磁致伸合金薄膜的开发

利用反应溅射法制备Sm-Fe超磁致伸缩薄膜；直流磁控溅射蒸镀法制备Fe2.45-Sm合金压缩超磁致伸缩膜；在铜基片两面蒸镀Fe-Pd（拉伸）与Fe-Sm（压缩）磁致伸缩膜的复合材料。[编者按]     

Sm-Fe系薄膜悬臂板磁致伸缩行为的有限元模拟分析

以离子束溅射沉积(IBSD)法制备的Sm-Fe系超磁致伸缩薄膜悬臂板为研究对象,通过ANSYS有限元分析法,对超磁致伸缩薄膜/盖玻片衬底悬臂板自由端挠度值的大小进行模拟计算,并模拟Sm-Fe薄膜、Sm-Fe/Fe复合膜的内部磁化状态.结果表明:在薄膜与衬底厚度比较小的情况下,悬臂板端点挠度值随薄膜厚度的增加而线性增加,且与衬底厚度近似成二次抛物线关系,有限元分析结果与实测情况吻合较好;Sm-Fe单层膜内部磁力线分布较均匀;在Sm-Fe/Fe复合膜中,由于Fe膜的负磁场效应,使Sm-Fe膜内的磁力线分布出现不均匀的现象,且磁感应强度比Sm-Fe单层膜小.     

TbDyFe超磁致伸缩薄膜的低场磁敏特性

采用磁控溅射法制备了TbDyFe超磁致伸缩非晶薄膜,研究了真空热处理退火及软磁性Fe薄膜的交换耦合作用对TbDyFe超磁致伸缩的低场磁致伸缩性能的影响.研究结果表明:真空退火处理通过改善薄膜的微结构及应力状态,有效地提高薄膜了的低场磁敏性能;易磁化方向平行于膜面的软磁Fe膜的复合,使薄膜平行于膜面的易磁化性能大大提高,复合薄膜的强制磁致伸缩系数(dλ/dH)提高3倍以上.单层薄膜厚度越小,交换作用越强,低场磁致伸缩性能越好;当薄膜厚度大于交互作用距离、薄膜的总厚度不变时,单层薄膜的厚度变化对复合薄膜的磁致伸缩性能没有影响.     

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。     

Fe-Al合金薄膜的磁致伸缩特性

一般稀土金属-过渡金属系磁致伸缩材料都有脆和容易氧化等问题。而具有体心立方结构（bcc）的铁系磁致伸缩材料，较之稀土-铁系材料具有较高的韧性和耐蚀性。Fe-17％（原子）Ga单晶合金在室温下显示很高的磁致伸缩敏感度，但这一合金有价格高昂且难处理等问题，然而Fe-Al合金显然有其更多的优越性。因此，采用离子镀装置制备了Fe-Al合金薄膜，研究了结晶结构和磁特性及其磁致伸缩特性。研究时所用的薄膜试样是在三电极配置离子镀装置上制备的。首先在电弧炉中用纯铁（99．9％）和铝（99．5％）制得Fe-Al合金锭，通过电子束加热熔融蒸发形成Fe-Al合金蒸发源。在此蒸发源-基片Si（100）间设置的探针电极上施加正电位（50V），使之发生放电，由此所蒸发的金属蒸汽等离子化并沉积于硅基片上，通过改变Fe-Al合金蒸发物的成分来控制所形成的合金薄膜的成分。依靠基片托架背面的加热器来控制基片温度，于523K基片温度下进行镀膜。用能散X射线光谱法分析Fe-Al合金膜的成分,用触针法测定膜厚，用X射线衍射装置进行结构分析，用振动样品磁强计测定试样磁性，用光杠杆法测定试样的磁致伸缩。     

超磁致伸缩TbFe/FeAl多层膜的研究

采用直流磁控溅射法制备了TbFe/FeAl超磁致伸缩多层膜,研究了FeAl薄膜的复合对TbFe薄膜磁性能以及热处理温度对TbFe/FeAl磁致伸缩多层膜磁致伸缩系数的影响。结果表明,TbFe层与FeAl层之间的交换耦合作用以及热处理能明显提高薄膜的软磁性能和磁致伸缩性能;与TbFe单层膜相比,TbFe/FeAl多层膜水平方向的矫顽力从59.2kA·m^-1降低到29.6kA·m^-1;经最佳退火处理（350℃×60min）,获得了较低的饱和磁场强度和矫顽力,分别为Hs=96kA·m^-1和JHc=16kA·m^-1;外加磁场400kA·m^-1时,TbFe/FeAl磁致伸缩多层膜磁致伸缩系数可达574×10^-6。     

MAGNETOSTRICTION IN ANTIFERROMAGNETIC Fe1-xMnx (0.30 ≤ x ≤ 0.55) ALLOYS

采用真空感应熔炼法,制备Fe1-xMnx(x=O.30,0.35,0.40,0.50,0.55(原子分数))合金,在1000℃保温24h,炉冷至室温.研究了不同结构Fe1-xMnx合金样品的室温磁致伸缩性能.结果表明,x≤0.40时,Fe1-xMnx合金样品为,γ ε双相结构,并且ε相体积分数随Mn含量增加而减小,磁致伸缩性能较差;x>0.40时,合金样品为单一的γ相,具有良好的磁致伸缩性能.Fe0.50Mn0.50合金样品在1.9T磁场中的磁致伸缩可达8.73x 10-4     

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.     

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.     

Fe-Ga合金薄带的显微组织及磁致伸缩性能

采用熔体快淬的方法制备了成分分别为Fe100-x Gax (x=17、18、21)的合金薄带,研究了不同辊速(分别为12、15、20m/s)、不同成分Fe-Ga合金薄带的显微组织结构和磁致伸缩性能.试验结果表明,Fe-Ga合金的显微组织及磁致伸缩性能与合金的成分和快淬时的冷却速率密切相关,辊速为12m/s时制备的Fe83 Ga17合金薄带的磁致伸缩最大,达到6.5×10-15.研究发现,所有成分的合金试样都以α-Fe的固溶体形式存在,沿薄带厚度方向晶体具有一定的取向性,大的品格畸变和薄带的形状各异对薄带的磁致伸缩有影响.     

电流传感器用FeCoV薄膜的性能

采用磁控溅射方法制备FeCoV薄膜作为电流传感器中的磁敏材料.采用应变片法测量了FeCoV合金的磁致伸缩曲线,其饱和磁致伸缩系数约97×10-6;扫描电镜观察发现FeCoV薄膜致密度良好,颗粒均匀连续,断面形貌图可以看出薄膜呈柱状结构生长.FeCoV薄膜样品呈(110)取向生长,呈现明显的单轴各向异性.实验发现,FeC...     

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%.     

超磁致伸缩TbFe/FeAI多层膜的研究

采用直流磁控溅射法制备了TbFe/feAl超磁致伸缩多层膜,研究了FeAl薄膜的复合对TbFe薄膜磁性能以及热处理温度对TbFe/FeAl磁致伸缩多层膜磁致伸缩系数的影响.结果表明.ThFe层与FeAl层之间的交换耦合作用以及热处理能明显提高薄膜的软磁性能和磁致伸缩性能;与TnFe单层膜相比,TbFe/FeAl多层膜水平方向的矫顽力从59.2kA·m-1降低到29.6kA·m-1;经最佳退火处理(350℃×60min),获得了较低的饱和磁场强度和矫顽力,分别为H =96kA·m-1和,H =16kA·m-1;外加磁场400kA·m-1时,ThFe/FeAl磁致伸缩多层膜磁致伸缩系数可达574×10-6.     

基于BP神经网络的Fe-Ga合金磁致伸缩性能预测

研究了Fe-Ga合金在铸态和油淬态时元素B对Fe-Ga合金磁致伸缩性能的影响。依据采集到的合金磁致伸缩值,使用基于遗传算法优化后的BP神经网络,预测了该合金的磁致伸缩性能。结果表明,经过遗传算法优化网络的权值后,预测误差均在4%以内,可以实现对Fe83Ga17合金磁致伸缩性能的预测。     

Texture and magnetostriction in rolled Fe-Ga based alloy

添加Nb改善了Fe81Ga19合金的塑性, 采用热轧和冷轧相结合的轧制工艺制备出厚度 为0.6 mm的(Fe81Ga19)+ 1%Nb(原子分数)合金薄板. 研究了(Fe81Ga19)+1%Nb合金轧态和退 火态薄板的织构及磁致伸缩效应. 结果表明: 合金的磁致伸缩与样品的织构密切相关, 再结 晶织构取决于热处理工艺. 轧态织构以{111}面织构和近似的{001}<110>旋转立方织构为主, 样品轧向的磁致伸缩系数λ∥=26×10-6. 在1250和1300 ℃保温2 h后水淬样品的织构分别呈现为近似的{011}<100>Gauss织构和单一{001}<100>立方织构, 其磁致伸缩 (3/2)λRD分别达到106×106和134×10-6     

变磁性形状记忆合金

自从1996年美国MIT的Ullakko等人发现Ni2MnGa系铁磁性形状记忆合金以来，10年来已经发现了多种铁磁性形状记忆合金，如Fe-Pd、Fe-Pt、Ni-Mn-Al、Ni-Co-Al、Ni-Co-Ga、Ni-Fe-Ga以及Cu-Mn-Ga系等。近年来研究最多的便是Ni-Mn-Ga系，Ni-Mn-Ga系合金可以获得9％的孪晶磁致应变，这要比巨大磁致伸缩合金Terfenol-D大1个数量级以上，     

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．     

作为磁致伸缩材料的复合合金钢板

<正>与FeGa18.6大磁致伸缩合金比较,含Co约70%的FeCo合金的磁致伸缩效应小很多,但材料成本只有FeGa合金的三分之一。在日本高功能金属展示会上,日本东北特殊钢公司展示了具有良好磁致伸缩特性的FeCo合金/镍合金复合钢板。该公司与日本东北大学成田史生教授合作,通过热扩散焊合工艺,将FeCo70合金板与镍钢板复合,这种复合钢板在外力作用下,材料内部磁化强度发生变化,这种逆磁致伸缩效     

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     

取向Galfenol合金的结构与磁致伸缩应变

采用非自耗真空电弧熔炼方式制备了不同Ga含量的Fe100-XGaX(X=17、19)合金铸锭,利用定向凝固的方法试验研究了取向多晶Fe-Ga合金的结构与磁致伸缩应变。研究发现,采用定向凝固工艺制备的Fe83Ga17合金试样沿轴向呈现出明显的{110}织构特征。在低场下不同成分两种试样的磁致伸缩随磁场的增加迅速增大,在磁场强度大约为40 kA/m时Fe83Ga17合金的磁致伸缩λ达到饱和,为55×10-6。Ga含量为19%的定向凝固试样沿轴向取向性有所降低,晶粒中存在很多的亚晶界。富Ga相的析出和亚晶界的出现不利于磁致伸缩性能的提高。