一种磁致伸缩材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及到一种制备Ｆｅ－Ｇａ－Ａｌ基原料制备Ｆｅ－Ｇａ－Ａｌ基薄片状磁致伸缩材料的方法，以及由该方法所制得的Ｆｅ－Ｇａ－Ａｌ基薄片状磁致伸缩材料。所使用的Ｆｅ－Ｇａ－Ａｌ基原料成分（原子分数）为Ｆｅ↓［１－ｘ－ｙ－ｚ］Ｇａ↓［ｘ］Ａｌ↓［ｙ］Ｍ↓［ｚ］，其中ｘ＝０．１０～０．３０，ｙ＝０．０１～０．１０，ｚ＝０．００１～０．０５，Ｍ选自Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＳｉＣ等中的一种或多种。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
铁磁性及亚铁磁性物质在磁化状态发生改变时，其自身的长度及体 积发生微小的变化，这种现象叫做磁致伸缩。其中体积的变化称为体积磁致伸缩；长度的变化称为线磁致伸缩。实用的磁致伸缩材料即是指具 有线磁致伸缩特性的材料。磁致伸缩的大小用磁致伸缩系数X表示， X=AL/L ( L为材料原始长度，AL为磁化状态改变时材料长度所发生的变 化)。材料在被磁化时所产生的最大磁致伸缩系数，称为饱和磁致伸缩 系数Xs。通常，用(3/2)^作为材料的磁致伸缩的性能表征参数。(3/2)人s 的数值可由公式(3/2)、^^〃-Xi计算得来，其中X〃是指沿磁场平行于测量方 向所测得的饱和磁致伸缩系数；M是指沿/f兹场垂直于测量方向所测得的 饱和/磁致伸缩系数。磁致伸缩材料作为一类换能材料，自20世纪40-50年代开始应用于 换能
，因为发生磁致伸缩时，磁致伸缩材料可以产生很大的力， 响应时间也很短。后来，磁致伸缩材料也应用于驱动、传感等
由于磁致伸缩材料在作为换能材料使用时，其能量的转换与磁致伸缩系 数的平方成比例关系，研究者很关心如何提高材料的磁致伸缩系数，并 研究开发新的、具有大的磁致伸缩系数的材料。传统的磁致伸缩材料是纯Ni、 Ni基合金、Fe基合金以及铁氧体材料。 多晶纯Ni的磁致伸缩系数在35卯m 40ppm ( 1卯01=10_6);实用的Ni 基合金和Fe基合金的磁致伸缩系数均低于100ppm;铁氧体的磁致伸缩 系数通常在10卯m ~ 50ppm之间。20世纪80年代，美国Clark等人专利技术了 一种以稀土金属和Fe为主 要成份的磁致伸缩材料，称为稀土超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive materials)。稀土超磁致伸缩材料具有很高的磁致伸缩系数。单晶稀土超 磁致伸缩材料的磁致伸缩系数高达2000ppm;在80kA/m的磁场及一定的 预压应力下，多晶稀土超磁致伸缩材料的磁致伸缩系数可以达到 1000-1500ppm。因为多晶稀土超磁致伸缩材料所具有的大应变量、低杨 氏模量的特性，该材料在水声换能领域得到了很好的应用。但多晶稀土 超磁致伸缩材料的主相是Laves相金属间化合物，具有本征脆性，其环 境适应性较差，因而限制了它在很多场合下的使用；并且该材料的电导 率很高，在较高频率下使用时，会因涡流损耗而严重影响其能量输出或 位移l俞出。2000年美国的S. Gumswamy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合金的X值比传统的磁致伸缩材料高至少一倍以上，强度与磁导率 比超磁致伸缩材料高很多，是一种新型的磁致伸缩材料。虽然Fe-Ga合金比超磁致伸缩材料的磁致伸缩低很多，但比传统磁 致伸缩材料的磁致伸缩系数高很多，并且克服了超磁致伸缩材料在强度、 导磁率等方面的缺点，在换能、驱动、传感等领域都具有良好的应用前 景。但由于该材料的电阻率很低，在高频下使用会产生涡流损耗。因此，人们探索将其制作成薄片材料，以降低使用状态下的涡流损耗。2003年，美国R. A. Kellogg等对Fe幻Gan合金进行了热轧+温轧+回 复再结晶热处理，获得了(3/2)^约170ppm的饱和磁致伸缩系数(R. A. Kellogg, A. B. Flatau, et al. Texure and grain morphology dependedcies of saturation magnetostriction in rolled polycrystalline Fe83Ga17. J. Applied Physics. 2003, Vol. 93, No.10: p8495-8497)。2004年，美国N. Srisukhumbowomchai等人报导了 Fes5Gaw合金中 添加lmolpct的NbC，通过热轧、两^:400。C温轧以及后续的热处理，5获得了 Fe-Ga基薄片材料(N. Srisukhumbowornchai, S. Guruswamy. Crystallographic textures in rolled and annealed Fe-Ga and Fe國Al alloys. Metallurgical and Materials Transactions A. 2004, Vol. 35A: p2963-2970 )。 2005年，美国的Suok-Min Na和Alison B. Flatau等人报导了在 Fe8L3Ga^7合金中添加0.5 at %的B,通过热轧、温轧以及通过硫化(表 面能诱导织构)的方法，获得了具有》兹致伸缩性能的薄片材料(Suok-Min Na, Alison B. Flatau. Magnetostriction and surface-energy-induced selective grain growth in rolled Galfenol doped with sulfor. Proceedings of SPIE. 2005, Vol. 5761: pl92-199)。用这种方法所获得的薄片材料的磁致伸缩系数可 达到约(3/2)Xs:220ppm ( Suok-Min Na, Alison B. Flatau. Magnetostricton and crystallographic texture in rolled and annealed Fe-Ga based alloys. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.888, V06-10, 2006 Materials Research Society, p335-340)。2006年，美国的Mungsantisuk等人在Fe-Ga基合金中添加了 NbC 或Be或Al或复合添加，在合金的外面包鞘以防止氧化及防止轧制时合 金表面的热量损失，通过热轧、两段400°C温轧以及后续的热处理，获 得了 Fe-Ga基磁致伸缩薄片材料(WO 2006/094251 A2 )。上述关于Fe-Ga基薄片材料的研究中，共同的不足在于它们的合 金材料塑性不好，抗氧化性差，制造工艺都过于复杂，其中包括需对母 合金进行包鞘，热轧，温轧及冷轧，总道次均在100道次以上，以及轧 制过程的反复去应力退火。
技术实现思路
本专利技术的目的是获得一种磁致伸缩系数高，力学性能好，能满足在 较高频率下使用的磁致伸缩材料,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，本专利技术提供一种制备Fe-Ga-Al基薄片状磁致伸缩材料的方 法，所述方法使用的原料成分(原子分数)的通式为:Feix-y-zGaxAlyMz,其中，x=0.10~0.30, y=0.01~0.10, z=0.001 ~ 0.05, ^L选x=0.15 ~ 0.25,y-0.01 ~ 0.015, z=0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Ｆｅ－Ｇａ－Ａｌ基薄片状磁致伸缩材料的方法，其特征在于，所述方法使用的原料成分（原子分数）的通式为：　Ｆｅ↓［１－ｘ－ｙ－ｚ］Ｇａ↓［ｘ］Ａｌ↓［ｙ］Ｍ↓［ｚ］，　其中，　ｘ＝０．１０～０．３０，ｙ＝０．０１～０． １０，ｚ＝０．００１～０．０５；　Ｍ选自Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＳｉＣ中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1、一种制备Fe-Ga-Al基薄片状磁致伸缩材料的方法，其特征在于，所述方法使用的原料成分(原子分数)的通式为Fe1-x-y-zGaxAlyMz，其中，x＝0.10～0.30，y＝0.01～0.10，z＝0.001～0.05；M选自V、Cr、Zr、Sb、Sn、Ti、SiC中的一种或多种。2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于， x=0.15~0.25, y=0.01 ~ 0.015, z=0.01~0.03。3、 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)按照所述原料成分的比例配料并加入lat% ~ 5at。/。的Ga烧损量；(2 )将该配料进行冶炼，并浇铸成合金锭；(3 )将铸态合金锭在850°C ~ 1100。C的温度下进行锻造，锻造的变 形量为10%~90%;(4) 将锻造后的合金在900°C ~ IIO(TC的温度下进行热轧，热轧的 变形量为50%~90%;(5) 将热轧后的合金在室温下进行冷轧，冷轧变形量为60%~90%, 进行道次数为10-30;(6 )将冷轧后的合金在1000°C...

【专利技术属性】
技术研发人员：高学绪，李纪恒，张茂才，朱洁，董丽娜，
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[]