[發明專利]一種磁致伸縮材料性能測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202010782001.1
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN112051528B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 張洪平;牟星;程超;趙棟梁;祁焱;徐立紅;郭世海
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: G01R33/18
• 分類號: G01R33/18;G01R33/00;G01M7/08;G01M7/02
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 張小娟

本發明公開了一種磁致伸縮材料性能測試裝置和方法，其中測試裝置包括主體部件、第一扣件、第二扣件、勵磁線圈、勵磁線圈龍骨、磁感測量線圈、霍爾探頭、電阻應變片、材料測試樣件、螺紋鎖緊壓蓋、T型加壓桿、壓力氣體連接管或彈性元件。本發明采用環氧樹脂將勵磁線圈、磁感測量線圈、霍爾探頭與勵磁線圈龍骨固化成一體，通過螺紋連接、螺紋鎖緊壓蓋將測試裝置各部件固定在一起，形成穩定的結構。本發明的測試裝置具有體積小、重量輕、一體化、結構穩定的特點，能夠安裝在振動試驗臺、沖擊試驗臺上以及放置在溫度試驗箱中，測試磁致伸縮材料在振動、沖擊、溫度條件下磁化性能、磁致伸縮性能及溫度穩定性。

技術領域

本發明屬于磁測量領域，特別是一種測試磁致伸縮材料在振動、沖擊及溫度環境下磁性能參數的裝置及方法。

背景技術

磁致伸縮材料屬于一種磁性功能材料，或者說更近似于一種軟磁材料。磁致伸縮材料能夠被外部磁場磁化，使材料內部的磁化狀態發生改變產生磁感，同時材料形狀/尺寸發生變化，當外部磁場消除后，材料恢復原狀，即磁感減退，形狀尺寸恢復或近似恢復到磁化前的狀態，這種因外部磁場磁化使材料的磁化狀態發生變化導致的材料形狀尺寸變化稱為‘磁致伸縮效應’，形狀尺寸變化率稱為‘磁致伸縮系數’。描述材料磁化后的磁化狀態值稱為‘磁化強度’或‘磁感強度’，磁感強度表征材料所處的磁化狀態。磁感強度與外磁場強度的比值稱為材料的磁導率，磁導率也是表示材料易磁化程度的參數，磁導率越大，材料越容易磁化，也就是材料達到相同磁化狀態所需的外部磁場強度越小。通常情況下，軟磁材料對應力或外部力作用非常敏感，材料存在內應力或受外部力作用時，材料的磁導率會大幅下降，材料的磁化狀態也會發生改變。此外，磁性材料的磁性能都與溫度有關，隨著溫度變化，材料的磁性能發生改變，對于磁致伸縮材料來說，隨著溫度變化，材料的磁致伸縮系數發生改變。磁致伸縮材料是應力敏感、溫度敏感性材料，材料的磁致伸縮性能、磁化性能等參數因材料的受力狀態、溫度環境的不同而不同。

典型的磁致伸縮材料有稀土鋱鏑鐵超磁致伸縮材料、鐵鎵大磁致伸縮材料以及具有較大磁致伸縮系數的高飽和磁感強度鐵鈷釩軟磁合金(1J22合金)等，其它具有磁致伸縮效應的材料還有鐵鋁磁致伸縮合金、鐵氧體磁致伸縮材料等。這些材料在外磁場作用下能夠產生磁致伸縮應變和力輸出現象，是用于驅動器件和聲換能器件的重要機電轉換材料。其中稀土鋱鏑鐵超磁致伸縮材料、鐵鎵大磁致伸縮材料具有最大的飽和磁致伸縮系數，分別達到1800ppm、340ppm以上，而其它磁致伸縮材料的飽和磁致伸縮系數在100ppm以下。磁致伸縮材料無論是在靜態或動態下使用，都會受到來自預應力、荷載應力及振動沖擊產生的交變外力的作用，其中交變外力在實際過程中是隨機變化不可控的。振動沖擊力來源于磁致伸縮換能器工作時自身結構振動；其次是材料發生伸縮應變，預應力機構中的彈性元件的壓縮量變化導致的應力變化；最后是來自換能器工作環境的振動沖擊產生的沖擊力。因此，考察磁致伸縮材料的性能時，不僅是需要測定材料在固定應力值下的參數，還需要測定材料在振動沖擊應力下的性能參數穩定性，即需要在各種沖擊、振動環境下測試材料性能參數及參數穩定性指標，為材料應用及設計提供參考數據。除鐵氧體磁致伸縮外，其它磁致伸縮材料是屬于合金材料，合金材料具有電阻率低的特點，在交流或動態磁場驅動下，因渦流熱導致材料溫度升高，使材料工作溫度點發生變化。此外，磁致伸縮材料工作溫度也可能隨應用器件所處工作環境溫度發生變化。目前磁致伸縮材料的性能參數都是室溫下測定的數據，而磁致伸縮材料屬于溫度敏感材料，材料的性能會隨溫度發生變化，特別是一些材料磁結構會隨溫度發生轉變，發生材料易磁化方向、磁有序/無序、鐵磁/順磁轉變等現象，導致材料性能發生根本改變。因此，考察磁致伸縮材料的性能時，僅僅測量材料在室溫下的磁性能是不夠的，還需要測定材料在偏離室溫下的性能，需要在模擬溫度環境中對材料在不同溫度下性能進行測定，確定材料的溫度系數或溫度穩定性，為材料應用和設計提供參數。