调匹配是提高二次再结晶取向度的关键。综上所述，开发一种生产效率高、成本低以及性能稳定的高磁致伸缩系数Fe-Ga基合金薄带制备方法是目前急需解决的问题。
技术实现思路
针对现有Fe-Ga合金制备技术存在的上述问题，本专利技术提出了一种高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带的制备方法，设计思路如下：1)采用模铸、板坯连铸、薄板坯连铸以及薄带连铸的板坯，利用传统的轧制和退火工艺流程简单高效地规模制备；2)建立低温固有抑制剂+渗氮的抑制剂体系，控制热处理和轧制工艺析出细小Cu2S、AIN、Nb(C,N)和V(C,N)或者其复合析出物作为主要固有抑制剂；当固有抑制力不足时，二次再结晶退火前利用渗氮补充形成氮化物，通过选择性诱发获得完善且织构锋锐的二次再结晶组织；3)精细调控轧制参数以保证初次再结晶获得细小均匀的组织和合适的织构。从优化组织、织构和抑制剂间协调搭配的角度，获得锋锐的二次再结晶Goss织构，提高Fe-Ga基合金薄带的磁滞伸缩性能。本专利技术的技术方案如下：高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带，其成分按重量百分比为：Ga：15～32％，C：0.001～0.12％，Al：0.005～0.08％，Nb：0.03～0.75％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。进一步地，所述的高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带，其成分按重量百分比还含有：Cu：≤0.5％，S：0.008～0.035％，Mn：0.01～0.3％。进一步地，所述的高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带，其成分按重量百分比还含有：Sn：0.02～0.1％、Sb：0.01～0.03.％、V：0.01～0.1％、Mo：0.01～3.0％、Tb：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高磁致伸缩系数Fe‑Ga基薄带，其特征在于，其成分按重量百分比为：Ga：15～32％，C：0.001～0.12％，Al：0.005～0.08％，Nb：0.03～0.75％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带，其特征在于，其成分按重量百分比为：Ga：15～32％，C：0.001～0.12％，Al：0.005～0.08％，Nb：0.03～0.75％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带，其特征在于，所述的高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带，其成分按重量百分比还含有：Cu：≤0.5％，S：0.008～0.035％，Mn：0.01～0.3％。3.根据权利要求1或2所述的高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带，其特征在于，所述的高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带，其成分按重量百分比还含有：Sn：0.02～0.1％、Sb：0.01～0.03％、V：0.01～0.1％、Mo：0.01～3.0％、Tb：0.05～0.6％、N：0.006～0.02％或B：0.005～0.05％中的一种或多种。4.权利要求1-3任意一项所述的高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：冶炼按薄带的设定成分，在1440～1600℃温度下冶炼后浇铸；步骤2：热轧(1)将坯料加热至1000～1280℃保温；(2)将加热保温后的坯料，进行热轧，开轧温度900～1250℃，终轧温度600～1050℃，冷却后获得1～4mm厚的热轧板；步骤3：酸洗和冷轧(1)将热轧板进行酸洗去除氧化皮；(2)将酸洗后的热轧板进行冷轧，得到0.10～1.0mm厚的冷轧薄带；步骤4：脱碳退火将冷轧薄带在湿的N2+H2混合气氛中，进行脱碳退火，退火温度为800～1000℃，退火时间为2～30min，N2所占体积比为20～75％；步骤5：二次再结晶退火将脱碳退火得到的退火板，在惰性气氛或惰性还原混合气氛条件下进行二次再结晶退火处理，得到高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带。5.权利要求1-3任意一项所述的高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：冶炼按薄带的设定成分，在1440～1600℃温度下冶炼后浇铸；步骤2：热轧(1)将坯料加热至1000～1280℃保温；(2)将加热保温后的板坯，进行热轧，开轧温度900～1250℃，终轧温度600～1050℃，冷却后获得1～4mm厚的热轧板；步骤3：酸洗和冷轧(1)将热轧板进行酸洗去除氧化皮；(2)将酸洗后的热轧板进行冷轧，得到0.10～1.0mm厚的冷轧薄带；步骤4：脱碳退火将冷轧薄带，在湿的N2+H2混合气氛中，进行脱碳退火，退火温度为800～1000℃，退火时间为2～30min，N2所占体积比为20～75％。；步骤5：渗氮处理将薄带，在干的NH3+N2+H2混合气氛中进行渗氮处...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙玉辉，雷蕃，左良，张芳，和正华，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21