[發明專利]一種高性能稀土-鐵基巨磁致伸縮材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711261169.2
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108018483A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 劉鐵;董蒙;王強;高鵬飛;苑軼
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C22C33/06;B22D27/02;B22D27/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

本發明公開一種高性能稀土?鐵基巨磁致伸縮材料及其制備方法，屬于磁功能材料技術領域。該方法按以下步驟進行：①感應熔煉(Tb1?xMx)Fey合金，M＝Dy、Sm、Ce、Pr、Nd、Ho和Er中的至少一種，x＝0～0.70，y＝1.75～2.25；②將合金置于惰性氣體和梯度強磁場環境中，至少將合金加熱至液相線溫度以上150℃，保溫至少8min；③以5～120μm/s的速率將合金液拉至液態金屬冷卻液中以實現定向凝固；待加熱室溫度冷卻至室溫后，取出樣品。該方法制備的磁致伸縮材料具有較高力學性能及較大磁致伸縮系數等優勢。該方法操作簡單、控制精準、產品性能優良，可批量生產高性能磁致伸縮材料。

技術領域

本發明涉及一種組織致密、功能相沿著<111>方向取向、晶體沿著使用方向規則排列的多晶稀土-鐵基巨磁致伸縮材料及其制備方法，屬于磁功能材料技術領域。

背景技術

上世紀六十年代末Callen提出稀土-鐵化合物(如Tb-Fe和Tb-Dy-Fe等合金系)將具有較高的磁致伸縮系數，這類合金的磁致伸縮系數可達1500-2200ppm，是壓電陶瓷的5-25倍，是鎳基合金的40-50倍，因此被稱為“巨磁致伸縮材料”。與傳統磁致伸縮材料及壓電陶瓷相比，稀土-鐵基巨磁致伸縮材料具有磁晶各向異性低、應變大、能量密度高、頻帶寬、換能效率高、響應速度快、可靠性好等優點，是實現電-磁-機械能量轉換的理想材料之一，已成為精密驅動器、智能傳感器、換能器等器件的核心材料，在國防和民用領域都有著廣泛的應用，被譽為21世紀的戰略性功能材料。

目前市場上得到應用的稀土-鐵基巨磁致伸縮材料的合金成分集中在Tb0.60～0.75Fe和TbxDy1-xFey(其中x＝0.27～0.35，y＝1.90～2.0)上。該系合金的磁性相是屬于Laves相化合物，具有立方MgCu2型晶體結構，其易生長方向為<100>方向，易磁化軸方向為<111>方向。因為在MgCu2型結構中有兩個不等效四面體位置，具有較強磁晶各向異性，它們使得沿<111>方向可以出現內部畸變，所以該系合金在<111>方向上磁致伸縮系數最大。另外，若合金內部具有沿使用方向規則排列的晶粒，則有助于減小合金被磁化時晶界間的內應力和消除磁疇旋轉的阻礙。因此制備高度<111>方向上的晶體取向且功能相沿著使用方向規則排列的組織一直是材料工作者追求的目標。迄今為止，人們已經嘗試了多種方法來制備稀土-鐵基巨磁致伸縮材料。例如，定向凝固法、粉末冶金法和磁場熱處理法等。但是即使在定向凝固條件下，也存在多晶棒材的晶體取向集中在<110>、<112>或<113>方向上；為達到高溫度梯度而使稀土元素揮發嚴重，產生大量針狀魏氏體；材料內部缺陷較多等問題，難以充分發揮材料的磁致伸縮潛能。因此，提高稀土-鐵基巨磁致伸縮材料在<111>方向發生取向的程度、提高該系合金的致密度、降低材料內部缺陷，進而使磁致伸縮系數獲得明顯提高的制備新工藝就成為稀土-鐵基巨磁致伸縮材料發展和應用的關鍵所在。

發明內容