磁场中凝固深过冷Fe81Ga19合金的显微结构和磁致伸缩性能研究

摘要

利用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法使Fe81Ga19合金分别获得了198K、270K和300K的大过冷度，将获得大过冷度的合金锭在自制的定向凝固装置中激发形成棒材，研究不同过冷度下Fe81Ga19合金棒材的显微结构和磁致伸缩性能。在已有装置的基础上加入磁场，实现深过冷Fe81Ga19合金在磁场中的定向激发，研究磁场对Fe-Ga合金棒材的显微结构及磁致伸缩性能的影响。将上述方法应用于第三组元B添加的Fe-Ga合金，研究其显微结构和磁致伸缩性能。研究发现：
　　 对于具有大过冷度的Fe81Ga19合金锭，其晶粒尺寸随着过冷度的增加而增加。晶粒沿一定的方向排列，表现出明显的[110]择优取向。
　　 将深过冷Fe-Ga合金定向激发之后，显微组织中没有高度发达的柱状晶，而是由底部激冷层、柱状晶以及等轴晶三部分组成。过冷度为198K的合金其轴向择优取向为[100]方向，晶体内部存在A2相和DO3相。过冷度为270K的合金其择优取向为[110]取向，晶体主要由A2相和修正DO3相组成。过冷度增加至300K时，合金主要由A2相组成，但基体内存在大量的位错网。随着过冷度的增加，合金沿径向方向的饱和磁化强度、饱和磁化场以及矫顽力都减小。深过冷Fe-Ga合金定向激发之后其磁致伸缩明显提高，其中过冷度为270K的合金磁致伸缩值最大，达到150ppm。
　　 在上面结果的基础上对过冷度为270K的Fe81Ga19合金在定向激发的过程中施加垂直于轴向的磁场，发现磁场的存在影响了合金内部晶粒的大小以及晶体的轴向择优取向，但影响很小。MFM研究表明磁场使合金内部的磁畴沿径向方向排布，其形态由迷宫畴变为片状畴，畴的宽度增加。磁场的存在使材料的磁致伸缩大大增加，并且随着磁场强度的增加，磁致伸缩值逐渐增加，最大达到210ppm。
　　 对于定向激发深过冷(Fe81Ga19)90B10合金及其在磁场中凝固的研究发现，显微组织主要由A2相、修正D03相以及Fe2B相组成，轴向择优取向为[110]取向。与B添加前相比，合金的晶格常数增大，并且随着过冷度的增加而增加。过冷度为270K时磁致伸缩值较大为80ppm。磁场的存在促进了其凝固组织中富B相及富Ga相的析出，与不加磁场前相比，磁致伸缩有所提高，但并不明显。