鋱鏑鐵磁致伸縮材料的制備及性能研究.pdf

1、鋱鏑鐵磁致伸縮材料是水聲換能器、精密致動(dòng)器、智能傳感器等器件的核心材料，廣泛應(yīng)用于軍事裝備、超聲探測(cè)、精密自動(dòng)控制、機(jī)器人等高技術(shù)領(lǐng)域。我國(guó)研制鋱鏑鐵磁致伸縮材料起步較晚，目前制備工藝不太先進(jìn)，制造成本較高，材料性能指標(biāo)落后于國(guó)際水平，造成產(chǎn)品應(yīng)用規(guī)模較小且不能滿足高檔器件的要求。論文采用“一步法”定向凝固、鑄造-粉末燒結(jié)、速凝成晶-粘結(jié)等工藝，重點(diǎn)研究了工藝制度對(duì)微觀組織和性能的影響，為制備高性能的材料提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。此外還研究了材料

2、的表面改性處理。
　　 研究了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“一步法”定向凝固工藝中凝固速率、合金成分、熱處理溫度等對(duì)微觀組織和性能的影響，并得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)。當(dāng)凝固速率V=70mm/h時(shí)，晶體以胞狀晶生長(zhǎng)方式生長(zhǎng)，＜110＞擇優(yōu)取向，材料性能較高；V=110～150mm/h,晶體以胞枝晶生長(zhǎng)方式生長(zhǎng)，＜110＞取向減弱，＜113＞增強(qiáng)；V=200mm/h，晶體以發(fā)達(dá)的枝狀晶生長(zhǎng)方式生長(zhǎng)，擇優(yōu)取向失敗，材料性能較差。對(duì)于（TbxDy1.

3、x）Fe1.95合金，x=0.3時(shí)的磁晶各向異性場(chǎng)最低，偏離此值的材料性能均有所下降。提高Tb/Dy比例可增大磁晶負(fù)的各向異性常數(shù)，降低自旋再取向溫度Tr，材料低溫特性較好；當(dāng)x=0.35,在無(wú)壓應(yīng)力、160kA/m磁場(chǎng)時(shí)，材料的磁致伸縮溫度系數(shù)很小(-1.9×10-6/℃)，適用于低溫且溫度變化大（如-50℃～40℃）的特殊工作環(huán)境。900℃和950℃熱處理，使得合金中的富稀土相由網(wǎng)狀分布變?yōu)榍驙罘植迹瑴p少了與主相之間的相界面，磁致伸

4、縮性能得到明顯提高；高溫?zé)崽幚恚ㄈ纾?000℃）造成合金中析出第二相REFey(y=3～5)，性能幾乎沒(méi)有改善。利用高純金屬和優(yōu)化的工藝參數(shù)(如V=70～85mm/h，950℃熱處理2h)，制備了φ50mm的(Tb0.3Dy0.7)Fe1.95棒材，10MPa、80kA/m下的磁致伸縮系數(shù)λ為1380×10-6，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并在大功率水聲換能器和磁致伸縮驅(qū)動(dòng)閥等器件中得以應(yīng)用。
　　 研究了鑄造-粉末燒結(jié)工藝與材料性能的關(guān)

5、系。粒度小于0.147mm時(shí)，燒結(jié)樣品的性能和密度較高；磁場(chǎng)對(duì)＜111＞取向的作用最大，取向度達(dá)到40.56％;增大等靜壓力和延長(zhǎng)壓制時(shí)間有利于提高樣品的性能和密度；燒結(jié)溫度1200℃，可獲得高性能的材料。在240kA/m外磁場(chǎng)、8.0MPa預(yù)應(yīng)力，樣品λ達(dá)到1613×10-6，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
　　 提出速凝成晶技術(shù)制備TbDyFe粘結(jié)磁致伸縮材料的方法，并研究了工藝參數(shù)與性能的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)：隨著冷卻速度的增加，速凝合金片的

6、晶體生長(zhǎng)方式由枝狀晶向胞枝晶變化，擇優(yōu)取向由＜112＞向＜110＞轉(zhuǎn)變，＜112＞擇優(yōu)取向樣品的λ高于＜110＞的樣品。得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)：選用彈性模量小的粘結(jié)劑（如環(huán)氧樹脂），環(huán)氧樹脂含量4％；粉末粒度對(duì)樣品的性能存在一定影響，優(yōu)化的粉末粒度為≤(100～150)μm;固化溫度150℃、固化時(shí)間2h;磁場(chǎng)取向成型有利于性能的提高。實(shí)驗(yàn)獲得了高性能的粘結(jié)材料，在240kA/m磁場(chǎng)下λ達(dá)到740×10-6。
　　 首次采用離子滲