一种改善超磁致伸缩材料磁致伸缩性能的方法技术

本发明专利技术属于金属材料领域，涉及一种利用气相充氢方法改善（Ｔｂ，Ｄｙ）Ｆｅ↓［２］超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能的方法。其特征在于：采用定向凝固择优取向为［１１０］的Ｔｂ↓［０．３］Ｄｙ↓［０．７３］Ｆｅ↓［１．９５］多晶材料，所用Ｔｂ↓［０．３］Ｄｙ↓［０．７３］Ｆｅ↓［１．９５］样品为棒状，对样品进行气相充氢：首先将棒状样品放入密封充氢室中；然后对密封充氢室进行抽真空，真空度约为１０Ｐａ，接着对密封充氢室用氢气进行清洗；清洗好后充入氢气进行气相充氢；充氢条件：氢压０．１～１０ａｔｍ，温度２０～３００℃，充氢时间分别为１～２４ｈ。对制备好的（Ｔｂ，Ｄｙ）Ｆｅ↓［２］超磁致伸缩材料或器件在室温下进行气相充氢，不仅设备简单工艺条件容易控制，而且可有效提高材料的磁致伸缩性能，尤其是低磁场下的磁致伸缩性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料领域，涉及一种利用气相充氢方法改善(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能的方法。
技术介绍
(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料因其具有磁致伸缩应变高，输出功率大，能量密度高以及响应速度快等无可替代的优点，被广泛的应用于磁(电)-声换能器、致动器以及传感器等方面，涉及的领域有航空航天、国防军事、石油化工、通讯电子、汽车工业等。在很多领域(包括国防领域)获得了广泛的应用。目前世界范围内对稀土超磁致伸缩材料的研究主要集中在两方面第一是针对磁致伸缩材料的磁性能，考察不同合金及不同替代元素对磁致伸缩的各方面磁性能的影响，试图改善磁致伸缩性能；第二是探索不同的制备方法和加工工艺，通过改变材料的定向凝固条件来控制材料的取向度，通过热处理来消除应力，通过改变晶界的组织形状来提高晶体的完整性。为了改进(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料使用性能，人们在材料的制备和加工等方面进行了大量的研究。在外加磁场的情况下，多晶体材料中的磁致伸缩小于单晶体的饱和磁致伸缩，而且由于晶粒的易磁化方向各不相同，磁化时伸缩量各异造成晶界处严重的内应力，阻碍了磁化的进行，降低了磁致伸缩在低磁场区的性能。对于(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料，人们通过改变材料的定向凝固条件、控制材料的取向度、以及对材料进行热处理来消除晶界对材料磁致伸缩性能的影响，已取得了一定的成果。在制备(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料时，一般加入过量的稀土，以形成延性相增加材料的韧性。非平衡凝固过程中第二相的析出造成内应力阻碍材料的磁化过程，降低材料的磁致伸缩性能，长时间热处理时可以促进稀土重新被吸收进基体相，减少稀土的数量并改变其分布形态，使磁致伸缩性能提高，后来发现，短时间的退火热处理可以改变材料的应力状态，普遍提高其性能。此外，自从发现高性能(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料后，人们还利用各种元素来分别取代Tb、Dy、Fe这三种元素，期望能提高材料的性能并且降低材料的成本。用Al、Ni、V、Co、Mn等取代(Tb，Dy)Fe2中的Fe原子进行了大量的研究，发现Tb0.5Dy0.5(Fe0.9Mn0.1)2比Tb0.3Dy0.7Fe2的各向异性小，本身的磁致伸缩应变也较大，多晶材料在14kOe磁场下的应变可达1320×10-6，但是Mn替代Fe会降低Tb和Dy之间各向异性的平衡温度。Al替代Fe也可以降低(Tb，Dy)Fe2的各向异性，V替代Fe可以有效地提高合金的磁致伸缩性能，并且居里温度可以提高到426℃。对于Tb0.27Dy0.73Fe2Bx合金，B的加入可以抑制恶化磁致伸缩性能的富铁相的形成，当x＝0.2时，几乎不出现富铁相。也有人在研究用Pr、Nd、Ho等轻稀土替代(Tb，Dy)Fe2中的Tb或Dy。现有的改善(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料的方法一是改进制备工艺和热处理工艺，二是利用元素添加或替代。这两种方式对设备的要求较高，而且工艺条件难于控制。
技术实现思路
本专利技术目的是在已有(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料的基础上，通过气相充氢这种操作简单但有效的方法，进一步提高(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能。，其特征在于采用定向凝固择优取向为[110]的Tb0.3Dy0.73Fe1.95多晶材料，所用Tb0.3Dy0.73Fe1.95样品为棒状，对样品进行气相充氢首先将棒状样品放入密封充氢室中；然后对密封充氢室进行抽真空，真空度约为10Pa，接着对密封充氢室用氢气进行清洗；清洗好后充入氢气进行气相充氢。充氢条件氢压0.1～10atm，温度20～300℃，充氢时间分别为1～24h。(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料或器件气相充氢装置包括充氢室1、气压表2、氢气瓶3、真空泵4、真空表5、真空管6、三通阀7。充氢室1、气压表2、氢气瓶3、真空泵4、真空表5之间都通过真空管6连接，三通阀7控制充氢室1、氢气瓶3、真空泵4之间的切换，气压表2控制压力，真空表测定氢气压。对制备好的(Tb，Dy)Fe2超磁致伸缩材料或器件在室温下进行气相充氢，不仅设备简单工艺条件容易控制，而且可有效提高材料的磁致伸缩性能，尤其是低磁场下的磁致伸缩性能。附图说明图1气相充氢装置示意图，其中1——充氢室；2——气压表；3——氢气瓶；4——真空泵；5——真空表；6——真空管；7——三通阀。图2充氢6h，实施例1充氢前后磁致伸缩应变值λ的变化图3充氢12h，实施例2充氢前后磁致伸缩应变值λ的变化图4充氢24h，实施例4充氢前后磁致伸缩应变值λ的变化附表说明表一不同充氢时间下λ值增大的磁场区间具体实施方式操作步骤所用(Tb，Dy)Fe2样品为棒状，直径d＝10.0mm，长度L≈20.0mm。将棒状样品放入密封充氢室中；然后对该装置进行抽真空，真空度约为10Pa，接着对装置用氢气进行清洗；清洗好后充入氢气进行气相充氢。实施例1气相充氢条件氢压1atm，室温，充氢时间6h。实施例2气相充氢条件氢压1atm，室温，充氢时间12h。实施例3气相充氢条件氢压1atm，室温，充氢时间24h。表一 注——表示已超过仪器最大量程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善超磁致伸缩材料磁致伸缩性能的方法，其特征在于：采用定向凝固择优取向为［１１０］的Ｔｂ↓［０．３］Ｄｙ↓［０．７３］Ｆｅ↓［１．９５］多晶材料，所用Ｔｂ↓［０．３］Ｄｙ↓［０．７３］Ｆｅ↓［１．９５］样品为棒状，对样品进行气相 充氢：首先将棒状样品放入密封充氢室中；然后对密封充氢室进行抽真空，真空度约为１０Ｐａ，接着对密封充氢室用氢气进行清洗；清洗好后充入氢气进行气相充氢；充氢条件：氢压０．１～１０ａｔｍ，温度２０～３００℃，充氢时间分别为１～２４ｈ。

【技术特征摘要】
1.一种改善超磁致伸缩材料磁致伸缩性能的方法，其特征在于采用定向凝固择优取向为[110]的Tb0.3Dy0.73Fe1.95多晶材料，所用Tb0.3Dy0.73Fe1.95样品为棒状，对样品进行气相充氢首先将棒状样品放入密封充氢室中；然后对密封充氢室进行抽真空，真空度约为10Pa，接着对密封充氢室用氢气进行清洗；清洗好后充入氢气进行气相充氢；充氢条件氢压0.1～10atm，温度20～300℃，充氢时间分别为...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔利杰，崔培，褚武扬，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]