[發明專利]一種改善超磁致伸縮材料磁致伸縮性能的方法

無效

• 申請號: 200710098536.1
• 申請日: 2007-04-20
• 公開（公告）號: CN101075493A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 喬利杰;崔培;褚武揚
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01F1/14
• 分類號: H01F1/14;H01F41/00;B22F3/02;H01L41/20
• 代理公司: 北京科大華誼專利代理事務所
• 代理人: 呂中強

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，涉及一種利用氣相充氫方法改善(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸縮材料的磁致伸縮性能的方法。

技術背景

(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸縮材料因其具有磁致伸縮應變高，輸出功率大，能量密度高以及響應速度快等無可替代的優點，被廣泛的應用于磁(電)-聲換能器、致動器以及傳感器等方面，涉及的領域有航空航天、國防軍事、石油化工、通訊電子、汽車工業等。在很多領域(包括國防領域)獲得了廣泛的應用。

目前世界范圍內對稀土超磁致伸縮材料的研究主要集中在兩方面：第一是針對磁致伸縮材料的磁性能，考察不同合金及不同替代元素對磁致伸縮的各方面磁性能的影響，試圖改善磁致伸縮性能；第二是探索不同的制備方法和加工工藝，通過改變材料的定向凝固條件來控制材料的取向度，通過熱處理來消除應力，通過改變晶界的組織形狀來提高晶體的完整性。

為了改進(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸縮材料使用性能，人們在材料的制備和加工等方面進行了大量的研究。在外加磁場的情況下，多晶體材料中的磁致伸縮小于單晶體的飽和磁致伸縮，而且由于晶粒的易磁化方向各不相同，磁化時伸縮量各異造成晶界處嚴重的內應力，阻礙了磁化的進行，降低了磁致伸縮在低磁場區的性能。對于(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸縮材料，人們通過改變材料的定向凝固條件、控制材料的取向度、以及對材料進行熱處理來消除晶界對材料磁致伸縮性能的影響，已取得了一定的成果。在制備(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸縮材料時，一般加入過量的稀土，以形成延性相增加材料的韌性。非平衡凝固過程中第二相的析出造成內應力阻礙材料的磁化過程，降低材料的磁致伸縮性能，長時間熱處理時可以促進稀土重新被吸收進基體相，減少稀土的數量并改變其分布形態，使磁致伸縮性能提高，后來發現，短時間的退火熱處理可以改變材料的應力狀態，普遍提高其性能。

此外，自從發現高性能(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸縮材料后，人們還利用各種元素來分別取代Tb、Dy、Fe這三種元素，期望能提高材料的性能并且降低材料的成本。用Al、Ni、V、Co、Mn等取代(Tb，Dy)Fe₂中的Fe原子進行了大量的研究，發現Tb_0.5Dy_0.5(Fe_0.9Mn_0.1)₂比Tb_0.3Dy_0.7Fe₂的各向異性小，本身的磁致伸縮應變也較大，多晶材料在14kOe磁場下的應變可達1320×10^-6，但是Mn替代Fe會降低Tb和Dy之間各向異性的平衡溫度。Al替代Fe也可以降低(Tb，Dy)Fe₂的各向異性，V替代Fe可以有效地提高合金的磁致伸縮性能，并且居里溫度可以提高到426℃。對于Tb_0.27Dy_0.73Fe₂B_x合金，B的加入可以抑制惡化磁致伸縮性能的富鐵相的形成，當x＝0.2時，幾乎不出現富鐵相。也有人在研究用Pr、Nd、Ho等輕稀土替代(Tb，Dy)Fe₂中的Tb或Dy。

現有的改善(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸縮材料的方法一是改進制備工藝和熱處理工藝，二是利用元素添加或替代。這兩種方式對設備的要求較高，而且工藝條件難于控制。

發明內容

本發明目的是在已有(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸縮材料的基礎上，通過氣相充氫這種操作簡單但有效的方法，進一步提高(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸縮材料的磁致伸縮性能。

一種改善超磁致伸縮材料磁致伸縮性能的方法，其特征在于：

采用定向凝固擇優取向為[110]的Tb_0.3Dy_0.73Fe_1.95多晶材料，所用Tb_0.3Dy_0.73Fe_1.95樣品為棒狀，對樣品進行氣相充氫：首先將棒狀樣品放入密封充氫室中；然后對密封充氫室進行抽真空，真空度約為10Pa，接著對密封充氫室用氫氣進行清洗；清洗好后充入氫氣進行氣相充氫。充氫條件：氫壓0.1～10atm，溫度20～300℃，充氫時間分別為1～24h。