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TbDyFe稀土超磁致伸缩材料的开发和商业化应用,给许多领域带来技术上的飞跃,受到广泛关注。针对该材料存在的诸如成分敏感性大使物理参数和性能指标不稳定、电阻率低导致高频涡流以及提高热处理效果等亟待解决的问题,本文以Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.95>合金为基础,研究了微合金化和磁场热处理对定向凝固合金的结构与性能的影响,研究了制备工艺参数对粉术粘结材料结构和性能的影响。
1、定向凝固Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.95>合金的微合金化添加微量元素Al、Mn、Ni、Co、Ga替代Fe,Fb<,0.3>Dy<,0.7>(Fe<,1-x>Me<,x>)<,1.95>合金仍然保持MgCu2型立方Layes结构。晶格常数的变化与添加元素的原子半径有关,Al、Mn、Ga增大品格常数,而Co使之略有减小。不同的添加元素在基体和析出相中呈不同的分布特征,随添加量增加,析出物增多且粗大。
微量元素增加Tb<,0.3>Dy<,0.7>(Fe<,0.9>Me<,0.1>)<,1.95>合金的抗弯强度,其中Ga、Co使抗弯强度增幅较大;Tb<,0.3>Dy<,0.7>(Fe<,1-x>Al<,x>)<,1.95>合金的抗弯强度随Al量的增加而增大。
各微量元素添加量x≥0.1时,磁致伸缩性能显著降低,故应控制在x≤0.1范围内。Al添加量x<.0.10时,随Al量增多,低场(≤40 kA/m)磁致伸缩系数小幅增加,高场磁致伸缩系数则迅速减小。在相同外磁场下,磁致伸缩系数随Al量变化存在一个极大值峰。Al降低磁化强度,x=0.05时饱和磁化强度降低3.3%,x=0.20时饱和磁化强度降低33.6%。
采用稀土中间合金为原料,可减小冶炼时的成分波动,保证稀土超磁致伸缩材料性能的稳定,同时可使材料单位成本降低。
2、定向凝固Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.95>合金的磁场热处理在623K和723K温度下,垂直磁场退火可显著提高饱和磁致伸缩系数,而低场磁致伸缩系数基本不变;平行磁场退火则同时降低饱和及低场磁致伸缩系数。垂直磁场退火且冷却阶段保持磁场的方式,可提高动态磁致伸缩系数最大值(d<,33>),且其对应磁场(H<,d<,max><,33>>)基本不变;平行磁场退火则降低d<,33>并增大H<,d<,max><,33>>。
磁场热处理显著增强预压力下的“跳跃”效应,623K磁场热处理后发生“跳跃”的预压力较723K磁场热处理低,623K磁场热处理样品在8.1 Mpa下的λ<,s>达到1.950×10<-6>。磁场热处理提高预压力(8.1MPa)下的d<,33>,但同时增大H<,d<,33>>。
3、粉末粘结Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.95>材料的制备与性能粉术粘结材料的性能与粉末颗粒尺寸密切相关,随粉末颗粒尺寸增大,磁致伸缩系数、密度增加,电阻率降低。磁场成型未形成晶体学择优取向,但仍有利于提高粉术粘结材料的磁致伸缩性能。粉末粘结材料的抗弯强度及密度与固化温度有关,在粘结剂含量相同条件下,提高固化温度可以提高粉末粘结材料的密度及抗压强度。
当粉末颗粒尺寸为45~98μm、粉木退火温度为400~600℃、粘结剂含量为6~10%时,制备的Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe1.95>粉末粘结材料适于较高频率下使用,综合性能优良。