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.     

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.     

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.     

热处理对<110>取向Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2合金磁致伸缩的影响

采用区熔定向凝固方法,制备<110>取向Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2合金棒.用管式炉,在1000℃进行4h的均匀化处理;沿垂直合金棒轴向,在240kA]m中进行磁场退火处理.研究了热处理方式对合金取向、显微组织和磁致伸缩的影响.结果表明,均匀化处理和磁场退火处理均不改变合金轴向择优取向;均匀化处理后,网状富稀土相球状聚集,有效地提高了合金的磁致伸缩,"跳跃"效应增强;磁场退火处理后,合金在无预压力下的磁致伸缩显著提高,而"跳跃"效应减弱.     

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。     

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%.     

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。     

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.     

定向凝固Tb-Dy-Fe合金的热处理组织与性能

采用区熔定向凝固的方法,制备〈110〉取向Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金晶体.用管式炉氩气保护,在900-1100℃进行4和48 h的均匀化热处理,研究了热处理对Tb-Dy-Fe合金取向、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Tb-Dy-Fe合金的轴向择优取向;热处理4 h后,网状富稀土相明显退化,向颗粒状转变;热处理48 h后,网状富稀土相基本消失,形成大量颗粒状富稀土相.热处理明显提高了Tb-Dy-Fe合金样品的磁致伸缩性能,特别是提高低场磁致伸缩性能,但力学性能下降.经4 h热处理,本实验条件下制备的〈110〉取向Tb-Dy-Fe合金样品综合性能最好.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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

利用高真空非自耗电弧炉制备了Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95-xTi_x（x=0,0.03,0.06,0.09）合金,系统研究了不同Ti含量Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95-xTi_x合金的晶体结构、微观组织、磁致伸缩性能及它们之间的关系.结果表明:添加Ti后的Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95-xTi_x合金基体相仍为MgCu₂型Laves相结构,Ti取代了Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95合金中比其自身半径大的稀土原子Tb和Dy而使晶格常数减小.添加Ti后,初生相TiFe₂的形成使得凝固液体中富含R（R=Tb,Dy）从而抑制了有害相RFe₃的生成,Ti在基体相RFe₂中和富R相中都可溶解,分别形成了（R,Ti）Fe₂基体相和富（R,Ti）相.Ti的添加量对磁致伸缩性能的影响很大,当x=0.03时,Ti的添加使磁致伸缩性能较Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95母合金提高幅度最大,但当x=0.09时,由于顺磁相TiFe₂和富（R,Ti）相的析出对磁致伸缩性能不利,但相对于Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95母合金也有少量提高.     

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。     

《110》取向Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2合金的磁机械阻尼特性

采用区熔定向凝固方法,以480 mm/h速度制备了<110>取向Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2合金棒.通过测试在0-0.325 T磁场范围内合金棒的应力-应变回线,计算了应力幅σm分别为-10,一30和一50 MPa的阻尼系数ΔW/W.结果表明,零磁场下的ΔW/W最大;随磁场强度增大,同一σm条件下的ΔW/W逐渐降低.在低磁场中,ΔW/W随σm的增加而降低;在高磁场中,ΔW/W随σm的增加而升高.利用不同预压应力下的磁致伸缩-磁化强度关系曲线,分析了磁场-应力复合加载条件下非180°磁畴和畴壁的运动形式.依据局部内应力理论,解释了合金棒的磁机械阻尼系数随外磁场强度和应力幅值变化的规律.     

退火磁场施加方式对Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金磁伸性能的影响

研究了磁场退火时磁场施加方式对《110》取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95定向凝固多晶合金磁致伸缩性能的影响.退火磁场强度为1T,保温时间30 min.研究表明,在623K下采用垂直磁场且冷却时保持磁场的方式退火,可改善综合磁伸性能,如提高饱和磁致伸缩系数并使低场磁致伸缩系数基本不变,提高最大动态磁致伸缩系数且其对应的磁场基本不变.冷却阶段撤去磁场会减弱磁场退火的作用,而平行磁场退火的效果与垂直磁场相反.     

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％。     

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.     

快淬Fe_(85)Ga_(15)合金的显微组织和磁致伸缩性能

采用熔体快淬方法制备了不同辊速(v=12m/s、15m/s、20m/s)条件下的Fe_(85)Ga_(15)合金薄带样品,对薄带样品的组织结构和磁致伸缩性能进行了研究.结果表明,合金薄带的组织结构和磁致伸缩性能与快淬时的冷却速度密切相关,v=20m/s辊速条件下制备的薄带在磁场为45kA/m时,其磁致伸缩系数λ达-125×10~6,伸缩曲线尚未完全饱和.对薄带组织形貌的观察表明,薄带样品内晶粒沿薄带厚度方向呈现出取向性排列.XRD分析表明,辊速的提高可以抑制有序DO_3相的析出,α-Fe相和非对称DO_3结构的Fe_3Ga相衍射峰发生重叠并有劈裂现象.TEM分析表明,合金基体中存在着富Ga原子团簇.薄带样品大的磁致伸缩系数主要来源于样品强的形状各向异性和非平衡制备条件下合金内部的特殊晶体结构.