定向凝固和粉末粘结TbDyFe超磁致伸缩材料的制备与性能研究

摘要

TbDyFe稀土超磁致伸缩材料的开发和商业化应用，给许多领域带来技术上的飞跃，受到广泛关注。针对该材料存在的诸如成分敏感性大使物理参数和性能指标不稳定、电阻率低导致高频涡流以及提高热处理效果等亟待解决的问题，本文以Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.95>合金为基础，研究了微合金化和磁场热处理对定向凝固合金的结构与性能的影响，研究了制备工艺参数对粉术粘结材料结构和性能的影响。 1、定向凝固Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.95>合金的微合金化添加微量元素Al、Mn、Ni、Co、Ga替代Fe，Fb<,0.3>Dy<,0.7>(Fe<,1-x>Me<,x>)<,1.95>合金仍然保持MgCu2型立方Layes结构。晶格常数的变化与添加元素的原子半径有关，Al、Mn、Ga增大品格常数，而Co使之略有减小。不同的添加元素在基体和析出相中呈不同的分布特征，随添加量增加，析出物增多且粗大。 微量元素增加Tb<,0.3>Dy<,0.7>(Fe<,0.9>Me<,0.1>)<,1.95>合金的抗弯强度，其中Ga、Co使抗弯强度增幅较大；Tb<,0.3>Dy<,0.7>(Fe<,1-x>Al<,x>)<,1.95>合金的抗弯强度随Al量的增加而增大。 各微量元素添加量x≥0.1时，磁致伸缩性能显著降低，故应控制在x≤0.1范围内。Al添加量x<.0.10时，随Al量增多，低场(≤40 kA/m)磁致伸缩系数小幅增加，高场磁致伸缩系数则迅速减小。在相同外磁场下，磁致伸缩系数随Al量变化存在一个极大值峰。Al降低磁化强度，x=0.05时饱和磁化强度降低3.3％，x=0.20时饱和磁化强度降低33.6％。 采用稀土中间合金为原料，可减小冶炼时的成分波动，保证稀土超磁致伸缩材料性能的稳定，同时可使材料单位成本降低。 2、定向凝固Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.95>合金的磁场热处理在623K和723K温度下，垂直磁场退火可显著提高饱和磁致伸缩系数，而低场磁致伸缩系数基本不变；平行磁场退火则同时降低饱和及低场磁致伸缩系数。垂直磁场退火且冷却阶段保持磁场的方式，可提高动态磁致伸缩系数最大值(d<'max><,33>)，且其对应磁场(H<,d<,max><,33>>)基本不变；平行磁场退火则降低d<'max><,33>并增大H<,d<,max><,33>>。 磁场热处理显著增强预压力下的“跳跃”效应，623K磁场热处理后发生“跳跃”的预压力较723K磁场热处理低，623K磁场热处理样品在8.1 Mpa下的λ<,s>达到1.950×10<'-6>。磁场热处理提高预压力(8.1MPa)下的d<'max><,33>，但同时增大H<,d<'max><,33>>。 3、粉末粘结Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.95>材料的制备与性能粉术粘结材料的性能与粉末颗粒尺寸密切相关，随粉末颗粒尺寸增大，磁致伸缩系数、密度增加，电阻率降低。磁场成型未形成晶体学择优取向，但仍有利于提高粉术粘结材料的磁致伸缩性能。粉末粘结材料的抗弯强度及密度与固化温度有关，在粘结剂含量相同条件下，提高固化温度可以提高粉末粘结材料的密度及抗压强度。 当粉末颗粒尺寸为45～98μm、粉木退火温度为400～600℃、粘结剂含量为6～10％时，制备的Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe1.95>粉末粘结材料适于较高频率下使用，综合性能优良。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2磁致伸缩效应的表征参数

1.3.磁致伸缩材料种类

1.4稀土磁致伸缩材料的研究进展

1.4.1稀土磁致伸缩合金

1.4.2稀土磁致伸缩非晶合金薄膜

1.4.3稀土磁致伸缩粉末复合材料

1.4.4稀土超磁致伸缩粉末烧结材料

1.5稀土超磁致伸缩材料的制备方法

1.5.1定向凝固制备技术

1.5.2粉末冶金及薄膜沉积制备技术

1.6稀土磁致伸缩材料的应用

1.7稀土磁致伸缩材料存在的问题

1.8本文研究目的和内容

第二章实验方法

2.1合金成分

2.2制备过程

2.2.1熔炼

2.2.2定向凝固

2.2.3合金热处理

2.2.4机械制粉

2.2.5粉末热处理

2.2.6粘结材料成型

2.2.7粘结材料固化处理

2.3材料结构和性能检测方法

2.3.1晶体结构和晶体取向

2.3.2磁致伸缩性能

2.3.3粉末粒度

2.3.4粘结材料密度

2.3.5粘结材料电阻率

2.3.6粘结材料高频温升

2.3.7粘结材料抗压强度

2.3.8成分与组织结构

第三章微量元素对Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金磁致伸缩性能的影响

3.1前言

3.2实验方法

3.3实验结果

3.3.1 Tb1-yDyy(Fe1-xMex)1.95合金的晶体结构和择优取向

3.3.2 Tb0.3Dy0.7(Fe1-xMex)1.95合金的显微结构

3.3.3 Tb0.3Dy0.7(Fe1-xMex)1.95合金的微区分析

3.3.4 Tb0.3Dy0.7(Fe1-xMex)1.95合金的磁致伸缩性能

3.3.5 Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金的磁化性能

3.3.6添加元素对材料的力学性能的影响

3.3.7中间合金制备的Tb0.3Dy0.7Fe1.95材料磁致伸缩性能

3.4讨论

3.4.1微量元素对晶体结构与取向的影响

3.4.2微量元素对微观结构的影响

3.4.3微量元素对磁化和磁致伸缩性能的影响

3.4.4稀土中间合金制备磁致伸缩材料

3.5结论

第四章磁场热处理对Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金磁致伸缩性能的影响

4.1前言

4.2实验方法

4.3实验结果

4.3.1磁场热处理晶体结构与取向的影响

4.3.2磁场热处理对磁致伸缩性能的影响

4.3.3.磁场热处理对压力效应的影响

4.4讨论

4.4.1磁场热处理对磁致伸缩系数的影响

4.4.2磁场热处理对压力效应的影响

4.5结论

第五章粉末粘结Tb0.3Dy0.7Fe1.95的制备与性能

5.1前言

5.2实验方法

5.3实验结果

5.3.1 Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金粉末微观结构及粒度分布

5.3.2 Tb0.3Dy0.7Fe1.95粘结材料微观结构特征

5.3.3 Tb0.3Dy0.7Fe1.95粘结材料的密度

5.3.4 Tb0.3Dy0.7Fe1.95粘结材料的电阻率

5.3.5 Tb0.3Dy0.7Fe1.95粉末粘结材料的磁致伸缩性能

5.3.6 Tb0.3Dy0.7Fe1.95粘结材料的抗弯强度、电阻率及高频温升

5.4讨论

5.4.1粉末粒度对粘结材料性能的影响

5.4.2粘结剂配比对粘结材料性能的影响

5.4.3合金粉末退火对粘结材料性能的影响

5.4.4粉末粘结材料在高频下的升温

5.4.5成型及固化处理对性能的影响

5.5结论

第六章结论

参考文献：

攻读博士学位期间发表论文、专利及成果

致谢