Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金的结构、磁致伸缩性能和自旋重取向研究

本文系统研究了室温下Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35)合金中金属Al替代Fe对晶体结构、磁致伸缩、内禀磁致伸缩、各向异性和自旋重取向的影响.结果发现,x＜0.4时,Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95完全保持MgCl2立方Laves相结构,晶格常数a随Al含量x的增加而增大.磁致伸缩测量发现,随着替代量x的增多磁致伸缩减小,x＞0.15时超磁致伸缩效应消失;x＜0.15时磁致伸缩在低场下(H≤40kA/m)有小幅增加,高场下迅速减小,而且易趋于饱和,说明添加少量Al有助于减小磁晶各向异性.内禀磁致伸缩λ111随[111]替代量x的增加大幅度降低.穆斯堡尔效应表明,Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金的易磁化方向随成份和温度在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴,即自旋重取向.室温下,当x=0.15时,Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金中出现了少量非磁性相;x＞0.15时,合金完全呈顺磁性.     

Tb0.36Dy0.64（Fe0.85Co0.15）2-xBx合金的结构和磁致伸缩

研究了Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.1)2-xBx(x=0,0.05,0.15,0.30)合金的结构、显微组织和磁致伸缩.结果表明,Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx合金基体仍为MgCu2型立方结构Laves相,合金点阵常数α随B含量增加先减小后增大;当B含量达到x=0.15时,样品中开始有杂相析出.少量B(x=0.05)添加时,合金的饱和磁致伸缩有所提高;随B含量继续增加,合金中形成1∶3相以及富硼相,饱和磁致伸缩急剧下降.     

第三组元添加对Fe-Ga合金相组成和磁致伸缩性能的影响

系统地研究了铸态和淬火态Fe81(Ga1-xMx)19(x=0,0.1,0.2,0.3;M=Si,Ge,Sn)合金的相组成和磁致伸缩特性.结果表明:Si,Ge元素分别添加到Fe81Ca91合金中保持了合金的A2相结构.添加少量的Si或Ge(x=0.1)不会降低合金的饱和磁致伸缩值,其中淬火态Fe81(Ga0.9Ge0.1)19样品的饱和磁致伸缩值比淬火态Fe81Ga19合金明显提高;此后,继续增加Si或Ge含量,饱和磁致伸缩值显著下降.铸态和淬火态Fe81(Ga1-xSnx)19(x=0.1,0.2,0.3)合金为A2和FeSn(Ga)双相结构.随着Sn含量增加,非磁性FeSn(Ga)相数量增加,合金的饱和磁致伸缩值呈降低趋势.其中,在铸态Fe81(Ga0.9Sn0.1)19合金中获得了最大的饱和磁致伸缩值(41×10-6),略高于铸态Fe81Ga19合金.     

铜模喷铸Fe_(100-x)Ga_x(15≤x≤30)合金的磁致伸缩

采用铜模喷铸法,制备Fe100-xGax(x=15,19,23,27.5,30)合金。实验结果表明铜模喷铸有利于改善低Ga(15≤x<23)Fe100-xGax合金的磁致伸缩,却大幅降低了高Ga(23≤x≤30)Fe100-xGax合金的磁致伸缩。以Fe81Ga19和Fe72.5Ga27.5合金为例,喷铸态Fe81Ga19样品的饱和磁致伸缩比800℃淬火态提高了7%;而喷铸态Fe72.5Ga27.5样品的饱和磁致伸缩为6.1×10-5,仅是800℃淬火态的60.4%。此外,淬火态Fe72.5Ga27.5样品的饱和磁化强度为131.21A·m2·kg-1,也高于喷铸态(126.21A·m2·kg-1)。     

Tb0.3Dy0.7(Fe1-xPtx)1.95合金的结构与磁致伸缩特性研究

利用XRD、SEM和电阻应变片等方法研究了Tb0.3Dy0.7(Fe1-xPtx)1.95(x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08)合金的微结构和磁致伸缩特性.结果表明:当Pt含量x≤0.06时,合金为具有立方MgCu2型结构的Laves单相,Pt置换Fe导致合金相的晶格常数α线性增大;磁致伸缩系数λ随Pt含量的增加不断减小,随外磁场(H≤500mT)的增大而单调增大;当合金在950℃退火4 h,可获得较好的磁伸缩性能.在x=0.08时,合金中出现微量第二相Fe3Dy,证实Pt在Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金中的最大固溶度小于5at%.     

Galfenol合金的显微组织和磁致伸缩性能

采用非自耗真空电弧熔炼方式制备了不同Ga含量条件下的Fe100-xGax(X-16、19、21、27)合金铸锭,系统研究了不同成分合金铸锭的显微组织结构和磁致伸缩性能.结果发现,铸态Fe-Ga合金室温基本结构为无序的bcc结构,随着Ga原子含量的增加,立方晶格的晶格常数逐渐增加.富Ga相的数量和分布直接影响着铸态合金的磁致伸缩性能,Fe81 Ga19合金的饱和磁致伸缩最大,达到93×10-6,Fe19Ga21合金由于在26.64°附近存在(111)面有序DO3相的析出,进一步抑制了磁致伸缩性能的提高,其饱和磁致伸缩最小只有20×10-6.铸态多晶Fe84Ga16合金沿<110>方向具有一定的择优取向,因偏离<100>易磁化方向,因此其磁致伸缩系数较低. 构和磁致伸缩性能.结果发现,铸态Fe-Ga合金室温基本结构为无序的bcc结构,随着Ga原子含量的增加,立方晶格的晶格常数逐渐增加.富Ga相的数量和分布直接影响着铸态合金的磁致伸缩性能,Fe81 Ga19合金的饱和磁致伸缩最大,迭到93×10-6,Fe19Ga21合金由于在26.64°附近存在(111)面有序DO3相的析出,进一步抑制了磁致伸缩性能的提高,其饱和 致伸缩最小只有20×10-6.铸态多晶Fe84Ga16合金沿<110>方     

(Fe_(1-x)Mn_x)_2Gd合金的结构、磁性能及磁致伸缩性能

采用真空氩弧熔炼的方法制备了(Fe_(1-x)Mn_x)_2Gd(x=0.00,0.15,0.30,0.45)合金样品,在800℃下进行热处理10 h。利用X射线衍射仪及Rietveld结构精修、扫描电镜及能谱仪(SEM/EDS)、综合物性测量系统(PPMS)、电阻应变法研究了(Fe_(1-x)Mn_x)_2Gd系列合金的结构、磁性能及磁致伸缩性能。结果表明,对于Mn名义含量x为0.15,0.30的样品,EDS测定显示Mn的实际含量分别为0.138、0.279,结构精修的对应结果为0.143、0.295,证明了精修结果的准确性。当x≤0.3时,(Fe_(1-x)Mn_x)_2Gd合金具有典型的Mg Cu_2型面心立方(fcc)晶体结构,随着Mn含量x的增加,该系列化合物的晶胞体积V和晶胞参数a增大,但始终保持fcc结构不变。(Fe_(1-x)Mn_x)_2Gd(x=0.00,0.15,0.30)饱和磁化强度M_s随Mn替代量的增加而逐渐降低,M_s分别为67.67、63.06、58.12emu/g。当室温条件下外加磁场为200Oe时,(Fe_(1-x)Mn_x)_2Gd(x=0.00,0.15,0.30)合金的磁致伸缩系数趋向饱和,且随着Mn含量的增加,饱和磁致伸缩系数逐渐减小。     

Al替代Fe对<110>取向Tb-Dy-Fe合金显微组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响

采用区熔定向凝固方法制备<110>取向的Tb0.3Dy0.7(Fe1 xAlx)2(x=0,0.05,0.10,0.15)超磁致伸缩合金,研究不同含量Al原子替代Fe原子对于合金微观组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响。结果表明:Al原子替代不改变定向凝固样品形成的<110>轴向择优取向,合金依然保持MgCu2型立方Laves相和部分稀土相结构。随着Al含量的增加,黑色RE(FeAl)2相和白色富稀土RE(Al)相的析出数量、尺寸及分布发生变化。微量Al原子(x≤0.05)替代可以显著提高材料低磁场下的动态响应及饱和磁致伸缩系数,随着Al含量进一步提高,合金系饱和磁致伸缩系数降低。Tb0.3Dy0.7(Fe1 xAlx)2(x=0,0.05,0.10,0.15)合金的压缩强度随着Al原子含量增加而增加,合金发生解理断裂。当Al替代量x≤0.1时,合金具有良好的综合性能。     

Tb_xDy_(1-x)(Fe_(0.6)Co_(0.4))_2合金的磁性和磁致伸缩性能

利用电弧熔炼法制备Tb_xDy_(1-x)(Fe_(0.6)Co_(0.4))_2合金(0.27≤x≤0.40),对合金的磁性和磁致伸缩性能进行研究。利用XRD、交流初始磁化率测试仪、超导量子干涉仪和标准应变测试仪,对样品的物相组成、居里温度、磁化曲线和磁致伸缩性能进行表征。结果表明:当x≤0.27时合金的易磁化方向为á100?方向,当x≥0.30时合金的易磁化方向变为〈 111〉方向;合金的居里温度随x的增加而增加;x=0.32附近时合金的磁晶各向异性常数K_1有极小值,室温时合金在x=0.32附近时达到各向异性补偿;当x=0.32时饱和磁致伸缩系数达到9.57×10~(-4);随Co含量的增加,合金的各向异性补偿点向Tb含量高的方向移动。Tb_(0.32)Dy_(0.68)(Fe_(0.6)Co(0.4))_2合金具有高磁致伸缩系数和低各向异性,是一种实用的磁致伸缩候选材料。     

热处理对<110>取向Tb-Dy-Fe-Al合金组织和性能的影响

采用区熔定向凝固方法制备了<110>取向的Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)2(x=0,0.05,0.10,0.15)超磁致伸缩合金,在真空管式炉氩气保护条件下,对合金进行930℃×2 h的热处理,研究了热处理对于不同含量Al元素替代合金的微观组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响。结果表明:热处理不改变Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)2合金样品定向凝固形成的<110>轴向择优取向,热处理后的合金棒样品依然保持MgCu2型立方Laves相和部分稀土相结构,没有新相对应的衍射峰产生。热处理后Tb0.3 Dy0.7(Fe1-xAlx)2合金的片层组织退化,随着Al元素含量的增加,基体内的析出相形态和分布不断发生变化。当Al的添加量为x=0.05和x=0.15时,热处理后合金的磁致伸缩性能下降,饱和磁致伸缩分别为817×10-6,571×10-6。Al的添加量x=0.10时,热处理在不降低合金饱和磁致伸缩的同时可以显著提高其压缩强度及低场动态响应。     

In,Ge添加对Fe81Ga19合金磁致伸缩系数的影响

研究了Fe81(Ga1-xYx)19(Y=In,Ge;x=0,0.1)合金的相结构,微观结构和磁致伸缩性能.结果表明:铸态和淬火态Fe81Ga19为A2相单相结构,微观组织是均匀的等轴晶;添加In后,合金由A2和富In相两相组成,富In相呈细小的颗粒状沿晶界分布,淬火后,富In相数量减少;添加Ge后,合金保持了A2相结构,晶格常数减小,铸态Fe81(Ga09Ge01)19合金中存在大量的枝晶,淬火后枝晶消失,成为均匀的等轴晶.铸态Fe81Ga19合金的磁致伸缩系数为3.3 ×10-5,淬火后提高到了7.2 ×10-5;添加In后,合金的磁致伸缩系数降低,淬火态Fe81(Ga0.99In0.1)19合金的磁致伸缩系数较热处理前提高了约1倍;添加Ge后Fe-Ga合金的磁致伸缩系数降低,与铸态Fe81(Ga0.9Ge0.1)19合金相比,淬火后磁致伸缩系数提高了约2倍.     

硼添加对Fe-Ga合金相结构和磁致伸缩的影响

研究了（Fe0．81Ga0．19）100-xBx（x=0-20）合金的相组成和磁致伸缩特性．结果表明：x=1时,铸态合金由A2（bccFe（Ga））相和Fe2B相组成;x=5,10,15,20时,为A2相、L12（α—Fe3Ga）相和Fe2B相组成．800℃保温3h油淬后,当x=1,5时,为修正的DO3（Fe3Ga）相和Fe2B相组成;x=10,15,20时,为修正的D03相、L12相和Fe2B相组成．加入B元素后铸态合金的饱和磁致伸缩系数λs在x=1和10处出现峰值;油淬后随着B含量增加,合金的磁致伸缩系数先增大后减小,其中x=10合金的λs比相应油淬Fe81Ga19合金的λs增加了80％．油淬态合金,随B含量添加,析出Fe2B相,导致Fe-Ga合金基体中修正的D03相的Ga含量相应提高,磁致伸缩提高;随着B含量的进一步增加,合金中出现了过多的Fe2B相和L12相,磁致伸缩下降．     

Fe83Ga17R0.6(R=Ce,Tb和Dy)合金的微结构与磁致伸缩性能

为改善多晶Fe-Ga合金的磁致伸缩性能,在Fe-Ga合金中掺杂稀土Ce、Tb和Dy元素。 研究了Fe83Ga17和Fe83Ga17R0.6 (R=Ce、Tb和Dy)合金的结构和磁致伸缩性能。结果表明,Fe83Ga17合金由单一bcc结构Fe(Ga)固溶体相组成,而掺杂稀土后的Fe83Ga17R0.6合金中除保持bcc结构的Fe(Ga)固溶体相外,还出现了R2Fe17第二相。掺杂稀土后的Fe83Ga17R0.6合金磁致伸缩系数明显大于Fe83Ga17合金。掺杂不同种类的稀土元素对Fe-Ga合金磁致伸缩性能改善的程度不同。在外磁场为557 kA/m时,Fe83Ga17Ce0.6合金的磁致伸缩系数(206×10-6)明显大于Fe83Ga17Tb0.6 (165×10-6)和Fe83Ga17Dy0.6 (161×10-6)合金的磁致伸缩系数。     

快淬Fe81Ga19合金薄带的相结构和磁致伸缩

采用熔体快淬法制备Fe81Ga19合金薄带,研究薄带试样的相结构和磁致伸缩性能.XRD和M-TG结果表明,快淬态Fe81Ga19合金基体为Fe(Ga)无序固溶体相,并有微量非对称结构的DO3相析出,且薄带厚度方向[100]择优取向.当测量磁场垂直带面时,薄带试样沿带长方向的饱和磁致伸缩达-1830×10-6.Fe81Ga19合金薄带的巨磁致伸缩与其大的形状各向异性、熔体快淬时合金内部形成的非对称结构的DO3相及薄带厚度方向[100]择优取向相关.     

Tb0．3Dy0．7（Fe1-x）1．95合金的结构与磁致伸缩特性研究

利用XRD、SEM和电阻应变片等方法研究了Tb0．3Dy07（Fe1-xPtx）1.95（x=0．00,0．02,0．04,0．06,0．08）合金的微结构和磁致伸缩特性。结果表明：当Pt含量x≤0．06时,合金为具有立方MgCu2型结构的Laves单相,Pt置换Fe导致合金相的晶格常数α线性增大;磁致伸缩系数A随Pt含量的增加不断减小,随外磁场（H≤500mT）的增大而单调增大;当合金在950℃退火4h,可获得较好的磁伸缩性能。在x=0．08时,合金中出现微量第二相Fe3Dy,证实Pt在Tb0．3Dy0.7Fe1.95合金中的最大固溶度小于5at％。     

Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx (x=0, 0.03, 0.06, 0.09) 合金的组织与磁致伸缩性能

采用高真空电弧炉制备了Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx(x=0,0.03,0.06,0.09)合金,研究了该系列合金的晶体结构、微观组织及磁致伸缩性能。结果表明:添加Nb元素后的Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx(x=0.03,0.06,0.09)合金基体相结构仍保持为MgCu2(C15型)立方Laves相,添加Nb后Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx合金基体相晶格常数几乎不变。Nb在基体相RFe2中和富Re相中都不溶,但在x=0.03时的RFe3相中微溶而形成Re(Nb,Fe)3相。初生相NbFe2(C14型)相的形成使凝固液体富稀土从而抑制了RFe3有害相形成。六方结构的NbFe2在与自身结构不同的RFe2(C15型)中不溶而单独成为一相存在于RFe2基体上。Nb的添加量x对磁致伸缩的影响很大,微量(x=0.03)Nb的添加有效抑制了RFe3有害相的生成而使得磁致伸缩性能提高最大,但当Nb含量继续增大时,由于顺磁相NbFe2和富Re相的析出影响了基体磁-弹性交互作用而使磁效伸缩性能下降。但相对于Tb0.3Dy0.7Fe1.95母合金都有少量提高。     

Mn含量对(V60Ti22.4Cr5.6Fe12)100-xMnx(0≤x≤3)合金吸放氢性能的影响

系统研究了采用FeV80中间合金制备的低成本(V60Ti22.4Cr5.6Fe12)100-x Mnx(0≤x≤3)合金的吸放氢性能及微观组织结构。XRD及PCT测试结果表明,随着Mn含量的增加,合金的晶格常数减小,放氢平台压先升高后降低;吸氢量随Mn含量的增加不断降低,而Mn含量的增加对放氢量没有显著影响。当Mn含量为2.5 at%时,合金室温下的放氢平台压达到最大值0.14 MPa,吸氢量为3.64%(质量分数,下同),放氢量为2.00%。SEM及EDS分析表明,不同Mn含量的合金均由bcc主相、富钛二相及稀土氧化物相组成,且Mn主要存在于合金的bcc主相中,而在富钛二相中分布相对较少。     

Pr0.3TbxDy0.7-xFe1.9Ti0.1合金结构和磁致伸缩

采用电弧熔炼方法制备了Pr0.3TbxDy0.7-xFe1.9Ti0.1(x=0.18～0.21)合金,对样品进行不同条件退火处理,并测量了其磁性能。结果表明:退火前样品都有杂相,并且第二相很大程度上影响样品磁致伸缩;700℃,6d退火处理没有有效消除杂相,样品磁致伸缩没有明显得到改善;而900℃,3d退火处理有效地消除了样品的杂相,尤其是x=0.21的样品,几乎呈现完美的单一的MgCu2型Laves相,磁化强度和磁致伸缩系数均有所增加,当磁场为900kA/m时该样品磁致伸缩系数达到了1.12×10-3。     

Homogeneity of Magnetostriction of Tb--Dy--Fe—Co<110> Oriented Alloy Rod

采用区熔定向凝固方法,先以30 mm/h低速生长,再以480 mm/h高速生长,制备了磁致伸缩性能较为均匀的《110》取向Tb0.36Dy0.64(Fel-xCox)2(x=0,0.1,0.15)合金棒.研究了不同晶体生长阶段的轴向择优取向和微观组织对磁致伸缩性能的影响.结果表明,轴向择优取向度主要影响样品在无预压应力条件下的磁致伸缩性能;富稀土相分布主要影响样品在施加预压应力条件下的磁致伸缩性能.沿合金棒轴向,从底部到顶部择优取向度逐渐增高,富稀土相由网状分布变为平行排列,造成合金棒顶部和中部的磁致伸缩性能较底部更高.磁化场为240 kA/m时磁致伸缩不均匀度小于6%,显示了良好的均匀性.     

稀土Ce添加对Fe83Ga17合金微结构和磁致伸缩性能的影响

为了改善Fe-Ga合金的磁致伸缩性能,采用真空非自耗电弧炉制备了Fe₈₃Ga₁₇Ce_x（x=0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0）合金,用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜及能谱仪（SEM/EDS）分析了合金的微结构,用电阻应变法测量了合金的磁致伸缩性能.结果表明:Fe₈₃Ga₁₇合金由单一的bcc结构A2相组成.而添加稀土Ce后,除x=0.2合金外,Fe₈₃Ga₁₇Ce_x合金主要由bcc结构的A2相和CeFe₂第二相组成.此外,Fe₈₃Ga₁₇合金的微观组织是晶粒粗大的等轴晶,而Fe₈₃Ga₁₇Ce_0.8合金的微观组织是晶粒细小的柱状晶.与Fe₈₃Ga₁₇对照合金相比,除x=0.2合金的磁致伸缩系数略小于对照合金外,其他添加稀土Ce后的合金样品磁致伸缩系数均明显增加.添加稀土Ce后,Fe₈₃Ga₁₇Ce_x合金的磁致伸缩系数随稀土Ce含量的增加呈现出先增加后减小的变化趋势,x=0.8合金的磁致伸缩系数最大,在557 kA/m外加磁场下,磁致伸缩系数达到356×10^-6.