稀土(TbDyHo)-铁材料制备与磁致伸缩性能的研究

摘要

超磁致伸缩材料TbDyFe合金具有磁致伸缩率大、能量密度高、可靠性好、响应速度快等特点,在航空航天、声纳、机器人等领域有着广阔的应用前景,被誉为新世纪高新技术发展的关键材料之一.本文在TbDyFe合金的基础上加入Ho元素,获得磁致伸缩、磁滞小的超磁致伸缩材料.通过区熔定向凝固的方法制备了大尺寸(Φ50×110mm)定向凝固Tb0.26Dy0.74-xHoxFe1.9(x=0.2,0.25)合金棒,并且通过高温热处理和磁场热处理进一步改进合金性能.通过X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、多参数磁测试系统等仪器对样品显微组织、成分和磁致伸缩性能进行了测试分析.因Tb0.26Dy0.74-xHoxFe1.9(x=0.2,0.25)合金棒为导电体铁磁物质,在交变磁场下会有涡流损耗的产生,降低了使用效率和工作频率.为了减少涡流耗损,使其能在频率较高的条件下工作,因此本文对粘结工艺进行了探索,选择合适的粘结工艺制备出Tb0.26Dy0.74-xHoxFe1.9(x=0.21,0.25,0.31)块状合金,分析了不同Ho含量对粘结合金磁性能的影响,并且通过低温磁场热处理对粘结合金的性能进行了改善,使用多参磁测量系统对粘结合金磁致伸缩系数进行了测量. 对定向凝固Tb0.26Dy0.74-xHoxFe1.9(x=0.2,0.25)合金的研究表明,沿合金棒径向,位于次表层部位的合金磁致伸缩性能较好,当x=0.2时,合金次表层饱和磁致伸缩可达到650ppm;当x=0.25时,合金次表层饱和磁致伸缩可达到800ppm;沿合金棒轴向,位于合金棒中部的合金磁致伸缩性能较好,当x=0.2时,合金磁致伸缩系数可达到1000ppm,当x=0.25时,合金磁致伸缩可达到930ppm.热处理明显的改变了材料的磁致伸缩性能,对Tb0.26Dy0.54Ho0.2Fe1.9合金进行1000℃保温4h热处理,当H=100kA/m时,合金的磁致伸缩系数λ由57ppm升高到520ppm.在压力为10MPa的条件下,Tb0.26Dy0.49Ho0.25Fe1.9合金次表层饱和磁致伸缩可达到1012ppm. 对粘结Tb0.26Dy0.74-xHoxFe1.9(x=0.21,0.25,0.31)合金研究发现,随着x增大,合金的磁致伸缩系数增加,当x=0.31,H=100kA/m时λ=202ppm,饱和磁致伸缩为608ppm.对粘结Tb0.26Dy0.43Ho0.31Fe1.9合金进行真空磁场热处理,温度为100℃时,合金的饱和磁致伸缩增加60ppm.

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