熔体快淬法制备Fe_81_Ga_19_磁致伸缩合金

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Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金薄带与涂层的制备、性能及应用基础研究

Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金薄带与涂层的制备、性能及应用基础研究

Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金薄带与涂层的制备、性能及应用基础研究摘要:磁致伸缩合金(Magnetostrictive Alloy)是一种可以通过磁场改变形状的智能材料,广泛应用于微机电系统和磁传感器等领域。

Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金因其良好的磁致伸缩性能和良好的可加工性,受到了研究者的广泛关注。

本文通过粉末冶金法、高速扫描恒温电沉积法等方法制备了Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金薄带和晶界涂层。

通过SEM/EDX、XRD等测试手段对其组织结构、化学成分、磁性能进行了研究。

结果表明,通过合适的制备工艺可以获得良好的组织结构和磁性能。

同时,利用磁致伸缩法、电阻法等测试手段,研究了增大外场、温度等因素对Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金薄带的影响。

最后探讨了Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金薄带和涂层在微机电系统、磁传感器等领域的应用前景。

关键词:磁致伸缩合金;Fe-Ga(Al);薄带;涂层;微机电系统;磁传感器Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金薄带与涂层的制备、性能及应用基础研究1.引言磁致伸缩材料是一类通过外界磁场作用而发生形状变化的智能材料。

近年来,随着微机电系统、磁传感器等领域的发展,磁致伸缩材料逐渐得到了广泛的应用和关注。

作为磁致伸缩材料中的重要一类,Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金因其优异的磁致伸缩性能和良好的可加工性,被广泛应用于微机电系统、磁传感器等领域。

2.实验部分2.1材料制备本研究采用粉末冶金法和高速扫描恒温电沉积法制备了Fe-Ga (Al)磁致伸缩合金薄带和晶界涂层。

具体步骤如下:2.1.1粉末冶金法(1)准备原料本研究采用高纯度的Fe、Ga(Al)粉末作为原料,按照质量比为Fe:Ga(Al)=2:1的比例混合。

(2)混合将Fe、Ga(Al)粉末混合,并利用球磨机在紫外灯照射下滚球混合2h,直至混合均匀。

(3)冶炼将混合后的粉末装入石墨舟中,进行氩气保护下的真空感应熔炼,得到熔融合金。

(4)轧制将熔融合金进行轧制,得到Fe-Ga(Al)磁致伸缩合金薄带。

Fe-Ga合金磁致伸缩性能研究进展

Fe-Ga合金磁致伸缩性能研究进展

Fe-Ga合金磁致伸缩性能研究进展摘要:与稀土磁致伸缩材料Tefernol-D相比,Fe-Ga合金具有饱和磁场低、磁导率高、强度高、脆性小和温度特性好等特点,其潜在的应用范围更为广泛,尤其适用于强震动、大负荷、强腐蚀等较为恶劣的工作环境。

本文重点介绍了Fe-Ga 合金磁致伸缩的变形机制、制备工艺、合金成分、微观结构及性能等方面的研究进展。

关键词:Fe-Ga合金磁致伸缩研究进展0 引言磁致伸缩材料由于具有磁一弹耦合系数大、输出应力大、机械响应快、稳定性强等优良特性,在机器人、汽车、制动器、传感器、换能器、位移控制器、高能微动力装置、声学、磁学等领域呈现出重要的使用价值及广阔的应用前景。

从应用的角度看,具有良好工业应用前景的磁致伸缩材料一般应具有以下几个方面的特征:磁致伸缩系数大,能将更多的磁能转化为机械能;驱动磁场较小,能在较低的磁场下实现较大的磁致伸缩应变;居里温度较高,能广泛应用于各种高温环境;材料成本较低,制备工艺简单。

目前被广泛应用的磁致伸缩材料是以Terfenl-D为代表的稀土金属间化合物,它们的磁致伸缩值一般在(1000~2000)×10−6之间,但是由于在一般应用中需要较高的磁场,而且本身比较脆,另外由于重稀土Tb、Dy价格昂贵,生产成本较高,限制了Terfenl-D的应用。

以Heusler合金Ni2MnGa为代表的铁磁形状记忆合金由于兼有热弹性马氏体相变应变和磁控形状记忆效应,其磁控形状记忆效应兼具输出应变大、响应频率快等特点,因而在磁致伸缩材料方面也有较广阔的应用前景。

但该合金居里温度较低、所需驱动磁场大、材料脆性高等,不能很好地满足实际应用需要,国内外许多研究小组正在采取替代、掺杂、改进制备工艺等方法来积极改进该材料的性能,但仍不太理想。

近几年研究人员发现,在Fe中加入非磁性元素Ga能使其磁致伸缩系数增加十倍乃至几十倍,纯铁的磁致伸缩系数仅20×10−6左右,而加入Ga之后,其单晶体沿〈100〉晶向的饱和磁致伸缩系数达到400×10−6。

Fe-Ga合金磁致伸缩性能研究进展

Fe-Ga合金磁致伸缩性能研究进展

Fe-Ga合金磁致伸缩性能研究进展摘要:与稀土磁致伸缩材料Tefernol-D相比,Fe-Ga合金具有饱和磁场低、磁导率高、强度高、脆性小和温度特性好等特点,其潜在的应用范围更为广泛,尤其适用于强震动、大负荷、强腐蚀等较为恶劣的工作环境。

本文重点介绍了Fe-Ga 合金磁致伸缩的变形机制、制备工艺、合金成分、微观结构及性能等方面的研究进展。

关键词:Fe-Ga合金磁致伸缩研究进展0 引言磁致伸缩材料由于具有磁一弹耦合系数大、输出应力大、机械响应快、稳定性强等优良特性,在机器人、汽车、制动器、传感器、换能器、位移控制器、高能微动力装置、声学、磁学等领域呈现出重要的使用价值及广阔的应用前景。

从应用的角度看,具有良好工业应用前景的磁致伸缩材料一般应具有以下几个方面的特征:磁致伸缩系数大,能将更多的磁能转化为机械能;驱动磁场较小,能在较低的磁场下实现较大的磁致伸缩应变;居里温度较高,能广泛应用于各种高温环境;材料成本较低,制备工艺简单。

目前被广泛应用的磁致伸缩材料是以Terfenl-D为代表的稀土金属间化合物,它们的磁致伸缩值一般在(1000~2000)×10−6之间,但是由于在一般应用中需要较高的磁场,而且本身比较脆,另外由于重稀土Tb、Dy价格昂贵,生产成本较高,限制了Terfenl-D的应用。

以Heusler合金Ni2MnGa为代表的铁磁形状记忆合金由于兼有热弹性马氏体相变应变和磁控形状记忆效应,其磁控形状记忆效应兼具输出应变大、响应频率快等特点,因而在磁致伸缩材料方面也有较广阔的应用前景。

但该合金居里温度较低、所需驱动磁场大、材料脆性高等,不能很好地满足实际应用需要,国内外许多研究小组正在采取替代、掺杂、改进制备工艺等方法来积极改进该材料的性能,但仍不太理想。

近几年研究人员发现,在Fe中加入非磁性元素Ga能使其磁致伸缩系数增加十倍乃至几十倍,纯铁的磁致伸缩系数仅20×10−6左右,而加入Ga之后,其单晶体沿〈100〉晶向的饱和磁致伸缩系数达到400×10−6。

Fe_81_Ga_19_合金晶体生长取向与磁致伸缩性能

Fe_81_Ga_19_合金晶体生长取向与磁致伸缩性能
-6 磁 致 伸 缩 应 变 从 254 × 10 增 大 到 291 × 的减小,
# # 不同预压力下 1 —3 Fe 81 Ga 19 合 金 单 晶 体 的 磁
致伸缩应变曲线如图 2 ( a ) — ( c ) , 可见, 随着取向差
10 - 6 , 且压力效应明 显 . 这 是 由 于 Fe 81 Ga 19 合 金 易 磁
图3
Fe 81 Ga 19 合金多晶的各晶粒取向图( EBSD ) 以及{ 100 } 面极图
( a ) EBSD 取向图; ( b ) { 100 } 极图
不同预 压 力 下 磁 致 伸 缩 应 变 曲 线 如 图 4 ( a ) — ( c) , 三个晶粒磁致伸缩应 变 在 60 MPa 压 力 下 饱 和 值分别为 180 × 10
2 # 样 品[ 001]方 向 偏 离 轴 向 约 5° , 偏离轴向为 12° , 3 # 样品[ 001] 方向偏离轴向约 3°.
mm , 切取 3 mm 薄片用于 XRD 和极图测试, 确定 轴
图1
1 # Fe 81 Ga 19 合金单晶样品( a ) { 100 } 和( b ) { 110 } 面极图
关键词: 磁致伸缩,Fe 81 Ga 19 合金,晶体取向
PACS : 75. 80. + q ,75. 50. Bb ,81. 10. - h
金单晶体, 和含有几个 晶 粒 的 Fe 81 Ga 19 合 金 多 晶 体,
1. 引

研究晶体取向差和 磁 致 伸 缩 应 变 之 间 的 关 系, 以及 多晶 体 中 晶 粒 之 间 相 互 作 用 对 磁 致 伸 缩 应 变 的 影响 .
001]易 磁 化 方 向 与 晶 体 轴 向 之 间 取 向 差, 法( EBSD ) , 确定了定向生长 Fe 81 Ga 19 合金取向 多 晶 体 不 同 晶 粒[ 其分别

快淬fe_(85)ga_(15)合金的显微组织和磁致伸缩性能

快淬fe_(85)ga_(15)合金的显微组织和磁致伸缩性能

快淬fe_(85)ga_(15)合金的显微组织和磁致伸缩性能Fe_(85)Ga_(15)合金的显微组织与磁致伸缩性能是在金属材料中最为基本的特征之一。

它们不仅影响着材料的机械性能,同时也对材料的电磁性能有很大的影响。

本文详细的对Fe_(85)Ga_(15)合金的显微组织和磁致伸缩性能进行了介绍。

Fe_(85)Ga_(15)合金具有良好的拉伸性能,其显微组织由马氏体组织构成,由于其具有高熔点,因此它们在高温下具有良好的熔流性。

Fe_(85)Ga_(15)合金显微组织几乎没有间接组织,基材的组织良好,变形量大,密度密封特性良好,微观细节清晰,材料性能可靠。

Fe_(85)Ga_(15)合金的磁致伸缩性能也是其电磁性能的重要组成部分。

Fe_(85)Ga_(15)合金具有很好的磁致伸缩性能,可以在低磁场强度下较大的应变。

其磁致伸缩性能得益于异常热处理在材料内部形成许多空气道,空气道具有很好的半导体特性,当放置于低磁场强度条件下,空气道内发生热量传递,金属材料大量变形,产生大量的磁致伸缩应力,以达到大的应变的要求。

Fe_(85)Ga_(15)合金也有很好的耐蚀性能,可以耐受一定的耐温度和耐腐蚀性能,同时具有良好的韧性、高密度密封特性和零件加工性能,使其在空间机械结构材料中得到更广泛的应用。

Fe_(85)Ga_(15)合金通过其良好的显微组织结构以及磁致伸缩性能的优势,可以实现出高性能的金属材料,这不仅有利于扩大Fe_(85)Ga_(15)合金的应用范围,而且还可以在一定程度上改善材料的使用性能。

因此,Fe_(85)Ga_(15)合金在许多领域依然受到同行的青睐。

磁致伸缩材料的制备与力学性能研究

磁致伸缩材料的制备与力学性能研究

磁致伸缩材料的制备与力学性能研究磁致伸缩材料是一类特殊的材料,它具有在外加磁场作用下产生形变的特性。

这种材料的制备与力学性能研究一直是材料科学领域的热点之一。

本文将从材料制备、力学性能测试以及应用领域等方面,探讨磁致伸缩材料的制备与力学性能研究。

首先,磁致伸缩材料的制备是研究的基础。

目前,常见的磁致伸缩材料主要有镍、钴和铁等金属及其合金。

制备方法可以通过熔炼、电化学沉积、溶胶-凝胶法等多种方法进行。

其中,电化学沉积是一种常用的制备方法,它能够控制材料的成分和形貌。

制备的磁致伸缩材料需要具备较高的晶格畸变和畸变强度,以增强其磁致伸缩效应。

其次,力学性能测试是评价磁致伸缩材料性能的重要手段。

常见的力学性能测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。

这些试验能够评估材料的力学性能指标,如强度、韧性、硬度等。

通过力学性能测试,可以了解材料在外力作用下的变形和破坏行为,为后续应用提供依据。

此外,炎热环境下的力学性能测试也是必要的,以评估材料在高温环境中的稳定性和可靠性。

第三,磁致伸缩材料的应用领域多种多样。

其中,磁致伸缩材料在精密定位系统中的应用尤为广泛。

通过控制磁场的强弱,可以实现微米级别的位移调节,用于光学器件的对准、探测器的调谐等。

此外,磁致伸缩材料在智能机械领域也有广泛应用。

材料的磁致伸缩特性可以作为机械传动和控制的方式,实现机构的远程操控和运动控制。

此外,磁致伸缩材料在医疗器械、航空航天等领域也有广泛应用。

总之,磁致伸缩材料的制备与力学性能研究是材料科学领域的研究热点。

通过合理选择制备方法和实施力学性能测试,可以获得具有良好性能的磁致伸缩材料。

这些材料在精密定位系统、智能机械等领域都有重要的应用价值。

随着科技的发展,磁致伸缩材料的研究将会得到更加深入的探索,并为实际应用带来更多的创新和突破。

Fe-Ga合金的研究

Fe-Ga合金的研究

磁致伸缩材料Fe-Ga合金的研究摘要:采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法制备了过冷度分别为100K、147K和276K 的Fe83Ga17合金,对不同过冷度的Fe83Ga17合金进行定向激发以获得具有轴向择优取向的棒材。

利用金相显微镜和X射线衍射分析技术研究了定向激发Fe83Ga17合金在不同过冷度条件下的显微组织和择优取向。

结果发现:过冷度为100K的合金其凝固组织为细小的粒状晶或准球状晶,过冷度为276K的合金,晶粒尺寸增大,形态上表现为等轴晶,晶粒内部存在大量亚晶界,过冷度增加至300K的合金经定向激发后晶粒进一步粗化,晶粒呈一定的取向沿轴向方向排列。

X射线衍射分析表明深过冷Fe83Ga17合金经过定向激发后其凝固组织具有明显的〈110〉择优取向,其中过冷度为147K的合金定向激发后出现有利于磁致伸缩性能的〈100〉取向。

关键字:Fe-Ga合金磁致伸缩材料深过冷定向凝固Abstract: By using glass fluxing combined with superheating cycling method to prepare Fe83Ga17alloy with the undercooling of 100K, 147K and 276K respectively. Make each kind of alloy directional solidification in order to get the axial preferred orientation. The microstructure and preferred orientation of Fe83Ga17alloys with different undercooling are studied by optical microscope and X-Ray diffraction analysis technology. The results found that the solidification organization of Fe83Ga17alloy with undercooling of 100K is tiny granular crystai or quasi ball crystal. For undercooling of 276K, grain size increased, there are more subgrain boundary in the grain. When the undercooling increase to 300K, the grain size more increasing and the grain distributes along the axial with certain orientation. X-ray diffraction analysis shows that the solidification organization of deep supercooling Fe83Ga17alloy after directional solidification has obvious < 110 > preferred orientation. The alloy with the undercooling of 147K has < 100 > orientation in which the magnetic is easy obtained.Key words: Fe83Ga17alloy; magnetostrictive material;undercooling; rapid directional solidification;1、研究磁致伸缩材料的背景:磁致伸缩材料是一种具备磁致伸缩特性的材料,通常是可将电能转换为机械能或将机械能转换为电能的金属、合金以及铁氧体等磁性材料的统称。

Fe-Ga合金的研究

Fe-Ga合金的研究

磁致伸缩材料Fe-Ga合金的研究摘要:采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法制备了过冷度分别为100K、147K和276K 的Fe83Ga17合金,对不同过冷度的Fe83Ga17合金进行定向激发以获得具有轴向择优取向的棒材。

利用金相显微镜和X射线衍射分析技术研究了定向激发Fe83Ga17合金在不同过冷度条件下的显微组织和择优取向。

结果发现:过冷度为100K的合金其凝固组织为细小的粒状晶或准球状晶,过冷度为276K的合金,晶粒尺寸增大,形态上表现为等轴晶,晶粒内部存在大量亚晶界,过冷度增加至300K的合金经定向激发后晶粒进一步粗化,晶粒呈一定的取向沿轴向方向排列。

X射线衍射分析表明深过冷Fe83Ga17合金经过定向激发后其凝固组织具有明显的〈110〉择优取向,其中过冷度为147K的合金定向激发后出现有利于磁致伸缩性能的〈100〉取向。

关键字:Fe-Ga合金磁致伸缩材料深过冷定向凝固Abstract: By using glass fluxing combined with superheating cycling method to prepare Fe83Ga17alloy with the undercooling of 100K, 147K and 276K respectively. Make each kind of alloy directional solidification in order to get the axial preferred orientation. The microstructure and preferred orientation of Fe83Ga17alloys with different undercooling are studied by optical microscope and X-Ray diffraction analysis technology. The results found that the solidification organization of Fe83Ga17alloy with undercooling of 100K is tiny granular crystai or quasi ball crystal. For undercooling of 276K, grain size increased, there are more subgrain boundary in the grain. When the undercooling increase to 300K, the grain size more increasing and the grain distributes along the axial with certain orientation. X-ray diffraction analysis shows that the solidification organization of deep supercooling Fe83Ga17alloy after directional solidification has obvious < 110 > preferred orientation. The alloy with the undercooling of 147K has < 100 > orientation in which the magnetic is easy obtained.Key words: Fe83Ga17alloy; magnetostrictive material;undercooling; rapid directional solidification;1、研究磁致伸缩材料的背景:磁致伸缩材料是一种具备磁致伸缩特性的材料,通常是可将电能转换为机械能或将机械能转换为电能的金属、合金以及铁氧体等磁性材料的统称。

Fe(81)Ga(19)磁致伸缩合金的动态机电耦合系数

Fe(81)Ga(19)磁致伸缩合金的动态机电耦合系数
d b y Na t i o n a l Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a No s . 5 0 4 7 1 0 0 3 a n d 5 0 5 3 1 0 1 o )
u ni d i r e c t i o na l s o l i di ic f a t i o n. Va c uu m a n ne a l i n g a t 9 0 0℃ f o r 3 h ha s be e n c a r r i e d o ut f o l l o we d b y
接影响,存在表面缺陷的样 品很难测 出 K3 3值 .
关键词 F e s l G a l 9 , 磁致伸 缩材料, 机电耦 合系 数( Kz 3 ) , 交 流阻 抗曲 线 中图法分类号 T G 1 1 1 , T Gl l 3 文献标识码 A 文章编号 0 4 1 2 — 1 9 6 1 ( 2 0 0 7 ) 0 4 — 0 4 1 3 — 0 4
p r e s s ur e ro f m 0 t o 1 5 M Pa , 3 r e ma i n s u nc h a ng e d a t 3 2 . 7 m T ,bu t a t 63 . 6 m T a n d 1 5 M Pa 3
F e 8 1 Ga 1 9 磁致伸缩合金 的动态机电耦 合系数
白夏冰 蒋 成保 宫声 凯
( 北京航空航天大学材料学院,北京 1 0 0 0 8 3 )
摘 要 采用区熔定 向凝 固的方法,制备 目标成分为 F e s l Ga 1 9的磁致伸缩取向晶体,进行 9 0 0 ℃保温真空热处理 3 h后 油淬.采用交流阻抗仪测定其阻抗谐振频率,求 出机 电耦合系数 ( 3 3 ) .结果表明,直流磁场强度从 3 2 . 7 mT 增加到 4 8 . 1和

定向凝固Fe81Ga19合金的组织和磁致伸缩性能

定向凝固Fe81Ga19合金的组织和磁致伸缩性能
DI NG -in ,LI Ya - a Yu t 1 a U n y n ,HU n ,W ANG IXio c e g Yo g Lu ,L a -h n
( .S a eKe a oa o y o n u A v n e n e r u tr l,L n h uUnv f e.,L n h u 7 0 5 ,Chn ;2 1 tt y L b r tr f Ga s d a c dNo f ro sMae i s a z o i.o h a Te azo 300 i a .W e z o u n h u P mp  ̄Vau gne n eerhIsi t,L rh uUnv f c. m h u 3 5 0 ) . leEn ier gR sa c t ue a m o i.o h tWe o 2 1 5 i n t Te
Th ir sr c u e r fr e re t t na d ma n t src in we es se t al v si ae n e i— em e o tu t r ,p e er d o in a i n g e0 t it r y t ma i l i e t t d u d rdf o o c y n g fr n o ii c to a e Th e u t h we h twi h e r a eo o ii c to a e h 8Ga9a— e e ts l f a in r t. d i er s lss o d t a t t e d c e s fs l f in r t ,t eFe】 1 l h d i a
第3卷 第 2 7 期 2 1 年 4月 01








Vo 7 L3 No 2 .

一种大磁致伸缩合金丝的制备方法[发明专利]

一种大磁致伸缩合金丝的制备方法[发明专利]

专利名称:一种大磁致伸缩合金丝的制备方法专利类型:发明专利
发明人:严密,何爱娜,张晶晶,马天宇
申请号:CN200910096354.X
申请日:20090223
公开号:CN101503778A
公开日:
20090812
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种大磁致伸缩合金丝的制备方法。

包括如下步骤:(1)熔炼铸棒;(2)成分均匀化;(3)铣削;(4)冷轧;(5)线切割;(6)去应力退火;(7)冷拔;(8)再结晶退火。

该方法采用冷轧和冷拔相结合的塑性加工工艺可制得具有室温大磁致伸缩的新型Fe-Mn磁致伸缩合金丝。

合金成分及原子百分比为:Fe:30-60%;Mn:70-40%。

在外加磁场1.2T环境下,能产生456~1660ppm 的大磁致伸缩;该制备方法能耗低,降低了Fe-Mn合金丝的生产成本;并且合金丝的尺寸可在很大范围内调整,便于微型器件的设计,扩大了磁致伸缩材料的使用领域。

申请人:浙江大学
地址:310027 浙江省杭州市浙大路38号
国籍:CN
代理机构:杭州求是专利事务所有限公司
代理人:张法高
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