Fe-Ni金属基磁致伸缩材料的制备及性能分析

摘要

磁致伸缩材料（即金属波导丝）具有在外磁场作用下，其尺寸会发生变化，去掉外磁场后，其尺寸又恢复原来长度的特点（即磁致伸缩效应），这种材料被广泛应用于声学领域、微位移领域、高能微动力装置中。理想的金属基磁致伸缩材料应具有高机电耦合系数、好的温度特性、高居里温度及高的机械品质因数、精度高、线性及重复性好、信号稳定及使用寿命长等特点。传统的铁基、镍基金属磁致伸缩材料则存在这样或那样的缺点，为此，研究一种性能优异，可替代国外同类产品的金属基磁致伸缩材料是非常有必要的。
　　本文通过真空熔炼和定向凝固技术对选定成分的Fe-Ni基金属磁致伸缩材料进行制备，并经必要的锻造和热处理工艺获得直径约3mm的棒材，利用电子探针分析、X射线衍射分析(XRD)、金相组织分析、力学性能和磁性能测试等手段对该材料的成分、相组成、显微结构进行了表征，测定其力学性能及磁致伸缩性能，研究了微观结构与力学性能、磁致伸缩性能之间的关系。
　　结果表明：（1）采用真空熔炼和定向凝固技术可制备含Al、Cr、Si等合金元素的Fe-Ni金属基磁致伸缩材料，其成分变化与设计的基本一致。（2）经过1100℃锻打和600℃固溶处理可明显细化材料的显微组织，并提高了其相关性能。（3）所制得的Fe-Ni金属基磁致伸缩材料的密度为7.98g/cm3，硬度为HV308.4，抗拉强度为1036MPa，弹性模量为168GPa，磁导率最高可达12mH/m，矫顽力为604.98A/m，饱和磁感应强度高达1.79T，最大磁致伸缩系数达31ppm，室温线膨胀系数为8.5×10-6/K，电阻率为3.1μΩ·m。（4）所制得的Fe-Ni金属基磁致伸缩材料的信号放大幅度与国外同类产品相当，但波形稳定性较差。

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1 绪论

1.1 磁致伸缩材料简介

1.2 国内外现状及发展趋势

1.3 研究的目的及意义

1.4 研究内容

2 实验方案及方法

2.1 实验方案制定

2.2 实验材料及仪器设备

2.3 材料制备

2.4 组织结构观察

2.5 物理机械性能测试

3 Fe-Ni金属基磁致伸缩材料的制备工艺分析

3.1 制备的工艺流程及注意事项

3.2 影响金属基磁致伸缩材料制备的几个关键因素

3.3 本章小结

4 Fe-Ni金属基磁致伸缩材料的显微组织结构观察与分析

4.1 显微组织观察与分析

4.2电子探针测试结果与分析

4.3 组织结构XRD测试结果与分析

4.4 本章小结

5 Fe-Ni金属基磁致伸缩材料的性能测试结果与分析

5.1 力学性能测试结果分析

5.2 物理性能测试结果与分析

5.3 磁致伸缩性能的测试结果与分析

5.4 波形稳定性的测试结果与分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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