鐵基,、鎳基磁致伸縮材料的制備
磁致伸縮材料是指在磁場作用下可發(fā)生位移而做功或在交變磁場作用下可發(fā)生反復伸張與縮短從而產生振動或聲波的材料,這種材料可將電磁能轉換成機械能或聲能,也可以將機械能轉換成電磁能,,是重要的能量與信息轉換功能材料,。磁致伸縮材料在聲納的水聲換能器技術,,電聲換能器技術,、自動化技術等許多高技術領域有廣泛的應用前景。在諸多磁致伸縮材料中,,鎳基或鐵基合金的飽和磁化強度較高,,力學性能好,具有可變形的特點,,能拉成細絲,,可軋成薄帶,,故應用前景十分廣闊。
目前,,鐵基,、鎳基磁致伸縮材料的制備方法主要是定向凝固法,。應用定向凝固法可以得到單方向生長的柱狀晶,,甚至單晶,不產生橫向晶界或橫向晶界較少,,較大地提高了材料的磁致伸縮性能,。具體工藝主要包括提拉法,下拉法和浮區(qū)區(qū)熔法,。
一,,提拉法。其基本方法是將爐料放置于一個坩堝中,,被加熱到熔點以上,,坩堝上方有一根同時能旋轉和升降的提拉桿,桿的下端有一個夾頭,,上面裝有籽晶,,調整桿的高度,使籽晶和熔體接觸,,然后以適當的提拉速度向上提桿,,以籽晶為晶核,慢慢生長,。用這種方式生產的材料晶體取向與籽晶的晶體取向一致,,因此通過控制籽晶的晶體取向可獲得具有<100>或<110>取向的磁致伸縮材料。例如,,采用提拉法制備Fe-Mn合金磁致伸縮波導絲,,其磁致伸縮在外加磁場1.9T下可達873?10-6。
二,,下拉法,。其基本方法是將母合金置于石英或氧化鋁坩堝內整體加熱熔化,然后向下抽拉熔化合金逐漸移出加熱區(qū),,通過發(fā)生順序凝固來形成定向凝固組織,,可以制備單晶體或多晶體。主要控制參數是抽拉速率和固液界面溫度梯度,。如果感應線圈移動速度與臨界凝固速度控制得當,,可以生產出性能較高的磁致伸縮棒材。采用這種方法可以制備大直徑材料,。例如,,用下拉法制備出了具有<110>取向的Fe83Ga17合金,,其磁致伸縮系數可以達到242?10-6。該方法的缺點是:由于外套坩堝,,合金容易受到污染,;由于整體加熱,元素燒損較大,,沿軸向成分波動較大,。
三,區(qū)熔法,。其基本方法是利用高頻感應加熱,,由于表面張力和磁懸浮力的共同作用,使熔體不下塌,。固定感應圈向一個方向移動,,實現定向凝固。相比于下拉法,,懸浮區(qū)熔法既避免了坩堝對材料的污染,,又由于不需要一次性全部加熱,元素燒損少,,沿軸向成分和性能都很均勻,,但是受到射頻加熱和材料表面張力的限制。主要用于制備小尺寸樣品,。例如,,采用區(qū)熔法研制出FeCo磁致伸縮材料,達到飽和磁致伸縮系數67.5?10-6,。
另外,,研究還表明,鑄態(tài)合金的磁致伸縮性能很低,,鍛造或熱軋后合金的磁致伸縮性能有大幅提高,。鍛打或熱軋可以細化晶粒,增加材料內晶粒的數目,,磁場作用時,,可轉動的磁疇數目增多,進而可以提高材料的磁致伸縮性能,。