一种Ｆｅ－Ｇａ基磁致伸缩丝及其制备方法技术

本发明专利技术涉及到一种Ｆｅ－Ｇａ基磁致伸缩丝及其制备方法。所述方法使用的原料成分为（Ｆｅ１－ｘ－ｙＧａｘＭｙ）１－ｚ（ＮＣ）ｚ，Ｍ选自除Ｆｅ以外的所有过渡族元素及Ｂ、Ｂｅ，Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓ、Ｓｅ中的一种或多种，Ｎ为Ｎｂ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｏ等，其中ｘ＝０．１０～０．３０，ｙ＝０．００～０．０５，ｚ＝０．００～０．０２，余量为Ｆｅ。该方法通过冷－或温静液挤压对Ｆｅ－Ｇａ合金进行加工成丝。本发明专利技术有效解决了Ｆｅ－Ｇａ合金塑性加工时存在塑性差、流动摩擦阻力较大、加工成本高的问题。制备出的Ｆｅ－Ｇａ磁致伸缩合金丝直径在０．０１～２ｍｍ之间，光洁度高，在低磁场环境下的磁致伸缩性能可达１８０×１０－６。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁性材料领域，涉及。
技术介绍
磁致伸缩材料作为一类换能材料，自二十世纪四五十年代开始应用于换能
因为产生磁致伸缩现象时，可以产生很大的力，并且响应时间也很短，后来磁致伸缩材 料也应用于驱动、传感等
在传感器领域，包括扭矩传感器、压力传感器、位移传感 器等，广泛使用磁致伸缩丝。现在常见的磁致伸缩丝多为Fe-Ni、Fe-Ni-Co等，这类合金塑 性好，利于加工成丝，但磁致伸缩性能较低，限制了传感器的精度和测量范围。稀土超磁致 伸缩材料TbDyFe合金具有大的磁致伸缩应变，但其脆性大，不能加工成丝，且原材料价格曰虫 P卩贝。2000年美国的S. Guruswamy等人报道了 一种由Fe和Ga组成的二元合金 (S. Guruswamy,et atl. Strong, dutile,and low-field-magnetostrictive alloys based on Fe-Ga. Scripta Mater. 2000,43 :p239_244)，即 Fe-Ga 合金。Fe-Ga 合金具有较高的 λ 值，单晶可达400ppm，采用定向凝固制备的取向多晶磁致伸缩性能可达318ppm，同时Fe-Ga 合金还具有强度高、磁滞小、成本较低、高相对磁导率、低磁晶各向异性，以及低磁致伸缩温 度系数等优点，是一种新型的磁致伸缩材料。该材料在换能、驱动、传感等领域都具有良好 的应用前景。经过近些年的研究，Fe-Ga合金已在相关制备技术及磁致伸缩性能影响因素方 面取得了很大的进步。目前，已公开的关于Fe-Ga合金的专利多为关于采用定向凝固方 法制备取向多晶块体材料和采用轧制或熔体快淬甩带制备带材等，其中包括专利文件 CN1649183A、CN1392616A、JP2003286550、W00155687、US2003010405 和 W02006094251。然 而，在Fe-Ga合金的丝材及其制备方法方面研究较少。2007年中国专利申请CN101003117A公开了一种Fe-Ga磁致伸缩丝的制备方法， 涉及一种通过热旋锻和冷拔的制备工艺。2008年中国专利申请CN101262039A公开了一种 Fe-Ga基磁致伸缩丝，其材料成分为Fe1^GaxMy，M为除Fe以外的过渡族金属元素及Be、B、 Al、In、Si、Ge、Sn、Pb、Bi、N、S、Se 中的一种或几种，χ = 5 30%, y = 0 15%，余量为Fe。上述关于Fe-Ga磁致伸缩丝的专利中所涉及的制备方法都为热旋锻和冷拔，其 制备过程中要经过打磨，多次退火等工艺，增加了工艺的复杂性和制造成本。并且由于 二元合金的塑性低，导致上述的Fe-Ga磁致伸缩丝制品易发生断裂，连续性差；专利申请 CN101262039A中所公开的微量元素的添加，可以改善Fe-Ga合金的加工性能，但合金强度 的改善作用不明显。在金属丝的制备方法方面，静液挤压法作为一种少_或无切削的新型金属丝加工 方法，与传统的塑性加工方法相比具有很大的优势静液挤压采用的压力介质为粘性液体 或粘塑性体，由高压介质将负荷施加于工件之上，从而使坯料变形处于很高的三向应力包围中，产生极有利的压应力状态，极大提高了材料的工艺塑性。而且，由于高压液体的润滑作用，大大减轻了制品表面严重受剪的状况，很大程度上避免了表面缺陷。因此，采用静液挤压技术的超高静压力可以改变Fe-Ga合金的塑性状态，能极大 提高Fe-Ga合金工艺塑性，克服传统塑性加工过程中成形困难的问题。然而，对于常规的静液挤压法，由于在制备金属丝时要求坯料合金有良好的塑性， 比如材料的延伸率要求大于5%，因而，对于室温塑性较差的Fe-Ga合金来说，难以直接使 用常规的静夜挤压法。因而，需要提供一种磁致伸缩性能和力学性能优良的Fe-Ga磁致伸缩丝，以及一 种改进的制备该Fe-Ga磁致伸缩丝的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是获得一种Fe-Ga基磁致伸缩材料丝及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下方面实现的。一方面，一种制备Fe-Ga基磁致伸缩丝的方法，其特征在于，其中使用的原料成分 为(Fei_x_yGaxMy) h (NC) Z，M 选自除 Fe 以外的所有过渡族元素及 B、Be，Al、In、Ge、Sn、Sb、Bi、 Pb、S、Se 中的一种或多种，N 为 Nb、Ti、Si、Zr、Mo 等，其中 χ = 0. 10 0. 30，y = 0. 00 0. 05，ζ = 0. 00 0. 02，余量为Fe，所述方法包括以下步骤(1)按照所述原料成分配料并加入Ga烧损量，将该配料进行冶炼，并浇注成合金 锭；(2)将Fe-Ga基合金锭在Ar气环境中、850 1000°C的温度下保温2 5小时、而 后炉冷至200°C 40(TC、再空冷至室温，由此进行软化处理；(3)选取软化处理后的Fe-Ga基合金锭，按模具出口尺寸和挤压比切出坯料，为保 证挤压前坯料和模具大致密合，根据模具出口尺寸锥出端头；(4)将车锥过的Fe-Ga基合金锭坯料浸入磷化溶液，在70 90°C的温度下处理 10 30分钟；(5)将润滑剂涂在磷化处理后的Fe-Ga基合金坯料表面上；(6)采用静液挤压设备对完成步骤(5)的Fe-Ga基合金锭坯料进行挤压；(7)将静液挤压制备出的Fe-Ga基合金丝在800°C 1000°C的温度下保温0. 5 1小时、而后炉冷至500°C 700°C并保温1 3小时、再水淬冷却至室温。 优选地，所述磷化溶液是ZnO、H3PO4以及H2O的混合物。优选地，所述磷化溶液的配方是每IOg的ZnO加入24g的H3PO4以及IL的H20。优选地，所述润滑剂是适用于冷静液挤压的蓖麻油与石墨的混合物、或适用于温 静液挤压的汽缸润滑油与石墨的混合物。优选地，所述蓖麻油与石墨混合物中蓖麻油与石墨的重量比为2 6 1，所述汽 缸润滑油与石墨的混合物中汽缸润滑油与石墨的重量比为3 6 1。优选地，所使用的模具是锥头模具，在步骤(3)中切出的坯料直径为30 50mm、端 头锥出锥角为30 50°的圆锥面。优选地，在步骤(1)中所加入的Ga烧损量为Iat % 5at%。另一方面，提供一种根据上述方法获得的Fe-Ga基磁致伸缩丝。优选地，所述磁致伸缩丝具有<100>择优取向，在150 3000e的磁场下，磁致伸 缩性能达到100 200 X 10_6。本领域技术人员明白，本申请中的具有<100>择优取向是指相应的X射线衍射图 谱中I200A110({200}峰与{110}峰的相对强度比)大于0.5。本专利技术制备方法的优点在于(1)静液挤压可实现高质量(组织细化和强韧化)材料成形，制备出 的Fe-Ga基合 金磁致伸缩丝的直径可在0. 01 2mm之间，丝的光洁度好，表面质量高；热处理后的Fe-Ga 基合金丝低场磁致伸缩性能优良，可达180X 10_6，优于其他传统磁致伸缩丝。(2)制备Fe-Ga基合金磁致伸缩丝的静液挤压法，利用静液挤压技术的超高静压 力，改变材料的塑性状态，提高了合金的工艺塑性，并实现合金的大道次变形量成形，获得 <100>的择优取向，保证Fe-Ga基合金磁致伸缩丝的磁致伸缩性能。(3)静液挤压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Ｆｅ－Ｇａ基磁致伸缩丝的方法，其特征在于，其中使用的原料成分为：（Ｆｅ↓［１－ｘ－ｙ］Ｇａ↓［ｘ］Ｍ↓［ｙ］）↓［１－ｚ］（ＮＣ）↓［ｚ］，Ｍ选自除Ｆｅ以外的所有过渡族元素及Ｂ、Ｂｅ，Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓ、Ｓｅ中的一种或多种，Ｎ为Ｎｂ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｏ等，其中ｘ＝０．１０～０．３０，ｙ＝０．００～０．０５，ｚ＝０．００～０．０２，余量为Ｆｅ，所述方法包括以下步骤：　　（１）按照所述原料成分配料并加入Ｇａ烧损量，将该配料进行冶炼，并浇注成合金锭；　　（２）将Ｆｅ－Ｇａ基合金锭在Ａｒ气环境中、８５０～１０００℃的温度下保温２～５小时、而后炉冷至２００℃～４００℃、再空冷至室温，由此进行软化处理；　　（３）选取软化处理后的Ｆｅ－Ｇａ基合金锭，按模具出口尺寸和挤压比切出坯料，为保证挤压前坯料和模具大致密合，根据模具出口尺寸锥出端头；　　（４）将车锥过的Ｆｅ－Ｇａ基合金锭坯料浸入磷化溶液，在７０～９０℃的温度下处理１０～３０分钟；　　（５）将润滑剂涂在磷化处理后的Ｆｅ－Ｇａ基合金坯料表面上；　　（６）采用静液挤压设备对完成步骤（５）的Ｆｅ－Ｇａ基合金锭坯料进行挤压；　　（７）将静液挤压制备出的Ｆｅ－Ｇａ基合金丝在８００℃～１０００℃的温度下保温０．５～１小时、而后炉冷至５００℃～７００℃并保温１～３小时、再水淬冷却至室温。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高学绪，李纪恒，夏天，张茂才，周寿增，
申请(专利权)人：北京麦格东方材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]